单片机课程翻转式项目教学模式探索与实践*

陈妮 袁成林 苏静

摘  要  针对项目式教学法涉及知识点多而引起教学效果下降的问题，设计翻转式项目教学模式下的单片机课程改革方案。新方案将教学环节重新设计为理论、基础实践和项目实践三部分，根据各环节特点分别采用翻转课堂和项目式教学法授课。经过两年的改革实践，取得一定成效，验证所提出方案的可行性。

关键词  翻转课堂；项目式教学；单片机；翻转式项目教学模式；慕课

中图分类号：G642.41    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）18-0130-03

0  引言

单片机是医疗仪器设备的关键部件。单片机原理及应用是广西医科大学生物医学工程专业（医疗仪器方向）的一门重要专业课程，课程要求学生掌握单片机的工作原理及内部资源的使用，具备单片机系统的综合开发能力，并能将所学知识应用于医疗仪器的维护与开发。

单片机课程具有实践性强的特点，自2012年起，广西医科大学一直采用项目式教学法开展教学。项目式教学法通过设置实践任务将理论知识和实践知识有机结合，学生在任务实践过程中完成知识学习。近年来发现，项目式教学虽然能够提高学生的专业实践能力，但也存在学生对知识内化不足的问题，限制学生实践能力的提升[1]。原因主要是项目教学法以任务目标为核心驱动，学生在课堂上为了快速完成任务而忽视对原理知识的学习，教师授课也更侧重实践知识的讲解；单片机属于大规模集成器件，内部组成结构复杂、工作原理抽象，学生很难在有限的课堂时间内很好地理解相关理论；项目的综合性会使教学知识点增多，从而导致实施过程中容易出现课时不足的情况。因此，需要探索新的单片机课程教学模式以弥补当前教学方式的不足。

1  基于翻转式项目教学模式的单片机课程改革方案

翻转式项目教学模式是教育信息化背景下提出的一种新模式。在该模式下，教学内容仍然围绕项目任务进行设计，教学过程中引入翻转课堂的教学理念，利用线上教学资源将学习时间和空间从课堂内延伸到课堂外。学生在课前充分利用线上资源进行自学，教师在课中对课前学习内容进行知识点梳理、重难点讲解或是引导学生完成预设项目。翻转式项目教学模式自提出后在单片机课程改革中得到应用，主要的改革内容有以下几个方面：

1）重新设计教学项目以更好地适用于新教学模式[2]；

2）根据项目的实施过程重新组织教学环节，在合适的教学环节采用翻转课堂形式[3]；

3）构建“慕课（MOOC）+翻转课堂+项目案例开发”的混合式教学模式[4]。

改革研究结果表明：翻转式项目教学模式能够增强单片机课程的教学效果。

根据广西医科大学单片机课程的教学特点，综合已有的单片机课程教改成果[5-10]，提出一种新的课程改革方案。该方案选取具有学科前沿性的项目作为教学内容，将教学项目划分为五个子项目，根据五个子项目涉及的知识单元，重新组织教学过程，主要包括三方面：将每个子项目的教学过程划分为理论知识、基础实践、项目实践三部分；在翻转教学模式下开展理论和基础实践教学，在项目式教学模式下进行项目实践；根据工程模块化的思想，五个子教学项目为独立的内容，在综合实践环节将五个子项目的工作进行整合，从而完成整个项目目标。教学项目及对应的知识单元如表1所示。

本文选取的教学项目为神经工程领域用于开展视觉刺激实验的LED刺激器。该刺激器具有刺激模式、刺激频率和刺激亮度可选的功能，由此划分出五个要实现的功能模块，而实现这些功能模块涉及单片机IO口、定时器、串行口和DA转换器的编程应用。这些知识单元覆盖本门课程的大部分内容。具体的教学安排如表2所示。

从表2可以看到，理论讲解和基础实践环节采用线上线下混合模式，总计36学时。学生在课前通过慕课视频学习原理性知识，教师在课中梳理知识点或是安排仿真实验任务帮助学生理解理论知识，熟悉基本操作。在具备一定理论和实践知识的基础上，让学生进行项目实践，总计18学时。项目实践环节以小组为单位完成各个教学子项目。新教学方案保留项目式教学法具有的任务驱动特色，又利用翻转课堂模式将集中式的课堂学习延拓到课外，有助于学生对知识的理解和掌握，为后续更好地完成实践任务打下基础。

自慕课教育理念提出后，国内的大学慕课蓬勃发展，互联网上出现很多优质的教学资源，线上教学平台不断完善，为学生有效开展线上学习奠定基础，同时使得线下教学课堂的功能发生转变。学生经过线上学习，带着对知识的理解进入课堂，能在课堂上与教师更好地交流互动，学习状态从被动式转变为互动式或主动式，促进学习质量不断提升。教师可以不局限于教材灵活设计课堂教学活动，为打造高阶性、创新性及挑战度的课堂教学提供可能。

2  基于翻转式项目教学模式的单片机课程改革实践

从2020年9月开始，上述教学方案分别在2018级和2020级生物医学工程专业学生的教学中实施。

2.1  教学准备阶段

在开课前，按照新教学方案重新修订教学大纲、编写教案，确定五个子项目对应的知识点及所需的线上学习资源。线上学习资源是实施该方案的关键，通过引进和自建的方式完成线上教学平台的搭建。理论知识的学习选取中国大学MOOC高宏亮老师讲授的单片机原理及应用。同时，在超星学习通平台建课，利用该平台发布教学活动、作业习题、测试题、讨论题等。教学活动主要划分为线上和线下两部分：线上为课前学习，以观看慕课视频为主，完成视频学习后，在学习通平台完成一些简单习题或实践操作；线下为课堂教学，课堂教学主要是教师点评或安排仿真练习，帮助学生消化线上学习内容。教师根据具体的教学情况，设置讨论题引导学生自主思考，加大学习的广度和深度。

2.2  课堂组织教学阶段

教师在课堂上主要对线上学习内容进行梳理和总结，然后让学生完成课堂习题或操作练习。学生通过线上学习已经对知识有了一定理解，课堂任务大多能自主完成。此外，项目式教学采用分组的学习方式，学生在完成课堂任务的过程中遇到问题会在小组内先展开讨论。通过组内或组间的学习交流，营造一种良好的课堂学习氛围。进行项目实践阶段的课堂教学时，教师可以完全按照项目式教学的要求布置任务、答疑和测评各个小组的完成情况。翻转课堂的引入帮助学生在理论和基础实践阶段更扎实地掌握知识，提升学生完成项目的能力，促进项目实践阶段教学的顺利进行。

2.3  课后总结阶段

每周授课完成，教师会小结教学过程中出现的问题，及时调整改进；将学生学习中容易出现的问题整理成文档，作为后续的教学材料，不断充实课程教学素材。

2.4  教学效果评价

新模式下的教学评价主要包括过程考核和期末考核两部分。过程考核主要由课前/课堂习题（10%）、阶段测试（20%）、任务评价（20%）和学习表现（10%）构成，共占60%；期末考核涵盖项目相关的理论和实践知识，占40%。对实施该教学模式的2018级、2020级学生成绩进行统计，并与2019级的期评成绩进行比较，发现新教学模式下，学生的过程成绩和期末成绩均有提高，说明学生对知识的理解和掌握程度得到提升。在翻转课堂模式下，学生的学习实现课上课下相辅相成的转变，学生学习内驱力增强。在项目实践过程中，前期所学知识得以应用，极大地激发学生学习兴趣和信心。这一教学模式得到学生的高度认可，也对他们的后续课程学习产生积极影响。

2.5  实施注意事项

项目式教学法转变教师作为知识传递者的角色，教师不再单纯地讲授知识，还需要组织课堂活动、传授学习方法等。翻转课堂的引入进一步推动教师角色的多元化转变。在翻转式项目教学模式下，适用于课程教学的线上资源是一个重要的部分。这需要教师熟悉教育信息化技术，能够完成视频录制、简单编辑，可以充分利用授课平台各项功能组织教学。此外，基础性知识已经在线上平台完成学习，使得授课内容不再局限于教材，对教师的课堂教学能力提出更高要求。在新教学模式下，教师需要不断提高专业修养，不断充实课程内容；学生需要具备一定的自主学习能力，养成独立思考的习惯，在自学过程中保持良好的诚信素养等。因此，教师在教学过程中注意从思想方面进行引导教育，树立优秀学生作为班级学习典范，将教书与育人工作有机结合。

3  结束语

采用翻转式项目教学模式进行单片机课程教学改革，设计新教学模式下的课程改革方案，经过实践验证方案的可行性。翻转课堂与项目式教学的结合可以提高学生完成工程项目的能力，改善项目式教学由于知识点多而导致学生对知识内化不足的现象。教改工作取得一定成效，为后续其他课程的改革夯实基础、提供借鉴。该教学模式的实施需要授课教师转变教学观念，不断提高在信息化教学、工程案例凝练以及工程实践等方面的能力。

参考文献

[1] 陈妮，袁成林，梁妮.单片机原理及应用课程混合式教学探索[J].中国教育技术装备，2016（24）：98-100.

[2] 李玉平.基于翻转课堂的单片机项目式教学模式的探索与实践[J].湖北理工学院学报，2017，33（4）：69-72.

[3] 别磊，孙德志，姜波，等.项目驱动下“单片机”翻转课堂教学模式探索[J].装备制造技术，2021（11）：218-220.

[4] 伍龙，苗磊，黄凯峰.新工科下单片机课程混合式教学模式改革探索与应用[J].淮南师范学院学报，2019，21（1）：132-136.

[5] 方天红，陈知红.基于SPOC的翻转课堂教学模式在单片机课程中的应用研究[J].中国教育信息化，2021（20）：84-87.

[6] 陆建荣.翻转课堂教学法在单片机课程教学改革中的应用[J].电子测试，2021（17）：129-131.

[7] 薛伟，黄玉金，刘玮.基于项目驱动和混合教学模式的单片机课程教学方法研究[J].电脑知识与技术，2021，17（11）：149-151.

[8] 陈珊珊，唐懿文，凌荣华，等.虚拟仿真结合翻转课堂在医学类专业单片机课程中的应用[J].继续医学教育，2020，34（12）：9-11.

[9] 靳其宝，刘璨，杨芳.项目驱动下单片机新型翻转教学模式探索[J].电气电子教学学报，2020，42（6）：110-115.

[10] 程蔚，郑洪庆，蔡凡，等.基于“项目式”微课支持的翻转课堂与过程性评价的教学模式研究[J].装备制造技术，2018（12）：230-232，236.

*基金项目：广西高等教育本科教学改革工程项目“基于翻转课堂的项目式教学模式在生物医学工程专业单片机课程中的探索与实践”（基金编号：2018JGB158）。

作者：陈妮，广西医科大学基础医学院，副教授，研究方向为单片机课程教学；袁成林，广西医科大学基础医学院，实验师，研究方向为单片机实验教学；苏静，广西医科大学信息管理学院，副教授，研究方向为单片机课程教学（530021）。