李玉平

(湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

李玉平

(湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

普通高校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展對高校課程教學(xué)模式改革提出了新的要求。從單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，分析現(xiàn)階段項(xiàng)目式教學(xué)模式中存在的弊端，探索如何在單片機(jī)課程教學(xué)中有效實(shí)施基于翻轉(zhuǎn)課堂的項(xiàng)目式教學(xué)模式改革，提出了具體實(shí)施方案，明確了師生在教學(xué)活動過程中的任務(wù)。最后對教學(xué)模式實(shí)施的結(jié)果進(jìn)行了分析和評價，驗(yàn)證了其可行性。

翻轉(zhuǎn)課堂；項(xiàng)目式教學(xué)；實(shí)施方案；教學(xué)評價

在傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響下，我國高校人才培養(yǎng)與企業(yè)需求之間存在較大差距。為了使人才培養(yǎng)適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)已將培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展需要的各類工程技術(shù)人才列入了中國高等教育中長期發(fā)展規(guī)劃[1]。目前，教育部正在推動普通高校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型，通過轉(zhuǎn)型來培養(yǎng)更多實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的能夠從事一線工作的高素質(zhì)技術(shù)人才和技能人才，繼續(xù)深化“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。

因此，探索如何實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與行業(yè)、社會需求無縫對接是目前轉(zhuǎn)型高校面臨的重要問題之一,嘗試多種形式的教學(xué)改革是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。本文受資于湖北理工學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目，分析了我校電子信息工程專業(yè)目前單片機(jī)課程教學(xué)中存在的若干問題并設(shè)計(jì)了基于翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式教學(xué)相結(jié)合的單片機(jī)課程教學(xué)模式。

1 單片機(jī)課程教與學(xué)現(xiàn)狀分析

“單片機(jī)”是電子信息工程專業(yè)的核心課程之一，該課程以培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力為宗旨。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，講解其構(gòu)成原理，并根據(jù)各部分內(nèi)容的特點(diǎn)開設(shè)驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性或綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最后開設(shè)課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)與制作以單片機(jī)為核心的測控或信息處理系統(tǒng)。傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)模式下理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間關(guān)聯(lián)不緊密，導(dǎo)致理論與實(shí)踐不能有機(jī)結(jié)合[2]。且由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備模塊固化, 實(shí)驗(yàn)時必須按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行模塊間接線和程序編寫,同時學(xué)生缺少對實(shí)驗(yàn)原理的思考；實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件固定，完成實(shí)驗(yàn)功能的程序也相同，學(xué)生之間存在抄襲現(xiàn)象。

鑒于以上原因, 我校近年來，在單片機(jī)課程教學(xué)中引入了項(xiàng)目式教學(xué)模式，項(xiàng)目式教學(xué)是將“單片機(jī)”的理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)整合成一個以項(xiàng)目驅(qū)動為主線，理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和綜合設(shè)計(jì)相結(jié)合的教學(xué)模式，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。項(xiàng)目式教學(xué)中的每個項(xiàng)目都具有綜合性和開放性的特點(diǎn)[3-4]，可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性；同時調(diào)動學(xué)生興趣，增強(qiáng)學(xué)生自信心，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。但項(xiàng)目式教學(xué)模式以項(xiàng)目目標(biāo)為核心驅(qū)動，忽略了中間過程的控制，學(xué)生為快速實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)，易忽略原理性知識的學(xué)習(xí)；此外，項(xiàng)目的綜合性會使教學(xué)內(nèi)容增多，項(xiàng)目實(shí)施過程中出現(xiàn)課時不足的現(xiàn)象，課外完成任務(wù)的過程又缺乏引導(dǎo)和監(jiān)督，學(xué)習(xí)效率低下；項(xiàng)目的開放性會使項(xiàng)目背景知識的要求難以滿足。因此，有必要探索更新穎、更有效的單片機(jī)課程教學(xué)模式。

2 翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)模式改革

在翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)模式中，項(xiàng)目是學(xué)習(xí)的載體，因此，教學(xué)項(xiàng)目的選取至關(guān)重要。為了使學(xué)生由易到難、循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)，項(xiàng)目分為基礎(chǔ)項(xiàng)目和綜合項(xiàng)目，基礎(chǔ)項(xiàng)目訓(xùn)練使學(xué)生掌握單片機(jī)的獨(dú)立模塊，綜合項(xiàng)目不但貫穿整個單片機(jī)課程，更要能體現(xiàn)和其他課程的銜接性。基于翻轉(zhuǎn)課堂的項(xiàng)目式教學(xué)模式下單片機(jī)課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)如圖1所示。項(xiàng)目實(shí)施的過程中，學(xué)生自行分組，每組有4人，基礎(chǔ)項(xiàng)目每組學(xué)生都要按教師的要求來完成，小組內(nèi)部自行分工完成任務(wù)，綜合項(xiàng)目可以選擇一組完成，也可以自行擬定項(xiàng)目，只要教師審核通過即可。

圖1 基于翻轉(zhuǎn)課堂的項(xiàng)目式教學(xué)模式下單片機(jī)課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)

“翻轉(zhuǎn)課堂”是指將傳統(tǒng)的課上傳授與課下消化的學(xué)習(xí)過程翻轉(zhuǎn)過來，即通過教學(xué)視頻在課下進(jìn)行知識傳授而上課由教師幫助學(xué)生消化、理解和運(yùn)用知識[5-6]。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中學(xué)生是主體，教師是引導(dǎo)者,學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇學(xué)習(xí)的教學(xué)材料,對已經(jīng)熟悉的知識點(diǎn)花少量的時間鞏固，難理解的知識點(diǎn)花較長時間掌握，尤其可以通過網(wǎng)絡(luò)資源了解項(xiàng)目的場景，增強(qiáng)項(xiàng)目實(shí)施的背景知識；根據(jù)自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃自主選擇學(xué)習(xí)時間，打破了學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)空間和學(xué)習(xí)時間的約束，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,增加了師生交流解決問題的時間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，夯實(shí)了項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用價值。從教師教學(xué)活動和學(xué)生學(xué)習(xí)活動出發(fā)，課程的實(shí)施過程分為課前、課堂和課后3個階段，翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)模式具體實(shí)施過程如圖2所示。

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)模式

3 典型項(xiàng)目教學(xué)案例的實(shí)施過程設(shè)計(jì)

倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)是單片機(jī)教學(xué)項(xiàng)目中的典型綜合項(xiàng)目,它的實(shí)現(xiàn)是單片機(jī)知識的綜合應(yīng)用,通過翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化該項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)，能夠快速增強(qiáng)學(xué)生單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)的綜合應(yīng)用能力。

3.1倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)資源設(shè)計(jì)

倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容主要包括倉庫工作背景知識，溫度濕度信號采集模塊涉及到的傳感器、模擬濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。在此教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇。案例在設(shè)計(jì)中通過“提出問題—分析問題—知識點(diǎn)學(xué)習(xí)—解決問題”的方式設(shè)計(jì)教學(xué)視頻和PPT,充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。

教學(xué)資源主要由多媒體PPT課件、教學(xué)視頻、總結(jié)的疑難問題解決方案和演示實(shí)例等組成，多媒體課件是教學(xué)內(nèi)容的重要體現(xiàn)，采用PPT形式結(jié)合多媒體技術(shù)組織項(xiàng)目教學(xué)的內(nèi)容，倉庫溫度、濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)流程圖如圖3所示。在課件中利用“提出問題—分析問題”環(huán)節(jié)，以尋求問題解決方法為目的復(fù)習(xí)講解溫度濕度傳感器、模擬濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等原理，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)、器件選擇、參數(shù)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)和綜合調(diào)試以達(dá)到解決問題的目的。播放PPT課件時，采用Camtasia Studio軟件進(jìn)行教學(xué)視頻錄制，在錄制的過程中穿插PROTEUS的相應(yīng)實(shí)例、keil c51環(huán)境下程序的調(diào)試視頻及往屆學(xué)生出現(xiàn)的疑難問題的說明等，以增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解。

圖3 倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)過程

3.2教學(xué)共享平臺建設(shè)

為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享和師生互動,本課程需要建設(shè)功能齊全和具有師生互動板塊的單片機(jī)課程網(wǎng)站并建立QQ群或微信群。教師必須于課前一周在課程網(wǎng)站上發(fā)布教學(xué)資源，每小組于課前一天在網(wǎng)站上提交學(xué)習(xí)報告，以便教師取舍課堂講解內(nèi)容；學(xué)生可以在線提問，也可以通過QQ群和微信群上傳和下載教學(xué)資料。教學(xué)資源共享平臺增強(qiáng)了師生的互動和了解，杜絕了教與學(xué)“2張皮”的現(xiàn)象。

3.3教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施過程

倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)這類綜合項(xiàng)目的實(shí)施分為項(xiàng)目準(zhǔn)備學(xué)習(xí)階段，項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作實(shí)施階段和項(xiàng)目分析總結(jié)階段3個過程。每個階段的實(shí)施過程見圖2。項(xiàng)目準(zhǔn)備學(xué)習(xí)階段要求學(xué)生重點(diǎn)在確定溫度濕度監(jiān)測與報警系統(tǒng)工作環(huán)境的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)細(xì)化成各個子模塊，具體內(nèi)容見圖3。項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作實(shí)施階段主要對溫度濕度采集模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)或設(shè)計(jì)方案模擬仿真，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，以確定最終設(shè)計(jì)方案，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試。

項(xiàng)目分析總結(jié)階段是進(jìn)一步內(nèi)化知識和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的環(huán)節(jié)。該階段要求每個小組以報告的形式總結(jié)前2個階段的任務(wù)，并展示和介紹作品及其性能參數(shù)。教師將報告、個人答辯、作品展示、小組討論和課堂考勤這5項(xiàng)作為成績的評定依據(jù)，最后設(shè)計(jì)出的綜合評價體系結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。電子信息工程專業(yè)45名學(xué)生的評定項(xiàng)和總成績的分布圖如圖5所示。關(guān)于2種教學(xué)模式的學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果如圖6所示。

圖4 綜合評價體系結(jié)構(gòu)圖

圖5 綜合評價體系結(jié)構(gòu)圖

圖6 關(guān)于2種教學(xué)模式的學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果

4 教學(xué)評價

結(jié)合我校電子信息工程專業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)方案和特點(diǎn)，進(jìn)行了基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)改革嘗試?；诜D(zhuǎn)課堂的單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)模式對我校電子信息專業(yè)45名學(xué)生從學(xué)習(xí)效率、能動性提高、授課方式和師生交流創(chuàng)新能力提高的滿意度5個方面進(jìn)行了問卷調(diào)查，從圖6中的調(diào)查結(jié)果可以看出，2種教學(xué)模式下學(xué)生的能動性和積極性都得到了很大的提高,也增強(qiáng)了創(chuàng)新意識,達(dá)到了良好的教學(xué)效果，同時學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式結(jié)合單片機(jī)課程教學(xué)模式的5個滿意度明顯高出項(xiàng)目式教學(xué)模式，因此，進(jìn)行該模式教學(xué)改革具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)束語

基于翻轉(zhuǎn)課堂的項(xiàng)目式教學(xué)適合“單片機(jī)”這類實(shí)踐性強(qiáng)的處理器類課程，學(xué)生在課前的學(xué)習(xí)過程中，能靈活地預(yù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，觀看教學(xué)視頻，也可在中間暫停和練習(xí)，學(xué)習(xí)的時間和空間也可自行選擇，最大程度解決了教學(xué)中出現(xiàn)的不可復(fù)制性。通過項(xiàng)目驅(qū)動整合教學(xué)資源，加快對知識的理解和應(yīng)用，增強(qiáng)了師生交流的時間和交流的有效性，杜絕了教與學(xué)“2張皮”的現(xiàn)象。教學(xué)資源的設(shè)計(jì)與整合以及項(xiàng)目的精心設(shè)計(jì)也有利于教師專業(yè)能力和教學(xué)質(zhì)量的提高。新的教學(xué)模式要應(yīng)用于單片機(jī)課程教學(xué)中，就必須解決實(shí)施的先決問題。首先，學(xué)生在課前需通過Internet 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境獲取學(xué)習(xí)資源，這就要求學(xué)生必須具有數(shù)字化終端設(shè)備和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，學(xué)校可以通過開放實(shí)驗(yàn)室滿足缺乏硬件和學(xué)習(xí)場所的學(xué)生。其次，教師需要花費(fèi)更多的時間和精力組織和設(shè)計(jì)學(xué)生的課外學(xué)習(xí)活動，調(diào)動學(xué)生的能動性和積極性。因此，要將該方法真正應(yīng)用于單片機(jī)課程教學(xué)中，還需要繼續(xù)深入研究與探索。

[1] 左建勇.面向工程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式與案例分析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,30(7):157-161.

[2] 張迎輝.任務(wù)驅(qū)動項(xiàng)目教學(xué)法在“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”教學(xué)中的運(yùn)用[J].教育探索,2013,264(6):43-44.

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[4] 黃震.基于慕課和混合式教學(xué)的工程教育探索與實(shí)踐[J].高等工程教育研究,2016(4):11-14.

[5] 曹洪龍,胡劍凌,俞一彪，等.利用微課翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,40(10):192-196.

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(責(zé)任編輯高嵩)

Exploration and Practice of Project-based Teaching Mode of Microcontroller Based on Classroom Flip

LiYuping

(School of Electrical and Electronic Information Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

The applied transformation and development of common universities has put forward new requirements to the reform of curriculum teaching mode.This paper analyzes the shortcomings of the present project-based teaching mode from the teaching situation of microcontroller course, and explores how to effectively implement the project-based teaching mode reform based on classroom flip,and the concrete implementation scheme has been suggested.The teacher and student's tasks in the process of teaching activities are clearly explained.Finally,the results of the implementation of the teaching model are analyzed and evaluated,which verifies the feasibility of the model.

classroom flip;project-based teaching;implementation scheme;teaching evaluation

2017-01-06

湖北理工學(xué)院校級教學(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2013B08)。

李玉平，講師，碩士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.04.014

G642.0

：A

：2095-4565(2017)04-0069-04