羅(韋華) 夏鯤 袁慶慶

[摘 要]通過分析單片機理論的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，闡述反轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到單片機理論教學(xué)的優(yōu)勢，探索將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于課程教學(xué)中的方法，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞]反轉(zhuǎn)課堂;單片機;教學(xué)模式;創(chuàng)新能力

[作者簡介]羅 （1986—），男，山西萬榮人，博士，上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院電氣工程系講師，主要從事大功率電力電子變流器研究;夏 鯤（1980—），男，上海人，博士，上海理工大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院副院長，電氣工程系副教授，主要從事高效電力電子設(shè)備及其故障檢測技術(shù)、精密電機控制和測量技術(shù)、無人化工廠和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究;袁慶慶（1987—），女，江蘇啟東人，博士，上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院電氣工程系副主任，講師，主要從事電機高性能控制、新能源并網(wǎng)控制研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0189-02[收稿日期] 2019-12-10

一、引言

單片機理論是電子電氣信息類工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能夠熟練應(yīng)用單片機系統(tǒng)的基本理論、基本知識和基本技能，具備單片機系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試能力[1]（P1-4）。站在學(xué)生角度，這門課程要求學(xué)生良好地掌握模擬電路、數(shù)字電路和編程語言等知識，如果學(xué)生的相關(guān)預(yù)備知識不扎實，或者缺乏動手實踐經(jīng)驗，在課程學(xué)習(xí)中會遇到很多困難，難以激發(fā)對該課程的學(xué)習(xí)興趣。站在教師角度，單片機理論在理論教學(xué)中通常會按照教材目錄安排教學(xué)進(jìn)度，逐步講解單片機概述、硬件構(gòu)成、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計、中斷系統(tǒng)和定時器、外部擴展接口等章節(jié)，理論教學(xué)中的基礎(chǔ)概念繁多，并且十分抽象，如果只是要求學(xué)生死記硬背，會很快忘記大部分知識點，并且無法真正掌握單片機的使用方法，教學(xué)效果不理想[2]。因此，單片機理論會配套實驗課程，讓學(xué)生動手實踐單片機的編程語言和單片機的核心資源，加深對單片機理論知識的理解[3]。但在實際教學(xué)中，通常會出現(xiàn)理論課和實驗課脫節(jié)的情況。實驗板通常是已經(jīng)測試通過的電路板，接口擴展不方便，并且實驗內(nèi)容的設(shè)計也相對固定，大部分是驗證性實驗，學(xué)生只需按實驗步驟進(jìn)行就可以得到實驗結(jié)果，很難體會到單片機系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、硬件測試和軟件調(diào)試等流程。師生互動環(huán)節(jié)也較少，學(xué)生只是機械式地完成實驗任務(wù)，不利于激發(fā)學(xué)生主動創(chuàng)造的熱情，無法培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

二、反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的優(yōu)勢

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新式教學(xué)模式引起了教育界的廣泛關(guān)注，迅速成為國內(nèi)外教育領(lǐng)域的研究熱點[4-5]。反轉(zhuǎn)課堂將課堂內(nèi)外的教學(xué)時間和內(nèi)容進(jìn)行反轉(zhuǎn)，教師利用現(xiàn)代化多媒體手段，比如制作微視頻、錄制音頻、編排電子教材等，將常規(guī)課堂里講授的基礎(chǔ)知識制作成多媒體內(nèi)容，讓學(xué)生在課堂外進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，根據(jù)自己對知識的掌握程度控制學(xué)習(xí)進(jìn)度、查閱學(xué)習(xí)資料、反復(fù)觀看學(xué)習(xí)內(nèi)容[6]。課堂上教師可以不再利用寶貴的時間講解教材上的基礎(chǔ)知識，而是加強與學(xué)生的課堂互動，重點解決學(xué)生觀看多媒體內(nèi)容時產(chǎn)生的疑問，對易錯點、重難點進(jìn)行鞏固和深化，并根據(jù)學(xué)生的接收情況進(jìn)行知識拓展，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。具體到單片機理論課程教學(xué)，反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的優(yōu)勢如下。

（一）加深基礎(chǔ)概念的理解

運用豐富的多媒體資源，根據(jù)學(xué)生的需求去設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)資源，學(xué)生可以突破傳統(tǒng)課堂的時空限制，根據(jù)實際情況自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)度。對于重點和難點的知識點可以反復(fù)觀看，不斷加深對單片機基礎(chǔ)概念的理解，為單片機系統(tǒng)的應(yīng)用奠定扎實基礎(chǔ)。

（二）增強動手實踐能力

在具備單片機基礎(chǔ)概念等知識后，學(xué)生可以在課下基于開發(fā)板進(jìn)行練習(xí)，鞏固單片機的基礎(chǔ)概念，掌握單片機系統(tǒng)的程序編寫、軟件調(diào)試等流程。課上根據(jù)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行針對性的講解和討論，解決單片機系統(tǒng)實踐中的共性問題，增強學(xué)生的動手實踐能力。

（三）鍛煉創(chuàng)新思維能力

學(xué)生在課上進(jìn)行分組、討論、總結(jié)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂上的角色定位，提高主觀能動性，由“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。課下提供必要的場地和工具支持，結(jié)合創(chuàng)客類項目和豐富的單片機應(yīng)用場景，鼓勵學(xué)生創(chuàng)造性地開發(fā)單片機系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

三、反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的課程設(shè)計

精心的課程設(shè)計是反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式成功實施的關(guān)鍵，本文從課前設(shè)計、課堂設(shè)計和課后設(shè)計三個角度對反轉(zhuǎn)課堂在單片機理論課程教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

（一）課前設(shè)計

課前根據(jù)課程教學(xué)大綱，將單片機原理基礎(chǔ)概念分為了解類、掌握類、應(yīng)用類知識點，基于此制作多媒體教學(xué)內(nèi)容。了解類知識點，如單片機的發(fā)展歷史、代表性公司、不同芯片的對比、單片機的應(yīng)用場景等，可在視頻網(wǎng)站、單片機論壇、公司官網(wǎng)查找資料，將每個知識點制作成10分鐘左右的微視頻，作為學(xué)習(xí)材料推送給學(xué)生，讓學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，最終達(dá)到對本課程的背景知識有充分了解的目的。掌握類知識點，如單片機的硬件結(jié)構(gòu)、定時器、中斷系統(tǒng)等，基于教材并輔助PPT講解、動畫演示等教學(xué)手段，錄制20分鐘左右的教學(xué)視頻，視頻中不要出現(xiàn)大量文字性內(nèi)容，尤其是重難點，錄制時需要放慢語速，配以圖片、表格和動畫，并提供相關(guān)參考資料。應(yīng)用類知識點，微視頻制作的重點放在開發(fā)板的操作上，讓學(xué)生對單片機的使用有直觀印象，逐步建立理論知識與實際操作的關(guān)聯(lián)，基于實驗例程錄制單片機開發(fā)板硬件測試和軟件調(diào)試方法，時間控制在30分鐘左右。

（二）課堂設(shè)計

課堂上將每個班級的學(xué)生分為五到六個學(xué)習(xí)小組，選一名學(xué)生作為組長，建立小組的學(xué)習(xí)微信群，組長負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)資料推送（課堂學(xué)習(xí)前一周）、問卷調(diào)查匯總、難點反饋（課堂學(xué)習(xí)前一天）等工作。課堂上，每個小組輪流推選一名代表對本組在課下學(xué)習(xí)中遇到的難點問題進(jìn)行闡述，每個小組針對前一小組提出的問題進(jìn)行討論，教師結(jié)合每個小組提出的重難點問題和討論結(jié)果，進(jìn)行針對性講解，然后給出擴展性資料，供學(xué)生課后查閱。針對應(yīng)用類知識點，預(yù)留出一定時間供學(xué)生進(jìn)行課堂討論和練習(xí)，讓學(xué)生各抒己見，提出硬件測試和軟件調(diào)試中遇到的問題，分享自己實驗過程中的有益經(jīng)驗，進(jìn)行充分的討論和廣泛的交流，營造積極向上、平等交流、互相促進(jìn)的課堂氛圍。

（三）課后設(shè)計

課后對課堂上遇到的問題和討論結(jié)果進(jìn)行及時總結(jié)，尤其是學(xué)生遇到的共性問題。及時對教學(xué)方案進(jìn)行改進(jìn)，輔助多媒體資源，對教學(xué)難點進(jìn)行分解和重構(gòu)，應(yīng)用到今后的教學(xué)中，保證教學(xué)方法不斷更新迭代。同時，隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，要把最新的參考資料和發(fā)展動態(tài)融入教學(xué)方案中，提高教學(xué)內(nèi)容的時效性。對學(xué)有余力和積極性較高的學(xué)生，課下提供實驗場地和測試工具，輔導(dǎo)完成單片機最小系統(tǒng)的原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制等工作，并選取若干優(yōu)秀作品進(jìn)行制板，輔導(dǎo)學(xué)生完成硬件測試和軟件調(diào)試，并進(jìn)行電子競賽等拓展活動。

四、總結(jié)

針對單片機理論傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊病，將反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入單片機理論課程教學(xué)中，運用多媒體技術(shù)實現(xiàn)隨時、隨地學(xué)習(xí)，逐步轉(zhuǎn)變學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為學(xué)生配備開發(fā)板，增加動手機會，積累實踐經(jīng)驗，鼓勵學(xué)生參加電子競賽活動，鍛煉創(chuàng)新思維能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程、研究科研課題和解決工程問題奠定扎實的理論與實踐基礎(chǔ)。

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