五步教學(xué)法在《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》的實(shí)踐

謝志英 李雄偉 謝方方 李艷

摘要：該文結(jié)合軍校實(shí)際，將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式引入到《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中，探索出一套有效的、可操作的五步教學(xué)法，即前思、打底、演練、拓展、反思，并以實(shí)際案例為例，詳細(xì)論述了每一步的實(shí)施過程。實(shí)踐證明，該教學(xué)法激發(fā)了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)硬件;翻轉(zhuǎn)課堂;五步教學(xué)法

中國分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）28-0179-03

在信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的同時(shí)，全球正在興起一場新教育技術(shù)的變革，在線學(xué)習(xí)、MOOC平臺、FCM翻轉(zhuǎn)課堂等新興的教學(xué)模式不斷涌現(xiàn)。2011年，薩爾曼·可汗的TED演講“用視頻再造教育”，引起全球教育工作者對翻轉(zhuǎn)課堂的高度關(guān)注。軍校教育要應(yīng)對新的挑戰(zhàn)，必須積極學(xué)習(xí)和引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)手段，但囿于軍校的特殊性決定了我們不能完全照搬國外或地方大學(xué)的模式，怎樣利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式提高軍校課堂的質(zhì)量需要不斷實(shí)踐和探索。

1計(jì)算機(jī)硬件翻轉(zhuǎn)課堂的必要性

《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》課程是以80x86系列計(jì)算機(jī)為背景，系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和典型接口技術(shù)。由四大模塊組成，分別是8086系統(tǒng)、存儲器系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)、10接口及常用芯片。通過8086常見的指令系統(tǒng)和C語言程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化硬件與軟件之間的聯(lián)系。該課程內(nèi)容與工程實(shí)際緊密聯(lián)系，實(shí)用性很強(qiáng)，是一門在理論指導(dǎo)下，偏重于實(shí)際應(yīng)用的課程。該課程的核心是通過搭建硬件電路一編寫軟件程序一聯(lián)合調(diào)試三步驟，完成滿足特定功能的具體任務(wù)。但目前采用傳統(tǒng)的課上教員講課，課下學(xué)員自主完成作業(yè)的授課模式，學(xué)員在課上僅是能完成對基本知識點(diǎn)的記憶和理解，缺乏熱情，更是缺乏對重點(diǎn)芯片的應(yīng)用和實(shí)踐。這種模式使學(xué)員處于一種被動學(xué)習(xí)的狀況，無法激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。

根據(jù)布魯姆學(xué)習(xí)金字塔的理論，認(rèn)識到知識和理解都屬于是低認(rèn)知的活動，而應(yīng)用、分析、綜合、實(shí)踐都是高認(rèn)知的活動，傳統(tǒng)授課模式是在課堂上完成了低認(rèn)知的活動，而將高認(rèn)知的活動安排在了課后。所謂翻轉(zhuǎn)課堂，其把傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程翻轉(zhuǎn)過來，讓學(xué)習(xí)者在課外時(shí)間完成針對知識點(diǎn)和概念的自主學(xué)習(xí)，課堂則變成了教師與學(xué)生之間互動的場所，主要用于解答疑惑、匯報(bào)討論，也就是將知識的傳遞和知識的內(nèi)化過程顛倒過來了，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。本文以《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》課程為例，探索了在軍校實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的具體過程及實(shí)施的效果。

2計(jì)算機(jī)硬件翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施方案

2.1梳理知識，確定翻轉(zhuǎn)內(nèi)容

并不是所有的課程、所有的知識點(diǎn)都適合翻轉(zhuǎn)。通過實(shí)踐可知，在理工類偏實(shí)踐課程中實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂是切實(shí)可行的。但是也不是全部的內(nèi)容都適合，應(yīng)該選取知識點(diǎn)固定、可以切割的、理論與實(shí)踐能夠分開的內(nèi)容作為翻轉(zhuǎn)內(nèi)容。按照此原則，課程組選定了兩大模塊、七個知識點(diǎn)的內(nèi)容作為翻轉(zhuǎn)內(nèi)容，具體見下表1所示：

本文以第4個案例——8255A芯片的基本使用為例，詳細(xì)論述五步式翻轉(zhuǎn)課堂的具體策略及實(shí)施過程。

2.2實(shí)施翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)員本位

所謂五步教學(xué)法，是指將翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施過程劃分為——前思、打底、演練、拓展、反思五步驟。

2.2.1前思

前思是指提前幾天（一般是一周）向?qū)W員介紹翻轉(zhuǎn)課程的主題，并引導(dǎo)學(xué)員從已有的知識、生活密切相關(guān)的事件中進(jìn)行思考，不斷尋找答案。

本文以案例4為例，設(shè)計(jì)的前思是：當(dāng)外設(shè)的數(shù)量比較少時(shí)，使用緩沖器74LS245、74LS373即可實(shí)現(xiàn)外設(shè)與CPU之間的通信。而在實(shí)際生活中，外設(shè)的數(shù)量通常比較多，如：我們在晚上看到的霓虹燈顯示的各種效果（一般由幾十個、甚至是上百個LED燈組成的霓虹燈），需要外設(shè)的接口比較多，在芯片控制中，有沒有這種能夠?qū)崿F(xiàn)并行、多個接口的硬件芯片可用呢？

2.2.2打底

打底指的是教員事先提供給學(xué)員與所講課堂內(nèi)容相關(guān)的材料，包括視頻、圖片、文檔等多元資料，并確保每名學(xué)員在正式授課前必須觀看，具體分三步實(shí)施。

首先，錄制視頻。教員事先將選定的課程內(nèi)容錄制成視頻，視頻要以解決某個具體的問題為主逐步展開講解，將問題的解決劃分為幾個模塊，給出幾個模塊的解決思路，但不給出具體的答案。并且注意視頻中要留有引導(dǎo)式的問題，引導(dǎo)學(xué)員思考并查閱相關(guān)資料。

其次，集中觀看。為了確保課前每名學(xué)員都能觀看到視頻，教員將學(xué)員帶到機(jī)房統(tǒng)一觀看。

最后，回答問題。根據(jù)視頻中設(shè)置的思考問題，要求學(xué)員觀看視頻后，做出自己的回答，鼓勵學(xué)有余力的學(xué)員，能嘗試在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下完成相應(yīng)的教學(xué)視頻中的案例。并且課前要求以小組的形式，每組提交視頻中預(yù)留問題的答案。以便課堂上教員能針對學(xué)員回答的情況，有的放矢的開展教學(xué)活動。

針對“可編程并行接口芯片8255A”翻轉(zhuǎn)內(nèi)容，設(shè)置的思考問題是：

①描述從端口B輸出一組八位LED燈時(shí)，各個信號的狀態(tài)。

②討論：8255A地址線連接問題。

8255A芯片的地址線AOAl是不是只能連接8086CPU的A1A2，如果不是，還可以怎樣連接？

③根據(jù)硬件電路圖，寫出軟件控制字。

教員課前根據(jù)學(xué)員的回答情況，繼而能夠知道學(xué)員對知識的掌握程度，通過任務(wù)4的問題，反映出學(xué)員對第二個問題爭議較多，所以教員在課上需要花大力氣講透講懂。

2.2.3演練

演練指的是對視頻中基本的、重要的知識點(diǎn)在課堂上溫故，以彌補(bǔ)有的學(xué)員沒有看打底材料的缺失。然后再圍繞打底視頻中的案例，按照劃分的步驟分組展開實(shí)踐教學(xué)演練，時(shí)間大概45分鐘。打底視頻中將任務(wù)4的實(shí)現(xiàn)劃分為三個步驟，分別是硬件連線、軟件編程、聯(lián)合調(diào)試。

第一步：硬件連線

分別完成8255A與8086CPU、8255A與外設(shè)的連接。與外設(shè)的連接相對簡單，可以任意選擇A、B、c三個端口中的任意兩個分別連接8個開關(guān)和8個LED燈;對于與8086CPU的連接要注意奇偶地址的問題。

第二步：軟件編程

實(shí)現(xiàn)任務(wù)4的功能，還必須編寫程序以完成對芯片的控制。首先要對8255A進(jìn)行初始化設(shè)置，即對芯片的端口選擇、工作方式等進(jìn)行設(shè)置，然后再根據(jù)軟件功能、硬件連線編寫軟件代碼。核心軟件代碼如下：

第三步：聯(lián)合調(diào)試

這是最為關(guān)鍵的一步，需要花大力氣、長時(shí)間訓(xùn)練才能最終習(xí)得的技能。大部分學(xué)員完成前兩步后，運(yùn)行程序時(shí)發(fā)現(xiàn)并不能得到想要的結(jié)果，主要有兩類錯誤。第一類是語法錯誤，程序的編寫上有部分語法，不符合語法規(guī)則;第二類是邏輯錯誤，即運(yùn)行程序沒有報(bào)錯，但是運(yùn)行結(jié)果不正確。這類錯誤較難排除，需要從硬件、軟件兩方面檢查。

注意：在上面每一環(huán)節(jié)的中間，要確保至少有80%的學(xué)員完成之后，再進(jìn)入到下一個環(huán)節(jié)的任務(wù)中。

2.2.4拓展

拓展指的是在課堂演練的基礎(chǔ)上，按照Input+1原理，舉一反三，著重加強(qiáng)對重點(diǎn)知識或知識技巧的應(yīng)用，時(shí)間大約是45分鐘。

在案例4中，設(shè)置的拓展實(shí)驗(yàn)是，根據(jù)開關(guān)狀態(tài)控制數(shù)碼管顯示的數(shù)值。硬件電路上將課堂演練中的LED燈換成數(shù)碼管，軟件程序根據(jù)邏輯適當(dāng)修改即可。

實(shí)踐證明，大約90%學(xué)員能夠在45分鐘內(nèi)完成上述的課堂演練環(huán)節(jié)，大約有80%的學(xué)員能夠利用剩余的45分鐘，完成拓展練習(xí)。

2.2.5反思

反思指的是教員通過學(xué)員作業(yè)、調(diào)查問卷等多元評價(jià)方式來評估學(xué)員的學(xué)習(xí)效果，從而對教學(xué)方法、教學(xué)案例做出調(diào)整。

一次翻轉(zhuǎn)課堂后，一名平時(shí)學(xué)習(xí)較差的學(xué)員說：“教員，這樣翻轉(zhuǎn)的教學(xué)模式真好，通過動手實(shí)踐我們在課堂上就徹底掌握了知識?！蓖ㄟ^課后作業(yè)和上機(jī)實(shí)踐可以看出，增強(qiáng)了學(xué)員學(xué)習(xí)的信心和興趣，學(xué)習(xí)的效率大大提高了。通過調(diào)查問卷和評分量表，可以看出學(xué)員對翻轉(zhuǎn)課堂的模式非常認(rèn)可。同時(shí)也會暴露出一些問題如：翻轉(zhuǎn)課堂的模式對學(xué)員和對教員的要求都更高了。對學(xué)員來說，要求學(xué)員在課前花時(shí)間去預(yù)習(xí)打底視頻、查閱資料、回答問題;對教員來說，要有能力把控課堂上出現(xiàn)的各種隨機(jī)現(xiàn)象，解決學(xué)員遇到的各種異外、突發(fā)情況。

3結(jié)論

“翻轉(zhuǎn)課堂”是教學(xué)流程變革所帶來的知識傳遞的提前和知識內(nèi)化的優(yōu)化。如果單純地按照傳統(tǒng)的授課方式，講芯片的引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，硬件連接，不僅會浪費(fèi)課堂的時(shí)間，而且會使學(xué)員始終作為一個聽客、看客。在翻轉(zhuǎn)課堂上，知識傳授通過信息技術(shù)的輔助在課外完成，知識內(nèi)化則在課堂中經(jīng)老師的幫助和同學(xué)的協(xié)助而完成，學(xué)員親自上手使用芯片，把知識的動手實(shí)踐由課外變成了課內(nèi)，每個學(xué)員都有任務(wù)，真正成為學(xué)習(xí)的主人，可以更加積極地參與到課堂活動中，從而提高教學(xué)效率。