融合翻轉(zhuǎn)課堂培養(yǎng)應用型人才的教學改革探索
——以單片機課程為例*

陳家棟

桂林電子科技大學電子信息學院 廣西壯族自治區(qū) 北海 536000

引言

未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型“新工科”人才。但傳統(tǒng)工科教育普遍存在以下問題：①應試教育導致學生主動學習不足、能力不足；②專業(yè)教育與能力素質(zhì)教育脫節(jié)，創(chuàng)新不足；③理論知識與實際應用結(jié)合不強，課堂枯燥乏味；④教學模式單一，學生學習興趣、積極性不足[1]。

翻轉(zhuǎn)課堂是以學生為中心的個性化教學。該教學模式將教師轉(zhuǎn)變成促進者和指導者，而學生成為課堂的主體，改變了以往課堂上教師與學生之間絕對的教與學關(guān)系，改善了學生學習課程知識的效果[2-3]。

1 單片機課程教學現(xiàn)狀

單片機課程已成為高校電子信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，屬于技術(shù)性、工程性、實踐性很強的一門課程，成為培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力的一個良好載體。當前單片機課程教學普遍存在的問題[4-5]：①教學形式單一，教學內(nèi)容抽象，知識難以理解，降低了學生學習單片機的興趣和熱情；②知識應用性高，學生學習目標不明確，學習主動性不強，不懂學以致用。③實驗模式單一：實驗箱+指導書，學生連接電路+修改程序；導致學生分析設計能力弱，實踐動手能力差。

針對傳統(tǒng)新工科教育和單片機課程教學的問題，本文以單片機課程為例，研究基于翻轉(zhuǎn)課堂培養(yǎng)新工科應用型人才的教學模式，在教學內(nèi)容選取、教學方法以及考核方式上進行深化改革，力求改善課堂效果，以更充分地調(diào)動學生的學習積極性，提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，達到培養(yǎng)工程實踐能力強的新工科應用型人才的目的。

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機教學模式改革

2.1 教學改革思路

單片機課程的教學改革思路如下圖1所示。

圖1 單片機課程改革思路

面向“新工科”應用型人才培養(yǎng)，以提升學生綜合知識應用能力和工程實踐能力為目標，通過教學內(nèi)容重構(gòu)、教學模式實施、考核評價方式改革等手段，圍繞“以學生為中心，激發(fā)學生興趣，學生自主學習，教師輔助引導”的理念，最終實現(xiàn)本課程在人才培養(yǎng)中所發(fā)揮的實際效用，提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

課程內(nèi)容建設：將整個課程的原理知識化整為零，選取工程上使用頻率高的知識點作為教學內(nèi)容，并根據(jù)知識點的重要性及其難易程度標定分值。將實踐教學滲入理論教學，結(jié)合小項目（如彩燈、計時系統(tǒng)等），提高了學生的學習興趣和熱情。

課程任務驅(qū)動：學生自由選取理論知識點學習，根據(jù)自己的興趣，設計仿真作品和工程實訓作品，并以此作品申請結(jié)課答辯，取締原來的試卷考試，提高學生主動學習的積極性，提升工程實踐和創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新教學模式引導：采用翻轉(zhuǎn)課堂和探究性學習融合的教學模式，改進原來課堂上老師講，學生聽的單一教學模式。翻轉(zhuǎn)課堂：學生根據(jù)所列知識點，觀看老師所錄視頻，網(wǎng)上查閱資料，或者觀看網(wǎng)上其他老師所錄視頻，進行自主學習。學生可自主規(guī)劃學習內(nèi)容、學習節(jié)奏、風格和呈現(xiàn)知識的方式，實現(xiàn)個性化教學；探究性學習：為了增加學習過程的趣味性，提高學生的興趣，課堂上，老師為各小組設置問題，小組成員通過自主學習、查閱資料以及交流討論獲得并陳述問題的解決方案。

2.2 教學內(nèi)容設計

面向“新工科”人才工程實踐能力、創(chuàng)新能力所對應的知識體系，梳理“單片機”課程知識點，設計了單片機課程教學內(nèi)容，如表1所示。

表1 單片機課程內(nèi)容設計

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學過程實施

2.3.1 教學準備工作。為了確保教學工作井然有序地進行，需在教學工作開始之前準備相關(guān)的課程資源，課程資源建設內(nèi)容如表1所示。通過這些課程資源的建設，激發(fā)學生主動學習的興趣，拓寬學生視野，進一步鞏固對課程內(nèi)容的掌握。

表2 課程資源建設內(nèi)容

2.3.2 原理學習階段。對于學生來說，萬事開頭難，由于一直都處于老師講，自己在臺下聽的狀態(tài)，如今突然轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W習的狀態(tài)，會變得有點不知所措，不知從何入手。因此，教師必須做好學習資源準備，讓學生能找到知識獲取的來源，減少他們的焦慮感，要做好引導，提高學生的興趣和積極性。

在原理學習階段，利用5個單片機必學的知識點，結(jié)合問題驅(qū)動，實行統(tǒng)一引導，逐步培養(yǎng)自學能力。課堂上按小組劃分，為各小組設置問題，小組成員帶著問題去學習視頻、查閱資料、交流討論，時間為1個課時，由于時間有限，故要求學生充分利用課前課后時間進行學習。在第二節(jié)課時，由教師隨機抽點小組成員進行陳述答案，并對所陳述答案進行點評。對于小組不理解的知識點，或課后多數(shù)同學反映不懂的知識點，教師在課堂上統(tǒng)一進行補充講解。

2.3.3 應用設計階段。新工科應用型本科生面向綜合應用能力和工程實踐能力的提升。應用設計階段包括仿真設計和工程實訓兩個階段。

仿真設計是利用Proteus設計仿真作品，在理論上驗證知識的可用性和設計的可行性。對于仿真作品的要求如下：①整體性：作品應具有整體功能，如萬年歷、溫度計等。②合理性：各知識點之間應有一定的內(nèi)在邏輯關(guān)系。③創(chuàng)新性：自主創(chuàng)新設計，不能由各知識點孤立地拼湊，更不能抄襲。

工程實訓階段，綜合單片機、模電、數(shù)電、電子測量等課程技術(shù)，結(jié)合生活應用，進行單片機綜合應用實訓，制作實物作品。給出多個課題項目，如交通燈，數(shù)字萬用表，溫度表，萬年歷等，安排2-3人/組，讓學生自主選定方案、選擇器件、設計原理圖，編寫程序，繪制PCB圖，印制電路板，焊接調(diào)試等。整個過程中，學生主導，老師起到指導作用。

2.4 考核評價機制

采用新型考核評價方式，主要是作品驗收和答辯，以及探究性學習過程考核的方式，激勵學生在整個學習過程中積極參與。考核學生真正的知識應用能力、工程實踐能力、理解能力和表達能力?？稍诤艽蟪潭壬咸岣邔W生的綜合素質(zhì)，提升創(chuàng)新實踐能力，滿足新工科應用型人才培養(yǎng)的要求。

驗收答辯階段，制定答辯時間安排表，安排學生逐一答辯。

2.4.1 學生制作PPT，利用5分鐘時間進行作品功能演示，并闡述工作原理等。

2.4.2 教師針對作品所涉及的知識點，逐項進行原理提問，根據(jù)功能實現(xiàn)效果以及答辯情況，逐項給出評分。

2.5 課程改革效果

圖2為教學改革前后學生的成績分布比例，由圖可以看出，優(yōu)秀和良好的成績比例顯著上升，中等、及格和不及格等級的成績比例明顯下降，課程激發(fā)了學生的學習興趣和主動性，達到了改革的目的。

圖2 教學改革前后學生的成績分布比例

圖3為部分學生作品展示。由作品可以看出，學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力得到了很大的提升。

圖3 學生作品展示

3 結(jié)束語

本課題通過教學內(nèi)容的重構(gòu)，翻轉(zhuǎn)課堂與探究性學習教學方法的融合，考核方式的變化，增加學生學習單片機的興趣，提高自主學習的積極性；培養(yǎng)學生自主搜尋知識，獲取知識的能力；提升學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；增強學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力。通過課程改革，可改善課堂教學效果，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。通過該教學模式，可以培養(yǎng)出一批優(yōu)質(zhì)的新工科應用型人才。