基于翻转课堂的单片机双语教学实践

（广西科技大学机械工程学院，广西 柳州 545006）

○、引言

双语教学是指在教育过程中，有计划、有系统地使用两种语言作为教学媒体，经过若干阶段的训练，使之能代替或接近母语的表达水平。积极推进双语教学实践，是我国高等教育国际化的战略选择［1］。教育部2001年颁发的高教［2001］4号文件指出，本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学，力争外语教学课程达到所开课程的5%-10%［2］。

翻转课堂是以学生为主体、以教师为主导的一种新型教学模式。1996年，美国Maureen J.Lade和Glenn J.Platt等提出翻转课堂的雏形，并在微观经济学原理课程教学中进行实践；2000年美国学者Maureen Lage，Glenn Platt［3］等在“翻转课堂：创建全纳学习环境的路径”的研究中，根据经济学入门课程的教学实践，对翻转课堂进行研究。李允［4］对国内外的翻转课堂的发展路径及现状进行了研究，根据教学活动的复杂性、教学改革的规律性，阐述了对“破坏式创新”持谨慎态度的见解。张磊等［5］在单片机的翻转课堂中，通过加强课后辅导，以促进思想与观点的交流与碰撞。教学的改革与研究是一个长期、艰巨的探索过程，教学实践中新的困难与新的不适应环节会随着科技与社会的发展而产生，其中相当一部分可能会存在较长一段时间。随着机器学习研究成果的集中爆发，“教育+人工智能（AI）”正成为教育面向未来、实现个性化教学的关键。在新工科的形式下，通过大数据、云教育、慕课与传统教学方式的融合，推动基于双语教学的翻转课堂的开展，逐步打破现存教育发展坚硬的玻璃天花板。

本研究提出基于内反馈与紧耦合的单片机双语教学翻转课堂的教学模式，使学生通过课程的学习，掌握单片机的基本原理，并具备一定的采用英语进行专业交流的能力。

一、单片机双语教学的必要性、可行性与现状分析

（一）大学课程开展双语教学的必要性

与计算机技术相关的前沿理论、技术等大都源于以英语为母语的欧美国家，其对应的软件与硬件产品的技术说明书，以及前沿领域的专业资料与学术论文等，大部分也采用英文撰写。随着知识更新的加速，学术研究的国际交流日益频繁，我国需要更多具备国际交流与合作能力的专业人员。大学课程开展双语教学既是学生学好专业知识的需要，也是学生将来专业发展的需要。

（二）单片机课程开展双语教学的可行性

我国从初中到高中直到大学都设置了英语课程。在大学三四年级时，大学生们基本通过大学英语四级考试，部分甚至通过了大学英语六级考试，具有了一定的英语听说读写以及英文专业文献的阅读能力。

单片机等计算机类的专业课程一般在大三、大四开设，此时学生已完成计算机基础等课程的学习，对相关名词与概念也有一定了解。另外，相对于控制工程、机器人等理论性较强的专业基础课，单片机课程没有复杂的理论推导，也没有抽象的数学模型，而且来源于以英语为母语的国家，具有开展双语教学的天然优势。

（二）单片机国内双语教学的现状分析

在我国，单片机的任课教师基本上是工科出身，他们阅读专业英文文献的能力较强，但是在教学时往往存在口语表达不流利、发音不标准的情况。另外，一些大学聘用外教担任该门课程的任课教师，但由于他们大部分不懂中文，而学生的英文水平还没有达到自由交流的程度平，所以虽然有专业辅导老师的全程陪同，但辅导老师要么是专业水平跟不上，要么是英语交流同样存在困难，致使师生交流存在障碍，从而影响课程教学效果。同时我们还发现，虽然本土的专业教师的口语让人听起来感觉别扭，课堂用语常显生硬，甚至夹杂着中国式英语，但是在遭遇沟通障碍时可临时改用母语来表达，予以补救。从纯粹的专业知识的教学来看，本土教师的教学效果反而比专业外教的好。

二、基于双语教学的单片机翻转课堂

（一）线上教学的实践与研究

单片机是软件与硬件结合紧密的一门课程，相应的硬件结构例如芯片的引脚、寄存器等是用英文来命名的。与之对应的C语言、汇编语言的关键词、指令等都是以英文或者英文缩写的形式表达，因此教案、PPT等教学资料全部用英文呈现给学生。同时，对于诸如CPU结构、P3口第二功能、定时器∕计数器、中断系统、串口通信、A∕D转换等内容尽量采用图、表，图示的信息标注与表的内容也同样采用英文，这样更容易让学生一目了然。总之，单片机采用英语授课显得自然而贴切，且有利于学生对基本原理、指令等的记忆与理解。

据笔者的教学实践发现，在线上课程开始时，一节课讲解的内容约为常规的70%。随着学生慢慢进入学习状态，经过2-3周（每周4课时）之后，一节课可以讲解常规内容的85%左右，学生阅读教材也顺畅起来。在大学本科生中进行双语教学，专业知识与英语表达的学习并不冲突，也没有给学生增加过多的、额外的学习负担，反而可增强他们迎难而上的决心。

在线上教学的辅助教学材料中，笔者上传了专业词汇中英文对照表，给出部分讲义的译文，以帮助学生克服语言障碍，也有助于区分同一概念、定义等在中英文中的不同表达习惯与表达方法。而所布置的预习、课后作业、即时测验题和课外制作的前期准备工作等，除第一次采用中英文对照外，后面的部分全部采用英文表达，让学生在英语语境中初步掌握单片机的基本概念、工作原理以及应用。

（二）线下教学的实践与研究

1.基于内反馈的课程教学实践

与线上教学一样，教师与学生在线下进行交流时，有关硬件结构（如P3口第二功能）、指令系统、汇编语言程序设计等内容，使用英语进行交流的比例达到85%以上；学生之间的交流也推荐这个比例，并由教师监督执行。而有关定时器∕计数器、串口通信、中断技术以及系统扩展等偏重于技术应用的部分，考虑到国内与之相关模块的硬件技术比较成熟，应用也较普遍，日常的专业表达倾向于汉语习惯，所以汉语讲解的比例相对有所提高。但是若涉及基本概念、专业术语、关键词等时，对应的句、段一般要求以英语表述。在教师提问的环节，如果是针对学生的薄弱环节或者比较生疏的部分，一般采用中英文结合的方式进行，并适时地与学生一起将部分典型的中文对话转换为英文，让学生练习如何用英语表述相关的基本原理、概念、专业理论知识等并增强语感。

通过交流，教师以学生的学习状况作为反馈信息，对教学进行调整，如针对学习落后的学生进行答疑，使他们赶上教学进度。在课程教学中，教师对学生的评价是课程教学的组成部分，其关注点侧重于专业知识与专业词汇的掌握，以及采用英语表达专业知识的能力，也包括学生的学习态度与方式等方面。作为反馈的方式之一，教师全面、准确的点评直接影响课堂教学的效果［6］。其充满慈爱、期盼、鼓励的点评，是学生进步中锦上添花或雪中送炭的助力与温暖，会渗透到学生人生旅途当中。

在线下教学的交流过程中，教师需要有良好的亲和力、洞察力和耐心。学生作为推动未来发展的重要力量，在娴熟掌握专业知识的教师面前，面对浩瀚的知识海洋，他们似乎并不显眼，甚至困惑不已，但从长远的角度看，他们生机勃勃、思维敏锐，相对于教师而言，有着不可限量的未来。

一个真正热爱学生、热爱教学的教师，在教学过程中容易形成畅通的反馈通道，并与学生产生情感共鸣。在教学实践中笔者发现，由于拥有娴熟的专业知识，即使教师的讲解存在中国式英语，但课程教学总体上还是比较受学生的欢迎，他们也肯定了教师在尝试与探索中所做的努力，并愿意与教师一起维护课堂，共同研究提升教学效果的方法。另外，据笔者观察与分析，教师所展现的专业能力与学术魅力，容易让学生形成心理上的期待和超越老师的动力与决心；有利于学生摆脱以谋生存为目标，一味被动地迎合不够理性的社会需求的困境；也容易激励他们探索未知世界、引领社会未来的责任感、使命感。反之则容易产生“单边逻辑”现象，即教师只顾自己这一方的讲解是否符合逻辑、是否正确，却忽略了学生的反应与教学的实际效果，使教师难以把握学生的学习节奏，从而使教学系统容易趋向于不可控、不稳定的状态。

学生采用英文（或中英文交替）在课堂上进行讨论与交流，将自己对基本原理的认识与理解在课堂上进行充分展示，可发现自己或者对方理解上的偏差。学习被动的学生可激活其蕴含的积极因素与内心的渴望，树立自信心；学习落后的学生可以攻克其薄弱环节，迎头赶上；而学习超前的学生容易产生积极向上的成就感。同时，学生的英语表达能力在交流与讨论中也可得到充分的锻炼。

2.基于紧耦合的课外实物制作

在课程教学中，案例教学法有利于提高教学效果，是理论教学的自然延伸。在实物制作环节，笔者根据实验的目的与内容，先进行仿真，得到可行的设计方案，包括电子元器件的选用、硬件电路的设计、程序的编写等，然后进行电路板制作、控制本体的设计与制作等，最后进行系统的调试。本次教学实践基本由学生自主完成的某精密微称重装置的系统电路原理图如图1所示。该装置的传感器采用HX711模块，其中GND接地，A-、A分别接传感器电桥的对角线这两个引出点。系统调试完成后运行效果如图2所示，图示中5枚1元的硬币、4枚5角的硬币以及1枚1角的硬币共重46g；经过测试检验，该系统的精度可达1g。

图2 实物制作运行成功图示

本课程的一些辅助设计软件，如Keil编译软件、Proteus仿真软件、Wave6000软件等都是采用英文的非汉化版本。通过在英语编程环境中进行程序调试（Debug），锻炼学生的找错、改错能力，并引导其养成在英文环境中思考和解答专业问题的习惯。学生在系统调试时，实际上就是根据所学的理论知识对实验现象进行分析、研究，可看作理论知识与实践操作相互作用、相互耦合的关系。学生通过将理论知识与实践相结合，巩固所学的基本原理、定理与概念，并获得新的领悟、新的见解。本研究所提出的紧耦合，一是指课题的设置与学习的目的紧密相关。二是作为课程教学的组成部分。学生通过理论与实践的多次循环，从探索中掌握相应的原理，验证科学家发明的结论，了解知识形成、发展过程，并体会到科学探索与发现的艰辛。而这种制作中实践与理论紧耦合的特性，有利于扩展课程学习的边界，化解影响学生学习的隐性因素，减少学习的死角。在翻转课堂的实物制作环节中，教师也尽量不去影响学生的自主思考。比如在设计过程中，相应的技术方案、电路设计、程序的编写、系统的调试以及控制对象的实物制作等，都是学生的自主行为，教师的指导在该环节中的体现不明显。另外，随着科技一日千里的发展，在高等教育阶段，教师也不再是知识的唯一传播者，也不一定是前沿研究的长时效的引领者；在技术进步的面前，孜孜以求的莘莘学子才是新时代的弄潮儿。

在本课题的开展过程中，若系统调试遇到困难或者无法进行下去，一般可以认定所设计的系统存在问题：或者由于对基本原理的理解错误而致使设计存在错误；或者所设计的系统存在错误，与基本工作原理不符合；或者是所设计的系统依据的基本原理不能解决该问题；或者是设计者对需要完成的任务不明确，导致技术路线不合理，等等。这时候要根据设计目标、拟采用的基本原理、系统调试时的现象，进行仔细分析、反复揣摩，查找错误的原因所在，逐个排除故障，直至将系统调试成功。在课题进行过程中，学生学习的薄弱环节容易暴露出来，这时可以根据实际情况查阅资料或者互相讨论与探索，及时地查漏补缺，纠正原来的错误认识，巩固所学知识。另外，学生通过实物制作环节，可认识到理论知识在工程实践中的指导意义，从而重视理论知识的学习。

3.基于双语教学的翻转课堂分析

在单片机双语教学中，笔者参照水激石则鸣的现象，并根据教学的实际情况，采用“阻碍教学”的方法：在理论教学环节，适当增加学习难度，调整教学的形式与方法，比如设置部分似是而非的结论，让学生经过探索获得柳暗花明、峰回路转的效果；在实物制作环节，设置符合大学本科专业难度的课题，以展现学习过程中的沟壑。让学生通过推敲、揣摩、比较与筛选，去粗取精、去伪存真，从最初对各知识点具有一般性认识，到通过勤勉努力，最后克服困难，跨越沟壑而完全掌握相应的基本原理，并发现自己科学研究的能力。另外，学生在学习与实践过程中，经常会有独特的见解产生。对于学生经过认真思考得出的结论或者方法，无论正确与否、合理与否、可行与否，教师都需要予以充分的鼓励与肯定。对于不正确的认识，可采用教师、学生之间多方交流、探讨的方式查找原因，实现学生的认识从不正确到正确、从不完整到完整的转变。在条件允许时，支持学生参加各类大学生创新比赛活动，甚至可鼓励学生试着用英文总结自己的发现与见解，培养学生用英文进行写作和交流的能力，使其成为学生专业发展的支点［7］。本课题的递进式翻转课堂如图3所示。

图3 单片机新型递进式翻转课堂示意图

图3中，“教师”的字体逐渐减小，而“学生”的字体逐渐增大，这表示教师指导的信息量随着教学进程逐步深入而减少，而学生学习的自主性则逐步增强。这与Saridis（萨里迪斯）提出的IPDI（Increasing Precision with Decreasing Intelligent）原则“精度随着智能的降低而提高”具有相似的体系结构与机制［8］。

教学是一个多变量相互作用与耦合的系统。学生方面的情况主要是指学生的专业基础，英语听说读写的能力，在教学中的参与程度，态度是否端正，精力是否集中等；教师情况主要涉及讲课方式、教学组织能力、课堂调控能力、英语的听说能力，也包括专业水平、捕捉本领域前沿研究的敏锐力等方面。教师后两项的水平越高，越能抵御翻转课堂中的不确定、消极因素，也越有利于学生开展新的学习和研究等。由于在课题研究的实践中，通过在一定程度上对现存教学模式采取适度打破的方式，所形成的新型教学模式具有较强的即兴性，所交流的内容、学生的提问以临时性的居多，难以准确预测，但也正是这种不确定因素的客观存在，容易使师生通过思维的碰撞产生灵感。

三、结论

本教学实践为避免学生在学习过程中陷入盲人摸象的困境，通过反馈以便能够更加全面、准确、及时地反映教学情况，形成有效的信息交流渠道，使学生得到正确的判断与认识；同时通过增设基于基本原理的实物制作等课外活动，使学生加强对基本原理的理解、巩固。

本研究将双语教学引入翻转课堂中，虽然由于语言障碍，一定程度上增加了学生的学习困难与教师的工作难度，延缓授课进度，但是磨刀不误砍柴工，通过双语教学的翻转课堂，可以提高学生阅读专业外文资料的能力，以及学生的软、硬件的设计能力，实现新工科建设下的“人才培养的新模式、教育教学的新质量”［9］，从而实现教师的教育理想——遇见学生的美好未来。

［致谢辞］

本课题研究的开展得到华南理工大学姚锡凡老师与西南交通大学刘斌老师百忙之中的指导，在此致以诚挚的谢意。