项目驱动下“单片机”翻转课堂教学模式探索

别 磊，孙德志，姜 波，胡 晶

（长春光华学院，吉林 长春 130033）

0 引言

国家提出的“新工科”人才培养战略，要求培养工程实践能力强、创新能力强、具备竞争力的高素质复合型人才，同时要求缩小传统教学模式下高校人才培养与企业需求之间存在的差距[1]。高校进一步探索更加个性化、多样化和全方位的人才培养模式，以适应国家发展的需要。单片机也称单片微控制器，是一种集成电路芯片，在智能家居、工业控制、航空航天等领域都具有重要且广泛的应用[2]。熟练掌握单片机系统的设计和控制，不仅有助于提升知识技能和实践能力，更有利于提高创新水平，满足社会对应用型人才的需求。

针对长春光华学院机械电子工程专业“单片机”课程教学过程中存在的若干问题，提出了一种项目驱动下单片机翻转课堂教学模式，并利用现有教学资源对教学过程进行了重构，达到了提高学生的学习兴趣，调动他们的主观能动性，促进学生进行专业探究与实践。

1 “单片机”课程教学现状分析

“单片机原理及应用”是机械电子工程专业的一门核心专业课，涉及多个学科、多个专业的内容，具有很强的实践性和综合性[3]。目前国内很多高校对该课程教学已由传统讲解模式向案例教学或项目教学模式转变[4]，意在解决课时数少、学生实践操作时间不充足的问题，但在课堂教学的实施过程中仍存在以下几方面的问题：

（1）学生预习效果差

课堂教学若要有好的教学效果，需要学生带着问题或者目标进入课堂，并跟着老师讲课思路积极主动寻找答案。这要求学生在课前能进行预习并且对课堂要讲内容进行深度思考。但由于学生自制力差、积极性不足、教师对课前阶段的掌控不足等问题，往往导致学生没有达到预定的预期效果。

（2）理论部分讲授过多

单片机课程内容涉及知识面较广，且多数知识点晦涩难懂，这也就导致了教师在理论部分讲授上占用大部分时间。此种方式难以发挥学生的主观能动性。

（3）项目之间关联度小

不管是项目教学中的实践项目还是实验课程中的题目，都在一定程度上受课程内容的限制，从而导致项目相互之间的关联性较小，缺少设计性和团队协作能力的锻炼。

（4）过程性评价体系不够完善

传统课堂模式的成绩评定忽略了学生在学习过程中的阶段性成果，所以很难对学生学习质量做出有效、客观、公正的评价[5]，因此，对学生的学习质量评价更应侧重于应用能力和过程。

2 项目驱动下的翻转课堂教学模式改革

项目式教学法是在教师的指导下，将相对独立的项目交由学生进行协作完成全流程的设计与评价[5]。翻转课堂是一种打破传统课堂模式，将课堂内外时间进行重构，学生从被动接受知识向主动探究知识转变，教师的角色也从知识的灌输者变成课堂管理者。以上2 种教学方法都是为了解决学生学习过程中的内驱力以及理论与实践脱节的问题。任何形式的学习过程都必须有内驱力作为学习动机，同时要结合行之有效的学习方法才能达到良好的学习效果，这也就使得项目式教学与翻转课堂有机融合相辅相成成为一种可能。

在基于项目驱动的单片机翻转课堂的模式下，项目任务是内驱力，是完成课程任务的有效动机。而仅仅有项目却没有完成项目的能力也仅仅使之成为空中楼阁，因此需要使学生在开始项目之前具备一定知识素养与技能素养。所以在该模式下按照时间顺序设置三种课程类型，即先导课、验证课、项目课。针对课程类型、内容、难易程度等因素的不同调整课时安排。导课教师首先由导课引领学生完成基础理论和操作方法的学习，使学生对后续课程的学习具备一定的基础，以便后续课程的展开，过程见表1。验证课程中，需要对完成项目所须的知识与技能进行有针对性的学习，在此学习过程中使用翻转课堂的形式。对学生课前学习质量进行监督，包括学生的学习时长、学习质量、是否提出有效的问题等。课中针对普遍存在问题做统一解答，对组内的问题进行单独答疑，同时对课堂的进度与秩序进行管控。课后对学生的课堂测试进行总结分析，实现对学生学习质量的监控。项目课程中，明确小组任务，组员之间配合完成任务，锻炼学生的团队协同能力。在课程中适当融入课程思政元素，厚植爱国主义，激发学生的使命感与价值认同。教师在整个过程中负责答疑及进度管理。进行任务分配时每个独立项目中的子项目又分为基础项目、提升项目和综合项目，设计渐进式的教学目标和与之匹配的评价标准，学生根据自己的学习能力、知识储备等因素自行决定所做的项目内容，最后与其他组员共同进行项目调试与结项。

表1 项目驱动下单片机翻转课堂教学安排表

3 典型项目教学案例实施过程设计

电饭煲定时器系统设计是单片机项目式教学中的一个典型项目，主要实现的是电饭煲的功能操作、定时显示、提示音等功能，其中包含中断定时器、数码管显示、独立键盘、继电器控制、蜂鸣器等重要章节内容。通过此项目的实践，能够增强学生对单片机中软硬件设计的综合应用能力。

对于先导课程使用常规教学模式，着重使学生掌握单片机实验板的结构组成及电路原理、C 语言基础知识以及LED 小灯的点亮，熟悉keil 编程软件、STC-ISP 程序烧录软件、PROTUES 软件的使用。设置随堂测验，对学生的学习质量进行监控，具体的完成内容要求见图1。

图1 项目驱动下单片机翻转课堂内容安排

验证课程即对上述项目包含章节内容进行逐一学习实践，验证课程使用翻转课堂的形式，首先在课前发布项目计划安排与知识点清单，针对课程内容发布一定量的学习视频与参考资料供学生自学。设置课前预习测验题，用于督促和检验学生在课前的学习质量和进度。设置课前预习内容提问单，便于老师掌握学生的问题，并在课上及时解决。课上学生在自己的小组内进行学习讨论，也可以与老师进行实时互动交流。课上使用开发板对预习内容进行操作验证，并及时与老师反馈实践成果，教师需对学生的成果进行评分。学生完成课后测验或作业并进行内容小结，开始下一次验证课程的预习。

在项目课程中，学生已经对完成预定项目具有了一定的知识和技能基础，但是由于学生的学习能力、课程专注度、主观能动性的差异，导致学生对验证课程中的内容掌握情况不尽相同。因此在项目课程课前进行任务布置时，由组长与组员进行协调确认自己所承担的任务难度。在课上各小组之间可以进行研究与讨论，共同推进项目进行。在课堂上要求学生控制12864 显示屏，在程序初始化时展示“热烈庆祝建党百年”“我爱祖国”等字样。老师在最后一次项目课上对各组的完成情况进行评分记录。课后学生需完成的是本次项目的完成总结与收获心得报告。

在整个项目驱动下的翻转课堂教学过程进行中，老师主要的作用是进行监督和引导，把更多的时间留给学生，帮助学生探索更深层次的知识并内化成技能，同时启发学生的好奇心，培养学生的自学能力与团队协作精神。通过验证课程在翻转课堂模式下的逐步完成，为后续项目课程打下基础，同时验证课程又作为项目课程在翻转课堂模式下的预习部分，形成了双层翻转课堂的教学模式，进一步提升了学生知识素养和技能素养。

4 实践效果评价

研究选取2017、2018 级机械电子工程专业2 个班级“单片机原理及应用”课程总成绩进行统计分析（表2）。该成绩包含各种随堂测试成绩、阶段测试成绩、项目评分成绩等之和（占总成绩70%）。

表2 学生成绩统计表

在实施该教学模式后，由2 年的成绩统计可知，4 个班级单片机课程均取得较好成绩，学生对知识的理解和掌握程度均有较大范围的提升，通过项目式教学的设计和实施，学生对单片机课程产生了浓厚的兴趣，并在一定程度上锻炼了学生的自制力和协作精神。在翻转课堂模式的引导下，学生的主要学习时间由课上向课上课下相辅相成的形式进行转变，提升了学习的内驱力，学生对于此种教学环节设计能积极配合和参与，提升了学生的动手实践能力，学生的认可度高，对学生的后续课程学习产生了积极影响。

5 结语

项目驱动下的单片机翻转课堂教学模式在一定程度上激发了学生的学习兴趣，提升了学生的自主探究能力和解决实际问题的能力，培养了学生的创新意识和团队协作意识。在项目目标的驱动下，学生加快了对知识的内化进程，使之迅速转化成为理念和技能。解决了课时少、过程性评价体系缺乏等问题，并将课程思政有机融入学习中，培养了学生爱国情怀。但是，在课程教学过程中同样存在一些问题，如教师对课堂进度的把控不到位，学生主观能动性差等问题，因此，要想使此种模式更加高效、合理的服务于“新工科”人才体系的培养，还需要继续深入研究与探索。