融合翻转课堂培养应用型人才的教学改革探索——以单片机课程为例*

陈家栋

桂林电子科技大学电子信息学院 广西壮族自治区 北海 536000

引言

未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。但传统工科教育普遍存在以下问题：①应试教育导致学生主动学习不足、能力不足；②专业教育与能力素质教育脱节，创新不足；③理论知识与实际应用结合不强，课堂枯燥乏味；④教学模式单一，学生学习兴趣、积极性不足[1]。

翻转课堂是以学生为中心的个性化教学。该教学模式将教师转变成促进者和指导者，而学生成为课堂的主体，改变了以往课堂上教师与学生之间绝对的教与学关系，改善了学生学习课程知识的效果[2-3]。

1 单片机课程教学现状

单片机课程已成为高校电子信息类专业的重要基础课程，属于技术性、工程性、实践性很强的一门课程，成为培养学生实践和创新能力的一个良好载体。当前单片机课程教学普遍存在的问题[4-5]：①教学形式单一，教学内容抽象，知识难以理解，降低了学生学习单片机的兴趣和热情；②知识应用性高，学生学习目标不明确，学习主动性不强，不懂学以致用。③实验模式单一：实验箱+指导书，学生连接电路+修改程序；导致学生分析设计能力弱，实践动手能力差。

针对传统新工科教育和单片机课程教学的问题，本文以单片机课程为例，研究基于翻转课堂培养新工科应用型人才的教学模式，在教学内容选取、教学方法以及考核方式上进行深化改革，力求改善课堂效果，以更充分地调动学生的学习积极性，提高学生的工程实践能力和创新能力，达到培养工程实践能力强的新工科应用型人才的目的。

2 基于翻转课堂的单片机教学模式改革

2.1 教学改革思路

单片机课程的教学改革思路如下图1所示。

图1 单片机课程改革思路

面向“新工科”应用型人才培养，以提升学生综合知识应用能力和工程实践能力为目标，通过教学内容重构、教学模式实施、考核评价方式改革等手段，围绕“以学生为中心，激发学生兴趣，学生自主学习，教师辅助引导”的理念，最终实现本课程在人才培养中所发挥的实际效用，提高学生的工程实践能力和创新能力。

课程内容建设：将整个课程的原理知识化整为零，选取工程上使用频率高的知识点作为教学内容，并根据知识点的重要性及其难易程度标定分值。将实践教学渗入理论教学，结合小项目（如彩灯、计时系统等），提高了学生的学习兴趣和热情。

课程任务驱动：学生自由选取理论知识点学习，根据自己的兴趣，设计仿真作品和工程实训作品，并以此作品申请结课答辩，取缔原来的试卷考试，提高学生主动学习的积极性，提升工程实践和创新能力。

创新教学模式引导：采用翻转课堂和探究性学习融合的教学模式，改进原来课堂上老师讲，学生听的单一教学模式。翻转课堂：学生根据所列知识点，观看老师所录视频，网上查阅资料，或者观看网上其他老师所录视频，进行自主学习。学生可自主规划学习内容、学习节奏、风格和呈现知识的方式，实现个性化教学；探究性学习：为了增加学习过程的趣味性，提高学生的兴趣，课堂上，老师为各小组设置问题，小组成员通过自主学习、查阅资料以及交流讨论获得并陈述问题的解决方案。

2.2 教学内容设计

面向“新工科”人才工程实践能力、创新能力所对应的知识体系，梳理“单片机”课程知识点，设计了单片机课程教学内容，如表1所示。

表1 单片机课程内容设计

2.3 翻转课堂教学过程实施

2.3.1 教学准备工作。为了确保教学工作井然有序地进行，需在教学工作开始之前准备相关的课程资源，课程资源建设内容如表1所示。通过这些课程资源的建设，激发学生主动学习的兴趣，拓宽学生视野，进一步巩固对课程内容的掌握。

表2 课程资源建设内容

2.3.2 原理学习阶段。对于学生来说，万事开头难，由于一直都处于老师讲，自己在台下听的状态，如今突然转变为自主学习的状态，会变得有点不知所措，不知从何入手。因此，教师必须做好学习资源准备，让学生能找到知识获取的来源，减少他们的焦虑感，要做好引导，提高学生的兴趣和积极性。

在原理学习阶段，利用5个单片机必学的知识点，结合问题驱动，实行统一引导，逐步培养自学能力。课堂上按小组划分，为各小组设置问题，小组成员带着问题去学习视频、查阅资料、交流讨论，时间为1个课时，由于时间有限，故要求学生充分利用课前课后时间进行学习。在第二节课时，由教师随机抽点小组成员进行陈述答案，并对所陈述答案进行点评。对于小组不理解的知识点，或课后多数同学反映不懂的知识点，教师在课堂上统一进行补充讲解。

2.3.3 应用设计阶段。新工科应用型本科生面向综合应用能力和工程实践能力的提升。应用设计阶段包括仿真设计和工程实训两个阶段。

仿真设计是利用Proteus设计仿真作品，在理论上验证知识的可用性和设计的可行性。对于仿真作品的要求如下：①整体性：作品应具有整体功能，如万年历、温度计等。②合理性：各知识点之间应有一定的内在逻辑关系。③创新性：自主创新设计，不能由各知识点孤立地拼凑，更不能抄袭。

工程实训阶段，综合单片机、模电、数电、电子测量等课程技术，结合生活应用，进行单片机综合应用实训，制作实物作品。给出多个课题项目，如交通灯，数字万用表，温度表，万年历等，安排2-3人/组，让学生自主选定方案、选择器件、设计原理图，编写程序，绘制PCB图，印制电路板，焊接调试等。整个过程中，学生主导，老师起到指导作用。

2.4 考核评价机制

采用新型考核评价方式，主要是作品验收和答辩，以及探究性学习过程考核的方式，激励学生在整个学习过程中积极参与。考核学生真正的知识应用能力、工程实践能力、理解能力和表达能力。可在很大程度上提高学生的综合素质，提升创新实践能力，满足新工科应用型人才培养的要求。

验收答辩阶段，制定答辩时间安排表，安排学生逐一答辩。

2.4.1 学生制作PPT，利用5分钟时间进行作品功能演示，并阐述工作原理等。

2.4.2 教师针对作品所涉及的知识点，逐项进行原理提问，根据功能实现效果以及答辩情况，逐项给出评分。

2.5 课程改革效果

图2为教学改革前后学生的成绩分布比例，由图可以看出，优秀和良好的成绩比例显著上升，中等、及格和不及格等级的成绩比例明显下降，课程激发了学生的学习兴趣和主动性，达到了改革的目的。

图2 教学改革前后学生的成绩分布比例

图3为部分学生作品展示。由作品可以看出，学生的工程实践能力和创新能力得到了很大的提升。

图3 学生作品展示

3 结束语

本课题通过教学内容的重构，翻转课堂与探究性学习教学方法的融合，考核方式的变化，增加学生学习单片机的兴趣，提高自主学习的积极性；培养学生自主搜寻知识，获取知识的能力；提升学生发现问题、分析问题和解决问题的能力；增强学生工程实践能力和创新能力。通过课程改革，可改善课堂教学效果，提高人才培养的质量。通过该教学模式，可以培养出一批优质的新工科应用型人才。