五步教学法在《计算机硬件技术基础》的实践

谢志英 李雄伟 谢方方 李艳

摘要：该文结合军校实际，将翻转课堂的教学模式引入到《计算机硬件技术基础》课程教学中，探索出一套有效的、可操作的五步教学法，即前思、打底、演练、拓展、反思，并以实际案例为例，详细论述了每一步的实施过程。实践证明，该教学法激发了学员的学习热情，有效地提高了教学质量。

关键词：计算机硬件;翻转课堂;五步教学法

中国分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）28-0179-03

在信息技术和互联网技术迅猛发展的同时，全球正在兴起一场新教育技术的变革，在线学习、MOOC平台、FCM翻转课堂等新兴的教学模式不断涌现。2011年，萨尔曼·可汗的TED演讲“用视频再造教育”，引起全球教育工作者对翻转课堂的高度关注。军校教育要应对新的挑战，必须积极学习和引进国内外先进的教学理念和教学手段，但囿于军校的特殊性决定了我们不能完全照搬国外或地方大学的模式，怎样利用翻转课堂的教学模式提高军校课堂的质量需要不断实践和探索。

1计算机硬件翻转课堂的必要性

《计算机硬件技术基础》课程是以80x86系列计算机为背景，系统地介绍计算机的基本结构、工作原理和典型接口技术。由四大模块组成，分别是8086系统、存储器系统、程序设计、10接口及常用芯片。通过8086常见的指令系统和C语言程序设计的学习，强化硬件与软件之间的联系。该课程内容与工程实际紧密联系，实用性很强，是一门在理论指导下，偏重于实际应用的课程。该课程的核心是通过搭建硬件电路一编写软件程序一联合调试三步骤，完成满足特定功能的具体任务。但目前采用传统的课上教员讲课，课下学员自主完成作业的授课模式，学员在课上仅是能完成对基本知识点的记忆和理解，缺乏热情，更是缺乏对重点芯片的应用和实践。这种模式使学员处于一种被动学习的状况，无法激发学员的学习兴趣。

根据布鲁姆学习金字塔的理论，认识到知识和理解都属于是低认知的活动，而应用、分析、综合、实践都是高认知的活动，传统授课模式是在课堂上完成了低认知的活动，而将高认知的活动安排在了课后。所谓翻转课堂，其把传统的学习过程翻转过来，让学习者在课外时间完成针对知识点和概念的自主学习，课堂则变成了教师与学生之间互动的场所，主要用于解答疑惑、汇报讨论，也就是将知识的传递和知识的内化过程颠倒过来了，从而达到更好的教学效果。本文以《计算机硬件技术基础》课程为例，探索了在军校实施翻转课堂的具体过程及实施的效果。

2计算机硬件翻转课堂的实施方案

2.1梳理知识，确定翻转内容

并不是所有的课程、所有的知识点都适合翻转。通过实践可知，在理工类偏实践课程中实施翻转课堂是切实可行的。但是也不是全部的内容都适合，应该选取知识点固定、可以切割的、理论与实践能够分开的内容作为翻转内容。按照此原则，课程组选定了两大模块、七个知识点的内容作为翻转内容，具体见下表1所示：

本文以第4个案例——8255A芯片的基本使用为例，详细论述五步式翻转课堂的具体策略及实施过程。

2.2实施翻转，实现学员本位

所谓五步教学法，是指将翻转课堂的实施过程划分为——前思、打底、演练、拓展、反思五步骤。

2.2.1前思

前思是指提前几天（一般是一周）向学员介绍翻转课程的主题，并引导学员从已有的知识、生活密切相关的事件中进行思考，不断寻找答案。

本文以案例4为例，设计的前思是：当外设的数量比较少时，使用缓冲器74LS245、74LS373即可实现外设与CPU之间的通信。而在实际生活中，外设的数量通常比较多，如：我们在晚上看到的霓虹灯显示的各种效果（一般由几十个、甚至是上百个LED灯组成的霓虹灯），需要外设的接口比较多，在芯片控制中，有没有这种能够实现并行、多个接口的硬件芯片可用呢？

2.2.2打底

打底指的是教员事先提供给学员与所讲课堂内容相关的材料，包括视频、图片、文档等多元资料，并确保每名学员在正式授课前必须观看，具体分三步实施。

首先，录制视频。教员事先将选定的课程内容录制成视频，视频要以解决某个具体的问题为主逐步展开讲解，将问题的解决划分为几个模块，给出几个模块的解决思路，但不给出具体的答案。并且注意视频中要留有引导式的问题，引导学员思考并查阅相关资料。

其次，集中观看。为了确保课前每名学员都能观看到视频，教员将学员带到机房统一观看。

最后，回答问题。根据视频中设置的思考问题，要求学员观看视频后，做出自己的回答，鼓励学有余力的学员，能尝试在实验环境下完成相应的教学视频中的案例。并且课前要求以小组的形式，每组提交视频中预留问题的答案。以便课堂上教员能针对学员回答的情况，有的放矢的开展教学活动。

针对“可编程并行接口芯片8255A”翻转内容，设置的思考问题是：

①描述从端口B输出一组八位LED灯时，各个信号的状态。

②讨论：8255A地址线连接问题。

8255A芯片的地址线AOAl是不是只能连接8086CPU的A1A2，如果不是，还可以怎样连接？

③根据硬件电路图，写出软件控制字。

教员课前根据学员的回答情况，继而能够知道学员对知识的掌握程度，通过任务4的问题，反映出学员对第二个问题争议较多，所以教员在课上需要花大力气讲透讲懂。

2.2.3演练

演练指的是对视频中基本的、重要的知识点在课堂上温故，以弥补有的学员没有看打底材料的缺失。然后再围绕打底视频中的案例，按照划分的步骤分组展开实践教学演练，时间大概45分钟。打底视频中将任務4的实现划分为三个步骤，分别是硬件连线、软件编程、联合调试。

第一步：硬件连线

分别完成8255A与8086CPU、8255A与外设的连接。与外设的连接相对简单，可以任意选择A、B、c三个端口中的任意两个分别连接8个开关和8个LED灯;对于与8086CPU的连接要注意奇偶地址的问题。

第二步：软件编程

实现任务4的功能，还必须编写程序以完成对芯片的控制。首先要对8255A进行初始化设置，即对芯片的端口选择、工作方式等进行设置，然后再根据软件功能、硬件连线编写软件代码。核心软件代码如下：

第三步：联合调试

这是最为关键的一步，需要花大力气、长时间训练才能最终习得的技能。大部分学员完成前两步后，运行程序时发现并不能得到想要的结果，主要有两类错误。第一类是语法错误，程序的编写上有部分语法，不符合语法规则;第二类是逻辑错误，即运行程序没有报错，但是运行结果不正确。这类错误较难排除，需要从硬件、软件两方面检查。

注意：在上面每一环节的中间，要确保至少有80%的学员完成之后，再进入到下一个环节的任务中。

2.2.4拓展

拓展指的是在课堂演练的基础上，按照Input+1原理，举一反三，着重加强对重点知识或知识技巧的应用，时间大约是45分钟。

在案例4中，设置的拓展实验是，根据开关状态控制数码管显示的数值。硬件电路上将课堂演练中的LED灯换成数码管，软件程序根据逻辑适当修改即可。

实践证明，大约90%学员能够在45分钟内完成上述的课堂演练环节，大约有80%的学员能够利用剩余的45分钟，完成拓展练习。

2.2.5反思

反思指的是教员通过学员作业、调查问卷等多元评价方式来评估学员的学习效果，从而对教学方法、教学案例做出调整。

一次翻转课堂后，一名平时学习较差的学员说：“教员，这样翻转的教学模式真好，通过动手实践我们在课堂上就彻底掌握了知识。”通过课后作业和上机实践可以看出，增强了学员学习的信心和兴趣，学习的效率大大提高了。通过调查问卷和评分量表，可以看出学员对翻转课堂的模式非常认可。同时也会暴露出一些问题如：翻转课堂的模式对学员和对教员的要求都更高了。对学员来说，要求学员在课前花时间去预习打底视频、查阅资料、回答问题;对教员来说，要有能力把控课堂上出现的各种随机现象，解决学员遇到的各种异外、突发情况。

3結论

“翻转课堂”是教学流程变革所带来的知识传递的提前和知识内化的优化。如果单纯地按照传统的授课方式，讲芯片的引脚、内部结构，硬件连接，不仅会浪费课堂的时间，而且会使学员始终作为一个听客、看客。在翻转课堂上，知识传授通过信息技术的辅助在课外完成，知识内化则在课堂中经老师的帮助和同学的协助而完成，学员亲自上手使用芯片，把知识的动手实践由课外变成了课内，每个学员都有任务，真正成为学习的主人，可以更加积极地参与到课堂活动中，从而提高教学效率。