基于线上线下混合式大班翻转的单片机教学改革

王 影，徐姣姣，刘 麒，张 野

(吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022)

单片机原理及应用作为工科高校电类专业十分重要的必修课，是一门集电子、计算机等技术为一身，应用性非常强的课程[1]。在日常生活中单片机的应用及其广泛，存在我们生活的方方面面，企业对单片机开发人员的需求也在增长，学好单片机这门课程对学生毕业后的发展起到了重要作用。然而目前的单片机教学还没有达到理想效果，对学生而言，专业课不容易学、实践少没兴趣学、把自己当作观众不全力学、能力不同却无差别对待，没动力学[2-3]。此外，老师方面也存在一些问题，比如，只注重教授知识，疏于对课堂活动的组织。指导固定的实验，技能没有提高空间。使得学生对知识的掌握情况手段比较单一，数据比较片面等等。所以针对以上问题，提出了一种新的教学改革思路。

一、单片机原理及应用教学现状

传统的单片机课程教学以教师为中心，在教学过程中教师大多以理论教学为主，采用填鸭式教学将理论知识灌输给学生，无视学生个体的差异性[4]。这种填鸭式教学会使学生产生两极分化，没有完全重视学生接受知识的能力，学习好的和学习不好的距离越来越大。教师平时上课、备课的注意力都放在如何传授知识、积累知识上，所有的课堂活动也都是为了理解知识、掌握和巩固知识，在教学过程中并没有考虑能力培养的问题[5]。课堂的主体仍然是老师，学生只是听众。这种教学方式也没有针对性，学生学习的积极性也会大大降低，很容易降低学生的学习效率。单片机这门课程本身概念就多，相对来说也比较抽象，学生听课时容易不能完全集中注意力，对基本概念掌握的并不好。学生的工程实践能力也相对薄弱，使得学生在学完单片机这门课程后，不能很快从事相关单片机开发的工作，学校没有达到开设单片机这门课程的目的。

二、单片机教学改革的方法

随着信息化技术的不断发展，网络远程教学、微课、在线答疑及MOOC(慕课)等一批新兴的教学理念及教学模式不断涌现，丰富和改进了教学手段和方法，对传统的教学模式造成了极大的冲击[6]。传统的教学模式还停留在给学生灌输知识，学生被动地学习。教育本质上是要唤醒学生的自觉，实现“我要学”，远离“要我学”，从而实现人的自我教育[7]。本文提出的线上线下混合式大班翻转，将线上自主学习与线下翻转巧妙地结合起来，学生的角色发生了变化，由原来被动接受知识的学生，变成了主动传授知识的学者。主要包括：课前自主学习，小组讨论，课中小组展示，组内协作，组外辩论，老师组织与点评等环节。大班翻转带动了整班学生的积极性，同时效率高。以下以吉林化工学院的测控技术与仪器专业的3个班级124名学生为例，介绍此教学改革的具体教学方法。线上线下混合式大班翻转的单片机教学改革方法如图1所示。

图1 改革方法

(一) 课前利用线上网络平台自主学习

课前教师根据学生的学习基础通过网络平台下发与单片机有关的任务，利用网络优质资源，结合我们的特色，设计出因校制宜的优质视频并上传到学习通平台。学生根据发布的任务有针对性的观看网络平台中的视频以及查看一些资料学习。各章教学片段如图2所示。

图2 各章教学片段

该学习平台还包括学生的笔记热词和课程任务点分布，通过这些热词可以知道学生的薄弱知识点，可以进行重点讲解，如图3所示。

图3 学生笔记热词

此平台还有一个功能，记录学生的学习情况，如图4所示。

图4 课程学习进度

单片机视频还应用学银网对外开放，学生也可以通过此平台对单片机进行学习。除此之外，还建设了考试题库、单元测试、课后习题、课件、参考书、案例、实物展示、比赛视频等等数百个课程资源，并共享至网络平台，作为学生自主学习的主要依据。网络平台资源建设的主要内容如图5所示。

图5 网络平台资源建设的主要内容

(二) 小组讨论+精彩展示

将测控技术与仪器专业的124名学生分为15组，以小组为单位对知识点进行梳理，各个小组成员将讨论的方案共同制作一个PPT课件。一节课上有两组进行PPT展示，展示的过程是知识、能力和素质的结合。学生成为课堂的主体，提高了学生对新知识的理解与掌握能力。

(三) 组内协作+组外辩论

在展示环节之后还有一个问答环节，需要组内成员协作完成，此环节能够检验其余所有学生是否认真听课。2个小组PPT展示之后，其余13组的成员对讲PPT的两组进行提问，问的问题不能有重复，此过程保证了听课的同学认真地听，认真地想，认真地问。回答问题的人原则上也不能重复，如果回答不上来可以向组员求救，此过程保证了讲课的两组同学也要认真地学，避免小组里有不认真学的现象。讲PPT的两组同学进行反问其余13个组的同学，13个组中的每个同学随时都有被问到的可能，必须集中注意力去听。此过程中还可以指定某一组中的某一个人回答问题，答对整组人加分，答错整组人减分。

(四) 评分机制

整个过程配有完备的评分机制，会根据问的问题的价值性进行适当的加减分，回答时也一样，答对加分，答错减分。评分机制主要包括：全班为翻转小组评分、组间辩论互相争分、评选最佳答辩小组额外加分3部分。其中组间辩论争分，可由学生自主选择遵循520规则，或者争分夺秒规则。评分机制具体如图6所示。

图6 评分机制

(五) 老师组织与点评

老师组织课堂对两组讲解PPT的学生进行投票选出表现最好的一组，对讲的好的一组中的每个学生加分。老师对本节课的重点知识进行补充和归纳总结，针对学生的课堂表现进行点评，并提出下一步的学习建议。

三、改革成果

吉林化工学院“单片机原理及应用” 课程2013 年被评为吉林省精品课程[8]，2018年被评为吉林省精品在线开放课程。学校重视专业教师队伍建设，制定教师的培养计划，使教师既有很深的专业理论知识又注重实践技能培养[9]。通过以上的改革初有成效，学生和老师都收获颇丰。

(一) 学生动手实践能力增强

学生运用在课堂所学知识，进行电子课程设计并参加各类比赛。通过对电子课程设计完成的情况来看，学生对单片机的理论知识基本掌握，设计思路也比较灵活，在比赛中也取得了较好的成绩。学生获得国家级中国智能制造挑战赛证书5项，省级中国青少年机器人竞赛证书10余项，吉林省高等学校机器人大赛证书10余项，省级中国智能制造挑战赛证书10余项等。学生参与活动的热情提高了，动手实践能力也增强了。

(二) 年轻教师的技能和课程方法有了很大突破

线上线下混合式大班翻转的教学改革的实施方法有如下创新点：需求导向成果反馈、融汇创新精彩呈现、自给自足梯度分层、诗词思政齐入课堂。

教学过程中，学生会针对项目提出各种随机的问题，系统也可能出现各种突发的状况，因此，对老师的技能要求极高。经过这种模式的历练，年轻教师的技能迅速提高。达到了师生共成长的效果。

(三) 实现了智慧翻转课堂

充分运用网络工具，借助学习通平台，适当组织各种活动，真正地实现了智慧翻转课堂。学习通包括的活动如图7所示。

图7 学习通平台包括的活动

(四) 完善了网络平台资源建设

网络资源建设是我们的一个特色，课题组本着以需求为导向，根据本校学生的特点精心设计视频资源。做法如下：首先，对毕业生的就业地域以及从事的行业进行抽样统计。并对课程相关行业的毕业生，发起问卷调查，获得课程知识点对应的社会需求系数。在将课程核心知识点罗列出来，同时，按照社会需求系数与知识体系颜色深浅一一对应的关系，将知识点进行归类，并完成课程知识点之间的拓扑关系最终确定授课的知识内容、先后顺序、难易程度以及学时分配等等。网络资源建设如图8所示。

图8 网络资源建设

四、结 语

改革创新是推动教育事业健康发展和建设教育强国的动力，以创新为基础、改革为手段、质量为保证[10]。不断为学生创造良好的课堂学习氛围，见证学生的进步过程。课程改革以吉林化工学院测控技术与仪器3个班级的124名学生为试点，进行线上线下混合式大班翻转的教学。经过几个学期课堂的教学实践证明，学生对单片机的学习积极性提高了，对单片机产生了浓厚的兴趣，动手实践能力增强，年轻教师的技能得到提高，学校完善了网络平台资源建设。