基于SPOC的单片机技术翻转课堂教学设计
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摘 要 单片机技术是一门实践性要求较高的专业课。为减少课程理论和实践之间的差距，改善学生学习效果，使用SPOC资源对单片机技术课程进行翻转课堂的教学设计，让学生根据自身情况进行学习，并在面对面的课堂中解决实际的单片机控制问题。重新调整后的课程提供给学生一种新的学习探索环境，有利于提高实践能力和创新能力。调查结果表明，大多数学生对这种新的教学方式感到满意。
关键词 SPOC；单片机技术；翻转课堂
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）18-0041-03
Abstract Single Chip Computer Technology is a practical course. In order to reduce the gap between theory and practice and improve learning effect， SPOC is used to flip the classroom of Single Chip Computer Technology， so that students are able to study according to their real requirements and solve the actual control problems in a face-to-face classroom. The adjusted course provides students new environment to explore， which is beneficial to improve their practice and innovation ability. Results show that most of the students are satisfied with this teaching mode.
Key words SPOC； single chip computer technology； flipped class-room
1 引言
SPOC（Small Private Online Course），即小规模、私有化的在线课程，是针对少数在校注册的学生实施的一种课程教育。单片机技术课程是为扬州市职业大学应用电子专业二年级学生专门设立的、基于小班化教学的专业必修课，目的是使学生获得单片机应用系统设计的基本知识，各主要环节的设计、调试方法，启发学生进行程序调试与硬件电路设计。
随着学校新的培养方案和教学大纲的颁布，需要对该课程的学时进一步压缩，为保证学生在更短的学时内更好地掌握单片机技术，减少现有教学中理论和实践之间的差距，本文考虑将单片机技术课程通过翻转课堂的方法和spoc资源进行有效融合，学生通过开放的SPOC资源学习单片机的理论知识，在课堂上则将所学理论应用到仿真平台和真实的单片机系统中，从而提高实践能力和创新能力。
2 单片机技术SPOC设计
在线课程本身的设计非常重要，考虑到教师精力等问题，本文依托学校提供的统一在线教学平台进行了单片机技术SPOC的设计开发，在使用SPOC进行教学的阶段，SPOC按照以下流程运行。
第一周：单片机的硬件结构。
第二周：数码管的显示原理和静态、动态显示。
第三周：点阵屏的原理和单片机接口的扩展方法。
第四周：独立式、矩阵式键盘的使用。
第五周：定时、计数以及中断的基本知识。
第六周：串口通信以及分布式控制系统的设计原理。
根据在线教育研究发现，人们注意力集中的学习不能超过11分钟。因此，本文也遵循这样的模式，将每周所需要讲授的内容分解为若干个学习单元，每个学习单元都包含如下内容。
1）短小的学习视频（平均10分钟）。为吸引学生对相关概念、重点知识的注意，视频中表现出教师和动画、和课件之间的互动。
2）补充材料。提供和视频相一致的课件以及一些扩展性资料。
3）自测评价。测试题和作业的设计是引导学生进行自主学习的关键，学生完成测试题和作业后及时收到反馈，可以让他们了解自己是否已正确理解学习单元的知识。
为学生创建好这样的在线课程需要多个教师的合作，主讲教师负责创建用于SPOC的视频，制作视频需要一台电脑、摄像头、麦克风以及Camtasia软件。即使是使用原有成熟的课程内容，也要花费大约半天的工作时间才能完成1～2个10分钟的小视频。另两位教师负责为每个学习单元开发测试题和作业，主要以选择题和设计题的形式给出，此外还有一位现代教育技术专业的教师提供指导帮助，从学校层面协调SPOC制作标准。
对于单片机技术这门实践性要求较高的课程，期望通过翻转课堂来提高学生的动手能力。在翻转课堂教学中，学生成为课堂的主角，不仅可以提高学习的主动性，还可增加与教师交流时间并激发创造性，从而改善单片机技术课程的教学效果。重新整合后的课程教学主要分为课程初期、课程中期和课程后期这三个阶段。
课程初期 课程在进行SPOC前两周开始，这两周用来让学生准备好即将到来的六周的SPOC、与SPOC同步进行的课堂教学以及需要动手完成的项目。第一周包括对课程大纲的讨论，告诉学生能从这门课程中学到什么，基本编程语言的复习，以及对各种单片机芯片的介绍。同时告知学生本课程不同于一般的课程，其学习负担将远大于一个传统课程。第二周是一个详细的关于单片机仿真软件以及开发环境的讨论，为接下来的课堂项目做好准备。
课程中期 课程中期SPOC教学和面对面课堂教学并存，持续6周，学生每周需要观看对应本周的所有学习单元并完成相应的测试题和作业。每周开始，教师会本周翻转课堂中学生要完成的项目任务，以提醒学生结合项目理解消化SPOC中的学习内容。为通过课程，学生不仅需要完成SPOC的作业与测试题，还需要完成实际的单片机项目。
在此期间，每周有两次课堂教学，每次2节课。第一次课堂教学分为两个部分：第一部分用来复习SPOC中获得的关键性知识；第二部分讨论本周需要完成项目的设计方案。第二次课堂教学并不在传统教室，而是在实训室进行（以小组形式开展项目，每组不超过3人），因为实训室能够提供给学生足够的讨论、设计和测试空间。学生将所设计的系统电路和程序先在仿真环境中测试，然后进行实际的单片机系统制作。
在单片机技术课程中，学生共需要完成6个事先设计好的项目：1）流水灯的设计，学习LED灯的控制；2）秒表的设计，学习数码的显示；3）电子广告牌的设计，学习点阵屏的使用；4）记分牌的设计，学习按键的使用；5）六十秒定时器的设计，学习单片机中断系统；6）分布式控制系统的设计，学习串口通信。
对于每个项目，学生都会收到关于下课前他们需要完成的任务的指导手册，一般每个项目会安排有2～3个任务，任务的完成均需要由一个指导教师签字。学生必须要证明自己的设计方案在仿真软件里能够有效运行，因为如果设计的系统和程序在仿真软件中没有效果，那么可能在实际的单片机系统中也无法获得想要的效果。学生可以在课外进行项目设计，将在仿真软件中运行正常的设计方案带至课堂，节省课堂上实物制作和调试的时间。作为指导教师，则是把大部分时间用在回答各个小组提出的问题上，控制他们项目执行的进程，检查设计方案及操作的正确性。
课程后期 SPOC结束后，距离本课程结束还有4周。最后4周用来进行由学生自选的单片机应用项目，每组的项目必须是不一样的，学生可以使用各种型号的单片机以及各种类型的传感器。完成项目后，每组都需要进行实际的演示以及项目陈述。
4 实践成果
本文对参加本课程的80个学生进行了问卷调查，回收的样本数为72个。调查结果显示，基于SPOC的翻转课堂教学比传统教学效果更好（90%）；通过SPOC的学习很好地支持了课堂的单片机项目（88%）；课堂的实际项目有助于增强对SPOC中知识的理解（92%）；完成SPOC中测验和作业所花费的时间适中（70%）；翻转课堂中需要完成的项目的难度适中（75%）；课程考核方式提高了学生的参与度（88%）。
总的来说，学生积极评价了基于SPOC的翻转课堂的教学方式。为了保证翻转课堂教学，制作的SPOC重点关注了用于实际项目的理论知识，为学生准备的多数材料都是与此项目相关的测试和实例，因此较好地支持了课堂实际项目的完成。但不论是SPOC中的作业，还是课堂上的实际项目，学生认为难度有点儿偏高，需要花费很多时间，因此还需要进一步改进作业和项目内容。
从这次教学实践来看，应用SPOC进行翻转课堂的教学是一次很有意义的尝试，具有若干优点。
1）在线视频资源比文本材料更容易理解和记忆，学生可以以自己的速度吸收知识，能够根据自己的需求多次学习这些视频，直到理解为止；
2）这种应用SPOC进行翻转课堂的方法完全改变了以往的教学模式，从以前课堂中教师传授知识、学生被动接收，转变为学生为主要角色，教师在学生的学习过程中起答疑、指导的作用；
3）翻转课堂将学习目标演化为如何应用理论知识完成实际的任务，让学生获得实际应用能力的提高，而不仅仅是学习了一些知识；
4）教师可以根据学生和SPOC之间的交互数据（学生接入次数、对每个学习单元所花费的时间、测试结果等），不断改进课程材料。
5 结论
本文提出将SPOC引入单片机技术课程进行翻转课堂的教学，使学生成为课堂的主角，并能够根据自己的实际情况进行学习，学生在面对面的课堂中开展实际单片机项目，有利于他们理论联系实际，提高实际应用能力和创新能力。后续工作方面，本文将根据教学体验以及来自学生的反馈，不断完善单片机技术课程的教学内容，并将对基于SPOC的翻转课堂教学方式与传统教学方式下学生对单片机技术课程的学习效果进行比较。
参考文献
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