計算機與通信硬件基礎課程翻轉式教學改革探究論文

　　1 翻轉式教學改革總體思路

　　1.1 翻轉式教學核心思想

　　翻轉式課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，主要是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。翻轉教學的核心在于實現知識傳授和知識內化過程的顛倒安排，基于課前學習的精心安排，師生在課堂上共同開展協作探究等活動，在激發學生潛能、啟迪思維過程中傳授知識與技能，促進知識、能力、素質的綜合協調發展。翻轉式課堂具有如下主要特征。

　　(1)“學為主體”的教學理念。翻轉式課堂在實施過程中，充分體現了“學為主體”的教學理念，在課堂上主要解決知識內化的過程，而將知識的傳授放在了課前，以增加課堂上師生交流的頻度與深度。

　　(2)短小精悍的微課。由于將知識傳授過程放在了課前，所以翻轉式課堂的另外一個主要特征就是短小精悍。教師在授課之前，應將課程中的難點、容易出現的問題等內容錄制成10分鐘左右的微課，然后利用在線平臺發布給學生，進而提高學生課前學習的效率。

　　(3)方便高效的在線教學管理平臺。翻轉式教學能夠實施的關鍵在于能夠給師生提供一個方便高效的在線教學管理平臺。該平臺能夠幫助教師有效組織和呈現教學資源，動態記錄學生學習過程，并構建師生實時交流的橋梁，方便師生進行深入的溝通和交流。

　　1.2 “計算機與通信硬件基礎”課程定位

　　課程主要特點是將計算機硬件技術和通信硬件技術基礎課程相結合，其目的是培養學生在計算機與通信領域硬件技術基礎知識、基本技能，為后續各專業課教學打下堅實的理論和實踐基礎。

　　傳統計算機類硬件專業基礎課程主要為“微機原理”或“微機原理與接口”等，通信類硬件教學主要開設專業課程，如“DSP原理與應用”“FPGA原理與應用”和“嵌入式系統原理與應用”等，這兩個如此相近又交叉融合的專業沒有公共的硬件基礎課程。為此，我院早在2007年就面向所有非計算機專業的本科學生在第5學期開設了“計算機與通信硬件基礎”課程，并作為必修的公共基礎骨干課程。

　　計算機和通信是發展比較快的領域，作為融合了計算機與通信領域公共硬件技術的基礎課程，為了與時俱進，其教學內容和方式也在不斷地改革。從探究式教學改革到案例式教學改革，再到目前的翻轉式教學改革，其目的都是圍繞教學目標，貫徹“以學為主”的教學理念，提高課堂授課質量。

　　1.3 教學改革思路

　　筆者認為翻轉式教學的最大特點是提供給教師和學生充分的交流時間，將課堂互動交流拓展到網絡空間。這樣教師能夠有時間和精力在課堂上精心準備和“導演”，讓知識的內化過程在課堂上呈現，從而在激發學生潛能、啟迪思維過程中傳授知識與技能，促進知識、能力、素質的綜合協調發展。

　　(1)精選教學內容，建設內容豐富、重點突出的微課，指導學生課前學習。

　　(2)建立多功能一體化的網絡交互教學平臺，方便教學雙方的溝通、交流。

　　(3)精心設計課堂教學內容，培養學生宏觀思維意識，促進知識、能力、素質的協調發展。

　　(4)打造實驗平臺，理論教學與實驗教學相融合，提高學生實踐動手能力。

　　2 計算機與通信硬件基礎課程教學改革內容

　　2.1 精選教學內容，建設內容豐富、重點突出的微課

　　翻轉式教學將知識的傳授過程放在了課前，將教學由“教—學”模式變成了“學—教”模式，這對中國式課堂來說，可謂是“本末倒置”。那么如何保證課前的學習質量，就成為翻轉教學模式成功的關鍵。

　　課前由教師準備內容簡短精煉的微課，學生利用微課進行學習，這是提高學生課前學習效率的主要手段。所謂微課就是指按照課程標準要求，以視頻為主要載體，記錄教師在課堂內外教育教學過程中圍繞某個知識點(重點、難點、疑點)或教學環節而開展的精彩教與學活動全過程。其核心工作是教師要對所講述內容精心認真篩選，明確課程的知識點、難點，并根據相關知識點和難點，錄制視頻，供學生課前學習，并對課前學習要達到的效果給出明確的要求。

　　本課程共安排60學時，其中實驗課為10學時。理論內容主要包括：計算機的硬件組成、工作原理、指令系統的構成、匯編語言的基本概念和基本的編程方法、通信接口電路的控制方式、中斷的基本概念和實現方法、嵌入式通信處理器及DSP系統的概念和原理等。實驗內容主要通過上機操作，使學生初步掌握匯編語言程序設計的方法與過程，并通過編寫與硬件直接交互的匯編程序，進一步掌握計算機硬件的組成和原理，學會常用接口電路與處理器的設計方法和操作方式。通過梳理，共得到36個知識點.。

　　在梳理知識點的基礎上，再根據每個知識點的具體情況綜合考慮，選擇其中部分內容錄制視頻微課。這樣做的原因在于，我們認為，雖然選擇翻轉課堂作為本次教學改革的主要模式，但這并不意味著課程所有內容都適合這種模式，所以必須對內容進行篩選，篩選的原則是相對比較好理解，同時也是學生日常工作、學習中容易接觸到的內容。簡單地說，即放在課前由學生自主學習的內容，應該是學生可以接受，而且愿意接受的內容。根據上述原則和知識點梳理的結果，我們選擇了11個知識點，內容涵蓋“8086微型計算機系統結構”“尋址方式”“匯編語言指令”“存儲器接口電路”和“中斷控制器8259A”等內容，并精心錄制了5次微課，每次微課大約20分鐘，用于指導學生的課前學習。

　　2.2 建立多功能一體化的網絡互動教學平臺

　　建立多功能一體化的網絡互動教學平臺是本次教學改革的重點，一方面是由課程的性質決定的。計算機與通信技術既是理論上不斷發展和豐富的領域，又是一門應用性極強的學科方向。在有限的學時內，很多前沿的信息或者與應用直接相關的設計方案、案例無法有效地傳授給學生，這時，就需要一個網絡互動教學平臺，實現延伸課堂教學、加強與學生互動的目的。另一方面是翻轉式課堂的需要。翻轉式課堂“本末倒置”，這就需要一個有效的網絡平臺，使得學生可以及時獲得需要的幫助，而教師也可以實時跟蹤學生的`學習狀態，發現學生學習過程中存在的問題。針對本次課程教改，教研組相關教師專門完善了教學Web發布網站，如圖3所示，為每名教師開通了個人微博。學生與教師、學與教之間的紐帶不再局限于課堂，而是擴展到虛擬的網絡空間。

　　采用的互動方式主要包括以下兩種。

　　(1)課程論壇(BBS)。課程論壇主要解決學生在課前學習過程中，遇到困難如何尋找幫助的問題。筆者發現只要充分利用好BBS，可以有效地調動學生的積極性，活躍學習氣氛。例如，只要教師經常有反饋，學生就會表現出很好的參與性，提出的問題也具有發散性，不僅包括本課程的內容，也包括其他學生感興趣的內容。

　　(2)教學博客。博客的最大特點是直觀、簡單、開放，但又具有一定的私密性。教師可以通過教學博客發布課程資源、教學心得、學科領域最新的文獻資料，布置作業等。毋庸置疑，教學博客豐富和完善了網絡教學互動手段。信息技術的發展，為網絡教學的發展提供了廣闊的平臺。教師所要做的就是充分利用這種平臺，實現網絡教學和課堂教學相結合，充分發揮二者的優勢，實現優勢互補。目前看來，翻轉課堂是虛擬與現實結合比較好的一種模式。

　　2.3 精心設計課堂教學內容

　　以往的教學過程，受課時的限制，在課堂上教師往往只能完成知識的傳授，而無法進一步深化，完成知識的內化過程。采用翻轉式教學方式后，最大的特點就是發現課堂教學時間多了。這是好的一方面，但如果不好好利用這“多”出來的時間，可能事與愿違。

　　通過實踐，筆者發現翻轉式課堂存在的一個主要問題，就是很多知識點的傳授放在了課前，由學生自主學習，可能會導致學習的過程雖然很熱鬧，但學生獲得的知識不系統，沒有宏觀意識。也就是說，學生容易只見樹木，不見森林，陷入各個孤立的知識點，無法將所學的知識點構成一個有機的整體。這就對教師課堂教學的組織提出了新的挑戰。那么如何有效地組織課堂教學內容，使得課堂教學從傳統的知識傳授向知識內化轉變，是本次教學改革要解決的另外一個問題。

　　在這點上，筆者采取的主要措施如下。

　　(1)培養學生宏觀思維意識。傳統課堂在教學中側重難點技術原理的講解、闡述，強調說理的深入透徹，而在翻轉課堂中，這個應該已在課前大部分解決。那么在課堂中，除了利用少部分時間答疑、解惑進一步闡釋，以加強學生理解外，其主要的時間放在講解整個系統的運行原理上，使學生將學到的知識點聯系在一起，形成全局觀。例如，在講解匯編語言語句、結構時，就不把重點放在各個語句的講解上，而是結合C語言等高級語言，重點講解匯編語言在編譯、執行上的效率和優勢;同樣在講解尋址方式時，也不再死板地一一講解7種尋址方式，而是將內容融合在匯編語言程序設計中，并結合高級語言的例子予以講解，讓學生跳出尋址的框框，而站在整個程序設計和編譯運行的角度看待尋址，以及不同尋址方式的用途。

　　(2)結合應用，重點講解知識的運用。目前大學承擔的非合訓本科培訓任務，其主要培養目標是向實用型、應用型人才轉變。結合這一培養目標的轉變，教師在教學實施過程中，要充分利用課堂教學時間，結合具體應用，重點講解知識的運用，培養實用型、應用型人才。結合應用，尤其是結合當前新軍事變革中信息技術的應用講解，其最大的好處，在于使得學生能夠知道當前學到的知識到底有什么用、怎么用，從而提升學生學習的積極性。另外，因為結合應用，會貼近學生的學習、工作實踐，使學生有融入感，能便于學生理解晦澀的概念、原理、指令，從而提高學習效率。例如，現在嵌入式系統在軍事信息化裝備中大量運用，于是筆者結合這些裝備，講解所學習硬件及軟件知識在裝備中的應用，這樣學生不僅可以加深對書本知識的理解，而且還可以了解嵌入式系統和傳統的8086系統的異同點，并投身裝備學習、修理、改造的過程中，從而提高學習的興趣。

　　2.4 打造實驗平臺，理論教學與實驗教學相融合

　　本次教學改革的另一項主要內容是打造實驗平臺。計算機與通信硬件基礎課程具有實踐性很強的特點，只有通過上機操作才能較深入地理解各種硬件的工作方式。以往的課程實驗主要立足IBM-PC兼容機現有的軟硬件資源，偏重80x86 匯編語言程序設計，不利于學生對硬件的理解。盡管采用8086的硬件實驗箱開展實驗效果比較理想，但是成本較高，無法大規模實施。近年來出現了具有仿真功能的EDA工具軟件，而Proteus 支持包括8086 在內的多種微處理器，在業界得到廣泛應用。這為開展計算機硬件實驗提供了新的思路。基于上述考慮，課程組組織教師編寫了《計算機與通信硬件基礎實驗指導—基于Proteus仿真》實驗指導書，并基于Proteus軟件開展實驗課。

　　在開展實驗教學過程中，具體采取的措施有以下兩種。

　　(1)增強實驗環節的探索性。一方面，教師布置一些實驗教材上沒有的實驗任務，提出目標和要求，由學生自己設計方案并完成。另一方面，鼓勵學生自己設計一些與日常生活、工作有關的小課題，開展實驗研究。鼓勵學生自己構思任務、自主完成實驗。對這些學生，即使完不成實驗教材上的任務，也可同樣給予實驗課高分鼓勵。

　　(2)挖掘參加競賽的苗子。在教學中，不能只滿足于提高教學質量，也要注重在教學過程中發現有計算機和通信硬件方面研究、開發能力的苗子，挖掘他們的創新潛力，鼓勵他們參加各類電子競賽，培養精英人才。

　　3 翻轉式教學改革實施的建議

　　在實踐過程中，筆者也發現了一些問題，在這里提出，僅供參考。

　　(1)翻轉式教學內容的選擇。筆者認為并不是課程的所有內容都適合這種翻轉課堂的教學模式。正如前面提到的，翻轉課堂可能會使學生只見樹木，不見森林，缺乏系統性。課堂上看起來討論得很熱鬧，但熱鬧過后，在學生腦海里卻留不下什么，這使得教學改革流于形式。所以在課堂內容選擇上，就要仔細斟酌，慎之又慎。

　　(2)課堂組織問題。課堂組織形式可以多種多樣，例如可以讓學生到講臺上自己講，可以分組討論，等等，但一定要切記課堂活躍氣氛的目的。傳授知識、幫助學生構建本課程或者本領域知識體系，這是核心目的，一切形式都是為目的服務的。不能偏離主題，為了活躍氣氛而活躍氣氛。

　　(3)在線教育的本質問題。筆者認為在線教育的本質是良好的溝通，如果能通過網絡和學生建立良好的互動，這種互動不僅在課程實施過程中，而且能一直延續到課程結束后，和學生成為好朋友，成為學生真正的導師，這樣課程教學效果自然而然就可以得到提升。所以無論什么平臺，關鍵在于教師是否能真正放下身架，和學生交朋友。

　　(4)學生參與問題。大部分學生是愿意參與的，這就要求教師能創造機會讓學生參與。這里有兩方面問題，一方面，教師要真正愿意和學生交流;另一方面，學校也要創造機會，給學生提供充分的自主可控的時間和相應的客觀條件。

　　4 結語

　　翻轉式教學是一種很好的教學模式，本文在“計算機與通信硬件基礎”課程中應用翻轉式教學模式，取得了一些經驗。目前來看，最大的好處在于提高了學生學習的積極性，不僅在課堂教學中學生能積極思考，課前、課后學生也能利用教學輔助平臺，拓展學習空間，提高學習質量。本文在總結經驗的基礎上，也提出了一些實施建議，為在專業基礎課程中開展翻轉式課堂教學改革進行了有益的探索。