計算機與通信硬件基礎(chǔ)課程翻轉(zhuǎn)式教學(xué)改革探究論文
1 翻轉(zhuǎn)式教學(xué)改革總體思路
1.1 翻轉(zhuǎn)式教學(xué)核心思想
翻轉(zhuǎn)式課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，主要是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。翻轉(zhuǎn)教學(xué)的核心在于實現(xiàn)知識傳授和知識內(nèi)化過程的顛倒安排，基于課前學(xué)習(xí)的精心安排，師生在課堂上共同開展協(xié)作探究等活動，在激發(fā)學(xué)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(zhì)的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展。翻轉(zhuǎn)式課堂具有如下主要特征。
(1)“學(xué)為主體”的教學(xué)理念。翻轉(zhuǎn)式課堂在實施過程中，充分體現(xiàn)了“學(xué)為主體”的教學(xué)理念，在課堂上主要解決知識內(nèi)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(zhuǎn)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(yīng)將課程中的難點、容易出現(xiàn)的問題等內(nèi)容錄制成10分鐘左右的微課，然后利用在線平臺發(fā)布給學(xué)生，進而提高學(xué)生課前學(xué)習(xí)的效率。
(3)方便高效的在線教學(xué)管理平臺。翻轉(zhuǎn)式教學(xué)能夠?qū)嵤┑年P(guān)鍵在于能夠給師生提供一個方便高效的在線教學(xué)管理平臺。該平臺能夠幫助教師有效組織和呈現(xiàn)教學(xué)資源，動態(tài)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)過程，并構(gòu)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(chǔ)”課程定位
課程主要特點是將計算機硬件技術(shù)和通信硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程相結(jié)合，其目的是培養(yǎng)學(xué)生在計算機與通信領(lǐng)域硬件技術(shù)基礎(chǔ)知識、基本技能，為后續(xù)各專業(yè)課教學(xué)打下堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。
傳統(tǒng)計算機類硬件專業(yè)基礎(chǔ)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(xué)主要開設(shè)專業(yè)課程，如“DSP原理與應(yīng)用”“FPGA原理與應(yīng)用”和“嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用”等，這兩個如此相近又交叉融合的專業(yè)沒有公共的硬件基礎(chǔ)課程。為此，我院早在2007年就面向所有非計算機專業(yè)的本科學(xué)生在第5學(xué)期開設(shè)了“計算機與通信硬件基礎(chǔ)”課程，并作為必修的公共基礎(chǔ)骨干課程。
計算機和通信是發(fā)展比較快的領(lǐng)域，作為融合了計算機與通信領(lǐng)域公共硬件技術(shù)的基礎(chǔ)課程，為了與時俱進，其教學(xué)內(nèi)容和方式也在不斷地改革。從探究式教學(xué)改革到案例式教學(xué)改革，再到目前的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)改革，其目的都是圍繞教學(xué)目標，貫徹“以學(xué)為主”的教學(xué)理念，提高課堂授課質(zhì)量。
1.3 教學(xué)改革思路
筆者認為翻轉(zhuǎn)式教學(xué)的最大特點是提供給教師和學(xué)生充分的交流時間，將課堂互動交流拓展到網(wǎng)絡(luò)空間。這樣教師能夠有時間和精力在課堂上精心準備和“導(dǎo)演”，讓知識的內(nèi)化過程在課堂上呈現(xiàn)，從而在激發(fā)學(xué)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(zhì)的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展。
(1)精選教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)內(nèi)容豐富、重點突出的微課，指導(dǎo)學(xué)生課前學(xué)習(xí)。
(2)建立多功能一體化的網(wǎng)絡(luò)交互教學(xué)平臺，方便教學(xué)雙方的溝通、交流。
(3)精心設(shè)計課堂教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生宏觀思維意識，促進知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
(4)打造實驗平臺，理論教學(xué)與實驗教學(xué)相融合，提高學(xué)生實踐動手能力。
2 計算機與通信硬件基礎(chǔ)課程教學(xué)改革內(nèi)容
2.1 精選教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)內(nèi)容豐富、重點突出的微課
翻轉(zhuǎn)式教學(xué)將知識的傳授過程放在了課前，將教學(xué)由“教—學(xué)”模式變成了“學(xué)—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(xué)習(xí)質(zhì)量，就成為翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式成功的關(guān)鍵。
課前由教師準備內(nèi)容簡短精煉的微課，學(xué)生利用微課進行學(xué)習(xí)，這是提高學(xué)生課前學(xué)習(xí)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(nèi)外教育教學(xué)過程中圍繞某個知識點(重點、難點、疑點)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的精彩教與學(xué)活動全過程。其核心工作是教師要對所講述內(nèi)容精心認真篩選，明確課程的知識點、難點，并根據(jù)相關(guān)知識點和難點，錄制視頻，供學(xué)生課前學(xué)習(xí)，并對課前學(xué)習(xí)要達到的效果給出明確的要求。
本課程共安排60學(xué)時，其中實驗課為10學(xué)時。理論內(nèi)容主要包括：計算機的硬件組成、工作原理、指令系統(tǒng)的構(gòu)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(xiàn)方法、嵌入式通信處理器及DSP系統(tǒng)的概念和原理等。實驗內(nèi)容主要通過上機操作，使學(xué)生初步掌握匯編語言程序設(shè)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(xué)會常用接口電路與處理器的設(shè)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(chǔ)上，再根據(jù)每個知識點的具體情況綜合考慮，選擇其中部分內(nèi)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(zhuǎn)課堂作為本次教學(xué)改革的主要模式，但這并不意味著課程所有內(nèi)容都適合這種模式，所以必須對內(nèi)容進行篩選，篩選的原則是相對比較好理解，同時也是學(xué)生日常工作、學(xué)習(xí)中容易接觸到的內(nèi)容。簡單地說，即放在課前由學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容，應(yīng)該是學(xué)生可以接受，而且愿意接受的內(nèi)容。根據(jù)上述原則和知識點梳理的結(jié)果，我們選擇了11個知識點，內(nèi)容涵蓋“8086微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”“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(nèi)容，并精心錄制了5次微課，每次微課大約20分鐘，用于指導(dǎo)學(xué)生的課前學(xué)習(xí)。
2.2 建立多功能一體化的網(wǎng)絡(luò)互動教學(xué)平臺
建立多功能一體化的網(wǎng)絡(luò)互動教學(xué)平臺是本次教學(xué)改革的重點，一方面是由課程的性質(zhì)決定的。計算機與通信技術(shù)既是理論上不斷發(fā)展和豐富的領(lǐng)域，又是一門應(yīng)用性極強的學(xué)科方向。在有限的學(xué)時內(nèi)，很多前沿的信息或者與應(yīng)用直接相關(guān)的設(shè)計方案、案例無法有效地傳授給學(xué)生，這時，就需要一個網(wǎng)絡(luò)互動教學(xué)平臺，實現(xiàn)延伸課堂教學(xué)、加強與學(xué)生互動的目的。另一方面是翻轉(zhuǎn)式課堂的需要。翻轉(zhuǎn)式課堂“本末倒置”，這就需要一個有效的網(wǎng)絡(luò)平臺，使得學(xué)生可以及時獲得需要的幫助，而教師也可以實時跟蹤學(xué)生的`學(xué)習(xí)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的問題。針對本次課程教改，教研組相關(guān)教師專門完善了教學(xué)Web發(fā)布網(wǎng)站，如圖3所示，為每名教師開通了個人微博。學(xué)生與教師、學(xué)與教之間的紐帶不再局限于課堂，而是擴展到虛擬的網(wǎng)絡(luò)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(xué)生在課前學(xué)習(xí)過程中，遇到困難如何尋找?guī)椭膯栴}。筆者發(fā)現(xiàn)只要充分利用好BBS，可以有效地調(diào)動學(xué)生的積極性，活躍學(xué)習(xí)氣氛。例如，只要教師經(jīng)常有反饋，學(xué)生就會表現(xiàn)出很好的參與性，提出的問題也具有發(fā)散性，不僅包括本課程的內(nèi)容，也包括其他學(xué)生感興趣的內(nèi)容。
(2)教學(xué)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(xué)博客發(fā)布課程資源、教學(xué)心得、學(xué)科領(lǐng)域最新的文獻資料，布置作業(yè)等。毋庸置疑，教學(xué)博客豐富和完善了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)互動手段。信息技術(shù)的發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和課堂教學(xué)相結(jié)合，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。目前看來，翻轉(zhuǎn)課堂是虛擬與現(xiàn)實結(jié)合比較好的一種模式。
2.3 精心設(shè)計課堂教學(xué)內(nèi)容
以往的教學(xué)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(nèi)化過程。采用翻轉(zhuǎn)式教學(xué)方式后，最大的特點就是發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)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(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)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(xué)生自主學(xué)習(xí)，可能會導(dǎo)致學(xué)習(xí)的過程雖然很熱鬧，但學(xué)生獲得的知識不系統(tǒng)，沒有宏觀意識。也就是說，學(xué)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(xué)的知識點構(gòu)成一個有機的整體。這就對教師課堂教學(xué)的組織提出了新的挑戰(zhàn)。那么如何有效地組織課堂教學(xué)內(nèi)容，使得課堂教學(xué)從傳統(tǒng)的知識傳授向知識內(nèi)化轉(zhuǎn)變，是本次教學(xué)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(yǎng)學(xué)生宏觀思維意識。傳統(tǒng)課堂在教學(xué)中側(cè)重難點技術(shù)原理的講解、闡述，強調(diào)說理的深入透徹，而在翻轉(zhuǎn)課堂中，這個應(yīng)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(xué)生理解外，其主要的時間放在講解整個系統(tǒng)的運行原理上，使學(xué)生將學(xué)到的知識點聯(lián)系在一起，形成全局觀。例如，在講解匯編語言語句、結(jié)構(gòu)時，就不把重點放在各個語句的講解上，而是結(jié)合C語言等高級語言，重點講解匯編語言在編譯、執(zhí)行上的效率和優(yōu)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(nèi)容融合在匯編語言程序設(shè)計中，并結(jié)合高級語言的例子予以講解，讓學(xué)生跳出尋址的框框，而站在整個程序設(shè)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(jié)合應(yīng)用，重點講解知識的運用。目前大學(xué)承擔的非合訓(xùn)本科培訓(xùn)任務(wù)，其主要培養(yǎng)目標是向?qū)嵱眯�、�?yīng)用型人才轉(zhuǎn)變。結(jié)合這一培養(yǎng)目標的轉(zhuǎn)變，教師在教學(xué)實施過程中，要充分利用課堂教學(xué)時間，結(jié)合具體應(yīng)用，重點講解知識的運用，培養(yǎng)實用型、應(yīng)用型人才。結(jié)合應(yīng)用，尤其是結(jié)合當前新軍事變革中信息技術(shù)的應(yīng)用講解，其最大的好處，在于使得學(xué)生能夠知道當前學(xué)到的知識到底有什么用、怎么用，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。另外，因為結(jié)合應(yīng)用，會貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)、工作實踐，使學(xué)生有融入感，能便于學(xué)生理解晦澀的概念、原理、指令，從而提高學(xué)習(xí)效率。例如，現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)在軍事信息化裝備中大量運用，于是筆者結(jié)合這些裝備，講解所學(xué)習(xí)硬件及軟件知識在裝備中的應(yīng)用，這樣學(xué)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(tǒng)和傳統(tǒng)的8086系統(tǒng)的異同點，并投身裝備學(xué)習(xí)、修理、改造的過程中，從而提高學(xué)習(xí)的興趣。
2.4 打造實驗平臺，理論教學(xué)與實驗教學(xué)相融合
本次教學(xué)改革的另一項主要內(nèi)容是打造實驗平臺。計算機與通信硬件基礎(chǔ)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(xiàn)有的軟硬件資源，偏重80x86 匯編語言程序設(shè)計，不利于學(xué)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(guī)模實施。近年來出現(xiàn)了具有仿真功能的EDA工具軟件，而Proteus 支持包括8086 在內(nèi)的多種微處理器，在業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。這為開展計算機硬件實驗提供了新的思路�；谏鲜隹紤]，課程組組織教師編寫了《計算機與通信硬件基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)—基于Proteus仿真》實驗指導(dǎo)書，并基于Proteus軟件開展實驗課。
在開展實驗教學(xué)過程中，具體采取的措施有以下兩種。
(1)增強實驗環(huán)節(jié)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(wù)，提出目標和要求，由學(xué)生自己設(shè)計方案并完成。另一方面，鼓勵學(xué)生自己設(shè)計一些與日常生活、工作有關(guān)的小課題，開展實驗研究。鼓勵學(xué)生自己構(gòu)思任務(wù)、自主完成實驗。對這些學(xué)生，即使完不成實驗教材上的任務(wù)，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(xué)中，不能只滿足于提高教學(xué)質(zhì)量，也要注重在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)有計算機和通信硬件方面研究、開發(fā)能力的苗子，挖掘他們的創(chuàng)新潛力，鼓勵他們參加各類電子競賽，培養(yǎng)精英人才。
3 翻轉(zhuǎn)式教學(xué)改革實施的建議
在實踐過程中，筆者也發(fā)現(xiàn)了一些問題，在這里提出，僅供參考。
(1)翻轉(zhuǎn)式教學(xué)內(nèi)容的選擇。筆者認為并不是課程的所有內(nèi)容都適合這種翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。正如前面提到的，翻轉(zhuǎn)課堂可能會使學(xué)生只見樹木，不見森林，缺乏系統(tǒng)性。課堂上看起來討論得很熱鬧，但熱鬧過后，在學(xué)生腦海里卻留不下什么，這使得教學(xué)改革流于形式。所以在課堂內(nèi)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(xué)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(xué)生構(gòu)建本課程或者本領(lǐng)域知識體系，這是核心目的，一切形式都是為目的服務(wù)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(zhì)問題。筆者認為在線教育的本質(zhì)是良好的溝通，如果能通過網(wǎng)絡(luò)和學(xué)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(xù)到課程結(jié)束后，和學(xué)生成為好朋友，成為學(xué)生真正的導(dǎo)師，這樣課程教學(xué)效果自然而然就可以得到提升。所以無論什么平臺，關(guān)鍵在于教師是否能真正放下身架，和學(xué)生交朋友。
(4)學(xué)生參與問題。大部分學(xué)生是愿意參與的，這就要求教師能創(chuàng)造機會讓學(xué)生參與。這里有兩方面問題，一方面，教師要真正愿意和學(xué)生交流;另一方面，學(xué)校也要創(chuàng)造機會，給學(xué)生提供充分的自主可控的時間和相應(yīng)的客觀條件。
4 結(jié)語
翻轉(zhuǎn)式教學(xué)是一種很好的教學(xué)模式，本文在“計算機與通信硬件基礎(chǔ)”課程中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式，取得了一些經(jīng)驗。目前來看，最大的好處在于提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，不僅在課堂教學(xué)中學(xué)生能積極思考，課前、課后學(xué)生也能利用教學(xué)輔助平臺，拓展學(xué)習(xí)空間，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。本文在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，也提出了一些實施建議，為在專業(yè)基礎(chǔ)課程中開展翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)改革進行了有益的探索。