基于智慧课堂的单片机教学改革与实践

        袁新娣，曾祥华，刘玲丽，刘小燕 

（赣南师范大学物理与电子信息学院，江西 赣州，341000）

[摘  要］针对当前单片机课程教学的不足，结合智慧课堂教学模式的内涵，提出基于智慧课堂的教学改革，将单片机课程的教学流程划分成课前、课中、课后三阶段，并详细分析了各阶段中老师和学生的任务，最后以单片机课程的重要教学内容“定时/计数器”为例，进行了智慧课堂设计。与传统教学相比，智慧课堂教学模式更加重视教学过程师生的互动，重视学生的个性化、创造性学习。通过一个学期单片机智慧课堂的实践，证明了该教学模式的优越性。

[关键字]信息化，智慧课堂，教学流程，单片机课程

[基金项目]教育部2017年第二批产学研合作协同育人项目“基于借阅式实验硬件的单片机教学内容改革”（201702096001）；2018江西省教育科学规划项目 “智慧课堂”教学模式构建与实施策略研究——以《单片机原理与接口技术》课程为例”（18YB193）；赣南师范大学校级教改项目“TI公司在线培训资源在电子信息类专业教学中的应用研究” (GSJG-2016-1)

[作者简介]袁新娣( 1974 － ) ，女（汉族），江西瑞金人，硕士，副教授，研究方向为嵌入式系统、控制科学与工程．

［中图分类号］G642.3［文献标识码］B   

1 引言

随着教育信息化时代的到来，物联网、人工智能、移动互联网等新一代信息技术的迅速发展及其在学校教育教学中的广泛应用，课堂教学数据的采集与处理、学习过程的评价与反馈、课堂互动和课后的个性化辅导等均发生了重要变化，传统课堂教学环境向信息化方向发展，“智慧课堂”应运而生，成了当今教育信息化研究的重点，智慧课堂是依据知识建构理论,基于信息化的视角，利用先进的信息技术手段实现课堂教学的信息化、智能化，旨在培养学生具有个性化、创造性学习的能力^[1]。在“智慧课堂”模式下，教师能更好地因材施教、推送教学内容、评价教学双方；学习者能更好地共享资源，互动交流和个性化学习^[2]。

单片机课程是大中专院校电类、机械类、计算机类专业的必修课，是一门结合电子技术、计算机技术与自动控制技术于一体的实践性和应用性很强的课程，主要目的是培养具有单片机及相关应用产品设计、分析和制作能力的应用型人才，同时又为后续课程（例如嵌入式类、电子测量类课程）的学习奠定扎实基础。为了提升单片机课堂教学效率，更好实现单片机课程教学目标，本文将主要研究单片机课程如何构建智慧课堂，为单片机课程学习方式提供借鉴参考。

2 单片机课程目前教学的不足

目前很多院校的单片机课程采用了项目式、案例式、虚拟仿真相结合的教学 形式，但是这样的课堂教学还是存在一些问题：主要表现在如下三方面：第一，教学过程缺少个性化指导，教学方法比较单一，课堂上仍然是老师一人讲解，讲解项目任务、项目涉及知识点，项目的软硬件实现等，老师讲完后学生按照老师的方法操作。教学过程里，老师把自己的知识灌输给学生，不考虑学生是否喜欢，是否合适，是否能真正接收，所以经常会出现老师自己觉得讲的很精彩、很透彻，但是学生却觉得听不懂，学不明白，越听越不想学，最后干脆不学的效果，实际上，不同的学生在不同的知识点上有不一样的理解过程^[3]，所以真正好的教学方式应当是针对不同的学生应用不同的教学方法，让学生能够进行个性化的学习；第二，学习创新性不够，目前单片机教学还是以听课、听懂，然后以仿真软件或者开发板上完成老师讲解的项目为主要内容，老师教什么学生学什么，老师让做什么项目学生做什么项目，学生没有去思考、质疑、研究知识的本质，没有归纳、总结学习的过程，没有对知识进行发散思考，这样的学习是被动的学习，谈不上创新学习^[4]；第三，考核评价不全面，目前大多院校单片机课程采用的考核方法是理论考试+实验测试+平时成绩。平时成绩主要是根据老师平时的观察给出，这种平时成绩带有老师很大的主观成分，也可能出现以偏带全，客观性、真实性不高。所以这种考核方法难以客观的反映学生对知识的掌握情况，难以反映学生实际的动手实践能力，更不能反映学生的创新思维能力，这些与单片机课程的教学计划目标相差较远。

3  单片机基于智慧课堂的教学流程设计

智慧课堂中的“智慧”通常指心理学意义上的“聪敏、有见解、有谋略”和技术上的“智能化”两个不同层面上的含义^[5]，在智慧课堂上，不仅有老师智慧地教，还有学生智慧地学，智慧地互动，智慧地评价。这里把单片机基于智慧课堂的教学流程分成课前，课中，课后三阶段，如图1所示。

          图1：智慧课堂的教学流程

课前阶段， 常规的课堂教学老师备课，分析研究将要讲授的知识点，知识点的引入、连贯，设置提问等方面，学生在课前是按照老师指示的内容进行预习，大致了解将要上课学习的内容，学生与老师之间没有互动，学生与学生之间一般也无互动。智慧课堂教学的课前阶段老师除了备知识，还需要备学生，了解学生的学习背景、学习习惯、学习能力等，老师除了指定教材中内容要求学生预习，还需要在智能教学平台推出与授课内容相关的引导内容，形式可以是网络连接、文档、视频等，推出教学内容微课，发布预习测试题；学生通过预习课本、视频、微课后需要在平台的讨论区进行讨论，发出疑问，提出自己观点，并通过预习测试题目知道自己预习掌握的程度。另外老师可以通过阅读学生的讨论，学生的问题，学生做预习测试的得分等方面掌握学生对预习的情况，在精确地掌握学生预习情况后能更好地设计教学目标与方案。所以，在课前阶段，学生之间，师生之间就通过智慧教学平台进行互动。同时，因为学生所有的学习情况在智慧教学平台都有记录和智能统计，也为老师了解学生学习积极性、期末考评的平时成绩提供客观依据。

课中阶段是智慧课堂的重点所在，集中体现“智慧”的时段，其中关键又是各种形式的师生互动^[1]。根据智慧课堂的内涵，可以把课中阶段分解成“情景创设”、“探究学习”、“实时检测”、“总结提高”。在情景创设阶段，老师可以通过多种方式导入学习情境，如日常生活中单片机的应用视频，工业中单片机应用视频等，也可以通过课前预习时学生的讨论、疑问，预习测试答题的情况等导入新课，学生重点根据自己预习的疑问听课，实现个性化学习。“探究学习”阶段，老师通过智慧平台即时下发探究任务与要求，学生分组进行学习、讨论，然后在开发板或仿真软件上实现结果，课堂现场提交作品并展示，展示过程中，学生互相评论作品的优缺点，通过评论，学生实现相互学习。在“实时检测”阶段，老师通过平台发布课堂测试题，学生通过手机现场答题，老师根据平台对不同答案的统计情况获取学生对本次课程知识的掌握情况。“总结提高”阶段，老师根据探索学习及实时检测的反馈信息，进一步巩固课程重点，分析难点，补充学生学习的弱点，深化师生互动，培养学生创新思维与能力。智慧课堂的课中阶段没有固定的程序，老师根据现场师生的互动情况，生生的互动情况随时调整自己的授课方式，授课进度，促进学生的知识意义构建。

课后阶段，老师通过平台布置作业，传统的作业是全班都是一样的题目，等下次课交作业，再等下次课老师讲解作业，这样的作业反馈大大地滞后学生的学习，基于智慧课堂的课后作业不再是全班统一作业，而是根据学生在预习时反馈的不同情况，课堂讨论与测试时出现的不同情况布置不一样的作业，实现个性化的教学。学生在平台答题，对于选择、填空等客观题，老师在推送作业时设定好答案，其批改可以由平台自动完成，其他题目老师在平台上进行批改，这样老师能很快获得自己教的效果，学生也很快获得自己学习的效果，实现高效的课堂教学。同时，学生可以根据平台记录的课前、课中的教学过程与内容进行复习、总结、归纳自己的学习过程，深化学习内容。也可以在在平台或论坛上发布感想与疑问，与老师、同学在线讨论交流，这些的讨论与交流信息又反馈给老师为以后课程的教学安排提供指导。

4 应用案例

    此次智慧课堂案例选择单片机课程的“定时/计数器”作为教学内容，智慧平台选择超星泛雅的网络教学平台。学生在自己智能手机安装超星的“学习通”APP。课前，老师首先做学情分析：本次授课对象是电子信息工程专业大二学生，之前学习了C语言，数字电路与模拟电路等课程，本课程的前面也学习了单片机基本结构、C51编程、单片机的中断系统等，所以学生基础比较好；然后对教学内容与目标进行分析，本次课主要内容是定时/计数器结构与原理，控制寄存器TCON与TMOD的作用与编程；难点是定时器工作方式，初值计算；教学目的是了解定时、计数器结构，掌握控制寄存器TCON与TMOD的应用，掌握定时计数器的C51编程。根据教学内容与目标，发布导学视频，视频主要是展示定时/计数器在日程生活的应用，如交通灯，微波炉，电饭煲，上课铃声等图片构成，发布授课PPT， 发布预习测试题，题目主要是反应基础知识的选择题。

     课中，以学生预习时提出的问题导入课堂，布置课堂任务：应用单片机控制两个LED数码管显示，数码管显示00~99计数，每隔1秒计1次数。同学以4人一小组进行探究学习，完成任务，时间控制在25分左右，过程中老师巡视课堂，答疑解惑，最后选出具有代表性的3个作品进行展示，学生互评，老师点评，将课堂推向高峰，最后老师再次通过智慧教学平台主页的“活动”菜单里面的“测验”进行即时发布测试题目，并通过平台的得分统计功能获取学生答题情况，推出即时课堂测试题，5分钟内完成，老师根据答题情况，及时查缺补漏。

  课后，老师通过智慧教学平台收集学生对课堂教学的意见与建议的问卷，为老师下次课的教学提供决策。同时根据教学内容布置三个层次作业，从难道易：第一层次：应用单片机测量外部脉冲宽度，第二层次：应用单片机产生频率为1HZ，占空比为20%的方波；第三层次：实现课堂任务的相同功能，但定时、计数器变成工作方式2。 作业批改完后，老师把作业答案通过视频或文档形式发送到平台供学生参考。

5  总结

在智慧课堂教学模式下，充分体现了老师教的智慧与学生学的智慧，借助互联网与大数据的智慧教学平台，改变了传统的单片机课堂，很好的实现了个性化教育，并通过符合当今年轻学生的方式实现了课堂高效互动，实现了创新性的学习；同时因为智慧平台的记录统计功能，很好的记录了每个同学平时的学习情况，为客观得出学生平时成绩奠定基础。

2019年第春节学期，在我校17级的电子信息工程本科班对单片机课程应用智慧课堂模式进行教学，收到了很好的教学效果，学生的期末成绩平均分84分，54名学生的成绩分布如图2所示，并 且在之后的各级各类单片机、嵌入式方向竞赛中，学生积极参赛，并取得良好成绩。

图2：17电信单片机考核成绩分布

参考文献：

[1]刘邦奇.“互联网+”时代智慧课堂教学设计与实施策略研究[J].中国电化教育,2016(10):51-56+73.

[2] 卞金金,徐福荫.基于智慧课堂的学习模式设计与效果研究[J].中国电化教,2016(02):64-68. 

[3] 邓光强.“智慧课堂”中的学生个性化学习[J].教育信息技术,2013(12):11-13.

[4] 庞敬文,张宇航,等.基于微课的初中数学智慧课堂构建及案例研究[J].中国电化教育,2016(05):65-71.

[5] 刘晓琳,黄荣怀.从知识走向智慧:真实学习视域中的智慧教育[J].中国电化教育,2016(03):14-20.

Teaching Reform and Practice of Single Chip Microcomputer Based on  Smart Classroom

YUAN Xin-di, ZENG Xiang-hua, LIU-Ling-li ,LIU Xiao-yan

     (School of Physics and Electronic Information, Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China)

Abstract :Aiming at the deficiency of the teaching of single chip microcomputer, combined with the connotation of the smart classroom teaching mode, a teaching reform  based on  smart  Classroom  was proposed. The teaching process of single chip microcomputer  was  divided into three stages: before class, during class and after class, The tasks of teachers and students in each stage  were  analyzed in detail.  At last, taking the "timing / counter" as the teaching content, the smart classroom was designed . Compared with the traditional teaching, the smart classroom mode attaches more importance to the interaction between teachers and students, and to the personalized and creative learning of students. Through a semester of practice, the advantages of this teaching mode were shown.

Key words:   information ;  smart classroom  ; teaching process,   single chip microcomputer course

文稿来源：教育教学论坛编辑部 网址：www.jyjxlt.com