计算机与通信硬件基础课程翻转式教学改革探究论文
1 翻转式教学改革总体思路
1.1 翻转式教学核心思想
翻转式课堂译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，主要是指重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生。翻转教学的核心在于实现知识传授和知识内化过程的颠倒安排，基于课前学习的精心安排，师生在课堂上共同开展协作探究等活动，在激发学生潜能、启迪思维过程中传授知识与技能，促进知识、能力、素质的综合协调发展。翻转式课堂具有如下主要特征。
(1)“学为主体”的教学理念。翻转式课堂在实施过程中，充分体现了“学为主体”的教学理念，在课堂上主要解决知识内化的过程，而将知识的传授放在了课前，以增加课堂上师生交流的频度与深度。
(2)短小精悍的微课。由于将知识传授过程放在了课前，所以翻转式课堂的另外一个主要特征就是短小精悍。教师在授课之前，应将课程中的难点、容易出现的问题等内容录制成10分钟左右的微课，然后利用在线平台发布给学生，进而提高学生课前学习的效率。
(3)方便高效的在线教学管理平台。翻转式教学能够实施的关键在于能够给师生提供一个方便高效的在线教学管理平台。该平台能够帮助教师有效组织和呈现教学资源，动态记录学生学习过程，并构建师生实时交流的桥梁，方便师生进行深入的沟通和交流。
1.2 “计算机与通信硬件基础”课程定位
课程主要特点是将计算机硬件技术和通信硬件技术基础课程相结合，其目的是培养学生在计算机与通信领域硬件技术基础知识、基本技能，为后续各专业课教学打下坚实的理论和实践基础。
传统计算机类硬件专业基础课程主要为“微机原理”或“微机原理与接口”等，通信类硬件教学主要开设专业课程，如“DSP原理与应用”“FPGA原理与应用”和“嵌入式系统原理与应用”等，这两个如此相近又交叉融合的专业没有公共的硬件基础课程。为此，我院早在2007年就面向所有非计算机专业的本科学生在第5学期开设了“计算机与通信硬件基础”课程，并作为必修的公共基础骨干课程。
计算机和通信是发展比较快的领域，作为融合了计算机与通信领域公共硬件技术的基础课程，为了与时俱进，其教学内容和方式也在不断地改革。从探究式教学改革到案例式教学改革，再到目前的翻转式教学改革，其目的都是围绕教学目标，贯彻“以学为主”的教学理念，提高课堂授课质量。
1.3 教学改革思路
笔者认为翻转式教学的最大特点是提供给教师和学生充分的交流时间，将课堂互动交流拓展到网络空间。这样教师能够有时间和精力在课堂上精心准备和“导演”，让知识的内化过程在课堂上呈现，从而在激发学生潜能、启迪思维过程中传授知识与技能，促进知识、能力、素质的综合协调发展。
(1)精选教学内容，建设内容丰富、重点突出的微课，指导学生课前学习。
(2)建立多功能一体化的网络交互教学平台，方便教学双方的沟通、交流。
(3)精心设计课堂教学内容，培养学生宏观思维意识，促进知识、能力、素质的协调发展。
(4)打造实验平台，理论教学与实验教学相融合，提高学生实践动手能力。
2 计算机与通信硬件基础课程教学改革内容
2.1 精选教学内容，建设内容丰富、重点突出的微课
翻转式教学将知识的传授过程放在了课前，将教学由“教—学”模式变成了“学—教”模式，这对中国式课堂来说，可谓是“本末倒置”。那么如何保证课前的学习质量，就成为翻转教学模式成功的关键。
课前由教师准备内容简短精炼的微课，学生利用微课进行学习，这是提高学生课前学习效率的主要手段。所谓微课就是指按照课程标准要求，以视频为主要载体，记录教师在课堂内外教育教学过程中围绕某个知识点(重点、难点、疑点)或教学环节而开展的精彩教与学活动全过程。其核心工作是教师要对所讲述内容精心认真筛选，明确课程的知识点、难点，并根据相关知识点和难点，录制视频，供学生课前学习，并对课前学习要达到的效果给出明确的要求。
本课程共安排60学时，其中实验课为10学时。理论内容主要包括：计算机的硬件组成、工作原理、指令系统的构成、汇编语言的基本概念和基本的编程方法、通信接口电路的控制方式、中断的基本概念和实现方法、嵌入式通信处理器及DSP系统的概念和原理等。实验内容主要通过上机操作，使学生初步掌握汇编语言程序设计的方法与过程，并通过编写与硬件直接交互的汇编程序，进一步掌握计算机硬件的组成和原理，学会常用接口电路与处理器的设计方法和操作方式。通过梳理，共得到36个知识点.。
在梳理知识点的基础上，再根据每个知识点的具体情况综合考虑，选择其中部分内容录制视频微课。这样做的原因在于，我们认为，虽然选择翻转课堂作为本次教学改革的主要模式，但这并不意味着课程所有内容都适合这种模式，所以必须对内容进行筛选，筛选的原则是相对比较好理解，同时也是学生日常工作、学习中容易接触到的内容。简单地说，即放在课前由学生自主学习的内容，应该是学生可以接受，而且愿意接受的内容。根据上述原则和知识点梳理的结果，我们选择了11个知识点，内容涵盖“8086微型计算机系统结构”“寻址方式”“汇编语言指令”“存储器接口电路”和“中断控制器8259A”等内容，并精心录制了5次微课，每次微课大约20分钟，用于指导学生的课前学习。
2.2 建立多功能一体化的网络互动教学平台
建立多功能一体化的网络互动教学平台是本次教学改革的重点，一方面是由课程的性质决定的。计算机与通信技术既是理论上不断发展和丰富的领域，又是一门应用性极强的学科方向。在有限的学时内，很多前沿的信息或者与应用直接相关的设计方案、案例无法有效地传授给学生，这时，就需要一个网络互动教学平台，实现延伸课堂教学、加强与学生互动的目的。另一方面是翻转式课堂的需要。翻转式课堂“本末倒置”，这就需要一个有效的网络平台，使得学生可以及时获得需要的帮助，而教师也可以实时跟踪学生的`学习状态，发现学生学习过程中存在的问题。针对本次课程教改，教研组相关教师专门完善了教学Web发布网站，如图3所示，为每名教师开通了个人微博。学生与教师、学与教之间的纽带不再局限于课堂，而是扩展到虚拟的网络空间。
采用的互动方式主要包括以下两种。
(1)课程论坛(BBS)。课程论坛主要解决学生在课前学习过程中，遇到困难如何寻找帮助的问题。笔者发现只要充分利用好BBS，可以有效地调动学生的积极性，活跃学习气氛。例如，只要教师经常有反馈，学生就会表现出很好的参与性，提出的问题也具有发散性，不仅包括本课程的内容，也包括其他学生感兴趣的内容。
(2)教学博客。博客的最大特点是直观、简单、开放，但又具有一定的私密性。教师可以通过教学博客发布课程资源、教学心得、学科领域最新的文献资料，布置作业等。毋庸置疑，教学博客丰富和完善了网络教学互动手段。信息技术的发展，为网络教学的发展提供了广阔的平台。教师所要做的就是充分利用这种平台，实现网络教学和课堂教学相结合，充分发挥二者的优势，实现优势互补。目前看来，翻转课堂是虚拟与现实结合比较好的一种模式。
2.3 精心设计课堂教学内容
以往的教学过程，受课时的限制，在课堂上教师往往只能完成知识的传授，而无法进一步深化，完成知识的内化过程。采用翻转式教学方式后，最大的特点就是发现课堂教学时间多了。这是好的一方面，但如果不好好利用这“多”出来的时间，可能事与愿违。
通过实践，笔者发现翻转式课堂存在的一个主要问题，就是很多知识点的传授放在了课前，由学生自主学习，可能会导致学习的过程虽然很热闹，但学生获得的知识不系统，没有宏观意识。也就是说，学生容易只见树木，不见森林，陷入各个孤立的知识点，无法将所学的知识点构成一个有机的整体。这就对教师课堂教学的组织提出了新的挑战。那么如何有效地组织课堂教学内容，使得课堂教学从传统的知识传授向知识内化转变，是本次教学改革要解决的另外一个问题。
在这点上，笔者采取的主要措施如下。
(1)培养学生宏观思维意识。传统课堂在教学中侧重难点技术原理的讲解、阐述，强调说理的深入透彻，而在翻转课堂中，这个应该已在课前大部分解决。那么在课堂中，除了利用少部分时间答疑、解惑进一步阐释，以加强学生理解外，其主要的时间放在讲解整个系统的运行原理上，使学生将学到的知识点联系在一起，形成全局观。例如，在讲解汇编语言语句、结构时，就不把重点放在各个语句的讲解上，而是结合C语言等高级语言，重点讲解汇编语言在编译、执行上的效率和优势;同样在讲解寻址方式时，也不再死板地一一讲解7种寻址方式，而是将内容融合在汇编语言程序设计中，并结合高级语言的例子予以讲解，让学生跳出寻址的框框，而站在整个程序设计和编译运行的角度看待寻址，以及不同寻址方式的用途。
(2)结合应用，重点讲解知识的运用。目前大学承担的非合训本科培训任务，其主要培养目标是向实用型、应用型人才转变。结合这一培养目标的转变，教师在教学实施过程中，要充分利用课堂教学时间，结合具体应用，重点讲解知识的运用，培养实用型、应用型人才。结合应用，尤其是结合当前新军事变革中信息技术的应用讲解，其最大的好处，在于使得学生能够知道当前学到的知识到底有什么用、怎么用，从而提升学生学习的积极性。另外，因为结合应用，会贴近学生的学习、工作实践，使学生有融入感，能便于学生理解晦涩的概念、原理、指令，从而提高学习效率。例如，现在嵌入式系统在军事信息化装备中大量运用，于是笔者结合这些装备，讲解所学习硬件及软件知识在装备中的应用，这样学生不仅可以加深对书本知识的理解，而且还可以了解嵌入式系统和传统的8086系统的异同点，并投身装备学习、修理、改造的过程中，从而提高学习的兴趣。
2.4 打造实验平台，理论教学与实验教学相融合
本次教学改革的另一项主要内容是打造实验平台。计算机与通信硬件基础课程具有实践性很强的特点，只有通过上机操作才能较深入地理解各种硬件的工作方式。以往的课程实验主要立足IBM-PC兼容机现有的软硬件资源，偏重80x86 汇编语言程序设计，不利于学生对硬件的理解。尽管采用8086的硬件实验箱开展实验效果比较理想，但是成本较高，无法大规模实施。近年来出现了具有仿真功能的EDA工具软件，而Proteus 支持包括8086 在内的多种微处理器，在业界得到广泛应用。这为开展计算机硬件实验提供了新的思路。基于上述考虑，课程组组织教师编写了《计算机与通信硬件基础实验指导—基于Proteus仿真》实验指导书，并基于Proteus软件开展实验课。
在开展实验教学过程中，具体采取的措施有以下两种。
(1)增强实验环节的探索性。一方面，教师布置一些实验教材上没有的实验任务，提出目标和要求，由学生自己设计方案并完成。另一方面，鼓励学生自己设计一些与日常生活、工作有关的小课题，开展实验研究。鼓励学生自己构思任务、自主完成实验。对这些学生，即使完不成实验教材上的任务，也可同样给予实验课高分鼓励。
(2)挖掘参加竞赛的苗子。在教学中，不能只满足于提高教学质量，也要注重在教学过程中发现有计算机和通信硬件方面研究、开发能力的苗子，挖掘他们的创新潜力，鼓励他们参加各类电子竞赛，培养精英人才。
3 翻转式教学改革实施的建议
在实践过程中，笔者也发现了一些问题，在这里提出，仅供参考。
(1)翻转式教学内容的选择。笔者认为并不是课程的所有内容都适合这种翻转课堂的教学模式。正如前面提到的，翻转课堂可能会使学生只见树木，不见森林，缺乏系统性。课堂上看起来讨论得很热闹，但热闹过后，在学生脑海里却留不下什么，这使得教学改革流于形式。所以在课堂内容选择上，就要仔细斟酌，慎之又慎。
(2)课堂组织问题。课堂组织形式可以多种多样，例如可以让学生到讲台上自己讲，可以分组讨论，等等，但一定要切记课堂活跃气氛的目的。传授知识、帮助学生构建本课程或者本领域知识体系，这是核心目的，一切形式都是为目的服务的。不能偏离主题，为了活跃气氛而活跃气氛。
(3)在线教育的本质问题。笔者认为在线教育的本质是良好的沟通，如果能通过网络和学生建立良好的互动，这种互动不仅在课程实施过程中，而且能一直延续到课程结束后，和学生成为好朋友，成为学生真正的导师，这样课程教学效果自然而然就可以得到提升。所以无论什么平台，关键在于教师是否能真正放下身架，和学生交朋友。
(4)学生参与问题。大部分学生是愿意参与的，这就要求教师能创造机会让学生参与。这里有两方面问题，一方面，教师要真正愿意和学生交流;另一方面，学校也要创造机会，给学生提供充分的自主可控的时间和相应的客观条件。
4 结语
翻转式教学是一种很好的教学模式，本文在“计算机与通信硬件基础”课程中应用翻转式教学模式，取得了一些经验。目前来看，最大的好处在于提高了学生学习的积极性，不仅在课堂教学中学生能积极思考，课前、课后学生也能利用教学辅助平台，拓展学习空间，提高学习质量。本文在总结经验的基础上，也提出了一些实施建议，为在专业基础课程中开展翻转式课堂教学改革进行了有益的探索。