謝志英 李雄偉 謝方方 李艷

摘要：該文結合軍校實際，將翻轉課堂的教學模式引入到《計算機硬件技術基礎》課程教學中，探索出一套有效的、可操作的五步教學法，即前思、打底、演練、拓展、反思，并以實際案例為例，詳細論述了每一步的實施過程。實踐證明，該教學法激發(fā)了學員的學習熱情，有效地提高了教學質量。

關鍵詞：計算機硬件;翻轉課堂;五步教學法

中國分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）28-0179-03

在信息技術和互聯網技術迅猛發(fā)展的同時，全球正在興起一場新教育技術的變革，在線學習、MOOC平臺、FCM翻轉課堂等新興的教學模式不斷涌現。2011年，薩爾曼·可汗的TED演講“用視頻再造教育”，引起全球教育工作者對翻轉課堂的高度關注。軍校教育要應對新的挑戰(zhàn)，必須積極學習和引進國內外先進的教學理念和教學手段，但囿于軍校的特殊性決定了我們不能完全照搬國外或地方大學的模式，怎樣利用翻轉課堂的教學模式提高軍校課堂的質量需要不斷實踐和探索。

1計算機硬件翻轉課堂的必要性

《計算機硬件技術基礎》課程是以80x86系列計算機為背景，系統(tǒng)地介紹計算機的基本結構、工作原理和典型接口技術。由四大模塊組成，分別是8086系統(tǒng)、存儲器系統(tǒng)、程序設計、10接口及常用芯片。通過8086常見的指令系統(tǒng)和C語言程序設計的學習，強化硬件與軟件之間的聯系。該課程內容與工程實際緊密聯系，實用性很強，是一門在理論指導下，偏重于實際應用的課程。該課程的核心是通過搭建硬件電路一編寫軟件程序一聯合調試三步驟，完成滿足特定功能的具體任務。但目前采用傳統(tǒng)的課上教員講課，課下學員自主完成作業(yè)的授課模式，學員在課上僅是能完成對基本知識點的記憶和理解，缺乏熱情，更是缺乏對重點芯片的應用和實踐。這種模式使學員處于一種被動學習的狀況，無法激發(fā)學員的學習興趣。

根據布魯姆學習金字塔的理論，認識到知識和理解都屬于是低認知的活動，而應用、分析、綜合、實踐都是高認知的活動，傳統(tǒng)授課模式是在課堂上完成了低認知的活動，而將高認知的活動安排在了課后。所謂翻轉課堂，其把傳統(tǒng)的學習過程翻轉過來，讓學習者在課外時間完成針對知識點和概念的自主學習，課堂則變成了教師與學生之間互動的場所，主要用于解答疑惑、匯報討論，也就是將知識的傳遞和知識的內化過程顛倒過來了，從而達到更好的教學效果。本文以《計算機硬件技術基礎》課程為例，探索了在軍校實施翻轉課堂的具體過程及實施的效果。

2計算機硬件翻轉課堂的實施方案

2.1梳理知識，確定翻轉內容

并不是所有的課程、所有的知識點都適合翻轉。通過實踐可知，在理工類偏實踐課程中實施翻轉課堂是切實可行的。但是也不是全部的內容都適合，應該選取知識點固定、可以切割的、理論與實踐能夠分開的內容作為翻轉內容。按照此原則，課程組選定了兩大模塊、七個知識點的內容作為翻轉內容，具體見下表1所示：

本文以第4個案例——8255A芯片的基本使用為例，詳細論述五步式翻轉課堂的具體策略及實施過程。

2.2實施翻轉，實現學員本位

所謂五步教學法，是指將翻轉課堂的實施過程劃分為——前思、打底、演練、拓展、反思五步驟。

2.2.1前思

前思是指提前幾天（一般是一周）向學員介紹翻轉課程的主題，并引導學員從已有的知識、生活密切相關的事件中進行思考，不斷尋找答案。

本文以案例4為例，設計的前思是：當外設的數量比較少時，使用緩沖器74LS245、74LS373即可實現外設與CPU之間的通信。而在實際生活中，外設的數量通常比較多，如：我們在晚上看到的霓虹燈顯示的各種效果（一般由幾十個、甚至是上百個LED燈組成的霓虹燈），需要外設的接口比較多，在芯片控制中，有沒有這種能夠實現并行、多個接口的硬件芯片可用呢？

2.2.2打底

打底指的是教員事先提供給學員與所講課堂內容相關的材料，包括視頻、圖片、文檔等多元資料，并確保每名學員在正式授課前必須觀看，具體分三步實施。

首先，錄制視頻。教員事先將選定的課程內容錄制成視頻，視頻要以解決某個具體的問題為主逐步展開講解，將問題的解決劃分為幾個模塊，給出幾個模塊的解決思路，但不給出具體的答案。并且注意視頻中要留有引導式的問題，引導學員思考并查閱相關資料。

其次，集中觀看。為了確保課前每名學員都能觀看到視頻，教員將學員帶到機房統(tǒng)一觀看。

最后，回答問題。根據視頻中設置的思考問題，要求學員觀看視頻后，做出自己的回答，鼓勵學有余力的學員，能嘗試在實驗環(huán)境下完成相應的教學視頻中的案例。并且課前要求以小組的形式，每組提交視頻中預留問題的答案。以便課堂上教員能針對學員回答的情況，有的放矢的開展教學活動。

針對“可編程并行接口芯片8255A”翻轉內容，設置的思考問題是：

①描述從端口B輸出一組八位LED燈時，各個信號的狀態(tài)。

②討論：8255A地址線連接問題。

8255A芯片的地址線AOAl是不是只能連接8086CPU的A1A2，如果不是，還可以怎樣連接？

③根據硬件電路圖，寫出軟件控制字。

教員課前根據學員的回答情況，繼而能夠知道學員對知識的掌握程度，通過任務4的問題，反映出學員對第二個問題爭議較多，所以教員在課上需要花大力氣講透講懂。

2.2.3演練

演練指的是對視頻中基本的、重要的知識點在課堂上溫故，以彌補有的學員沒有看打底材料的缺失。然后再圍繞打底視頻中的案例，按照劃分的步驟分組展開實踐教學演練，時間大概45分鐘。打底視頻中將任務4的實現劃分為三個步驟，分別是硬件連線、軟件編程、聯合調試。

第一步：硬件連線

分別完成8255A與8086CPU、8255A與外設的連接。與外設的連接相對簡單，可以任意選擇A、B、c三個端口中的任意兩個分別連接8個開關和8個LED燈;對于與8086CPU的連接要注意奇偶地址的問題。

第二步：軟件編程

實現任務4的功能，還必須編寫程序以完成對芯片的控制。首先要對8255A進行初始化設置，即對芯片的端口選擇、工作方式等進行設置，然后再根據軟件功能、硬件連線編寫軟件代碼。核心軟件代碼如下：

第三步：聯合調試

這是最為關鍵的一步，需要花大力氣、長時間訓練才能最終習得的技能。大部分學員完成前兩步后，運行程序時發(fā)現并不能得到想要的結果，主要有兩類錯誤。第一類是語法錯誤，程序的編寫上有部分語法，不符合語法規(guī)則;第二類是邏輯錯誤，即運行程序沒有報錯，但是運行結果不正確。這類錯誤較難排除，需要從硬件、軟件兩方面檢查。

注意：在上面每一環(huán)節(jié)的中間，要確保至少有80%的學員完成之后，再進入到下一個環(huán)節(jié)的任務中。

2.2.4拓展

拓展指的是在課堂演練的基礎上，按照Input+1原理，舉一反三，著重加強對重點知識或知識技巧的應用，時間大約是45分鐘。

在案例4中，設置的拓展實驗是，根據開關狀態(tài)控制數碼管顯示的數值。硬件電路上將課堂演練中的LED燈換成數碼管，軟件程序根據邏輯適當修改即可。

實踐證明，大約90%學員能夠在45分鐘內完成上述的課堂演練環(huán)節(jié)，大約有80%的學員能夠利用剩余的45分鐘，完成拓展練習。

2.2.5反思

反思指的是教員通過學員作業(yè)、調查問卷等多元評價方式來評估學員的學習效果，從而對教學方法、教學案例做出調整。

一次翻轉課堂后，一名平時學習較差的學員說：“教員，這樣翻轉的教學模式真好，通過動手實踐我們在課堂上就徹底掌握了知識?！蓖ㄟ^課后作業(yè)和上機實踐可以看出，增強了學員學習的信心和興趣，學習的效率大大提高了。通過調查問卷和評分量表，可以看出學員對翻轉課堂的模式非常認可。同時也會暴露出一些問題如：翻轉課堂的模式對學員和對教員的要求都更高了。對學員來說，要求學員在課前花時間去預習打底視頻、查閱資料、回答問題;對教員來說，要有能力把控課堂上出現的各種隨機現象，解決學員遇到的各種異外、突發(fā)情況。

3結論

“翻轉課堂”是教學流程變革所帶來的知識傳遞的提前和知識內化的優(yōu)化。如果單純地按照傳統(tǒng)的授課方式，講芯片的引腳、內部結構，硬件連接，不僅會浪費課堂的時間，而且會使學員始終作為一個聽客、看客。在翻轉課堂上，知識傳授通過信息技術的輔助在課外完成，知識內化則在課堂中經老師的幫助和同學的協助而完成，學員親自上手使用芯片，把知識的動手實踐由課外變成了課內，每個學員都有任務，真正成為學習的主人，可以更加積極地參與到課堂活動中，從而提高教學效率。