基于翻转课堂理念的实验教学微课设计开发及应用

摘 要 ZigBee协议与应用课程是物联网工程的专业课程，注重理论与实践的结合。由于大纲课时及实验室设备数量所限，学生实践不足。由此，基于翻转课堂理论，设计开发点对点通信实验微课，采用翻转课堂模式应用于教学中，大大提高实验效率，丰富学生学习成果，并为高校实验教学提供了新的思路与参考。

关键词 翻转课堂；实验教学；微课；ZigBee协议与应用

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）08-0047-03

Application and Development of Experiment Teaching Micro-lesson based on Flipped Classroom Teaching Philosophy： Take ZigBee Protocol and Application Point to Point Communication as an Example//ZHANG Fengying， LI Weimin， HOU Lin

Abstract The ZigBee Protocol and Application Course is a specia-lized course in the Internet of things program， which focuses on the combination of theory and Practice. Due to the limited number of syllabus hours and laboratory equipment， students lack adequate practice. Therefore， we designed and implemented the micro-lesson

of point to point communication experiment based on the theory of flipped classroom， and applied it in the actual teaching process， greatly improved the efficiency of the experiment and students’ lear-

ning effect. And it provides new ideas and reference for experimen-tal teaching in colleges and universities.

Key words flipped classroom； experiment teaching； micro-lesson； ZigBee protocol and application

1 翻转课堂

近年来，美国兴起的翻转课堂教学模式提供了一种颠覆性的教学思路，彻底颠覆了基于印刷术的传统课堂教学结构与教学流程，并引发教师角色、课程模式、管理模式等一系列变革。翻转课堂在中国这个人口大国掀起新的教育变革浪潮。较之于传统的教学模式，重新调整课堂内外的时间，将学习的主动权从教师转移到学生，教师不再占用宝贵的课堂时间讲授信息，这些信息需要学生在课前通过看视频、听讲座或阅读电子课件并辅以在线讨论以及在线查阅资料自主完成。在此基础上，学生带着成果与问题返回课堂，完成基于项目的学习，从而对知识获得更深層次的理解。

2 微课

在移动互联网的发展下，学习呈现出自主化、碎片化的特征。微课，指运用信息技术，按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源，往往是针对一个教学难点、重点进行精心教学设计，并以多种工具开发制作的微视频。微课为翻转课堂的实施，提供针对性的课前预习资源。线上资源，尤其是生动的微教学视频，是进行翻转教学改革不可或缺的组成部分。

微课的设计开发包括选题、教学设计、视频制作三个核心环节。笔者认为选题和教学设计尤为重要，选择难易程度适合且能与实际生活关联的课题，更能激发学生的学习兴趣。而好的教学设计能够让知识的呈现抽丝剥茧，逐步引导学生自觉主动进入学习状态，增强学习的主动性。

3 ZigBee协议与应用实验教学设计及开发

“ZigBee协议与应用”主要讲授ZigBee协议的原理、ZSTACK协议栈、基于ZigBee的芯片CC2530。该课程以实践为先导，注重理论知识在实践中的应用，实验教学颇为重要。实验设备数量有限，需要学生分组进行教学，且该课程对学生在编程以及硬件两方面的要求都较高。在课时有限且设备有限的基础上，为了让学生更好地掌握ZigBee协议的应用，设计开发实验相关的微课。

选题 ZigBee的实验教学分为两大类——CC2530基础开发和通信类实验。其中通信类实验无论代码还是硬件调试，涉及内容均较多，点对点通信作为第一个需要协议栈支持的通信实验，较之于之前的基础开发难度加大，所有涉及内容当堂讲解演示，耗时较多，导致后续学生动手实践时长减少。并且对此实验的掌握直接影响学生对后续通信实验的理解掌握。所以择其为微课设计开发的题目。

需求分析 该实验分组进行，对同样的知识及操作演示需要重复进行多次。该视频的制作不仅有助于学生的实验课前准备，并且减轻教师的重复工作量，以进行更有价值的教学设计。

1）学生现状分析：学生前期进行过多次CC2530芯片基础实验，对CC2530有了较为基本且全面的了解，但是通信功能首次接触；在理论课上对协议栈的层次模型有了初步了解，但从未接触过代码形式的协议栈；对实验所需操作系统相关知识的了解不够，并且这些知识点听一次较难理解掌握。

2）学习目标分析：该实验要求学生在IAR集成环境下编程调试，在给定教学套件上进行点对点通信，重点是学习如何基于ZigBee协议栈Zstack进行通信开发，理解任务管理机制以及操作系统调用。

3）学习内容分析：点对点的通信，内容可拆解为协议栈Zstack协议框架、层次功能、应用层调用、main函数的实现、程序下载调试的方法及步骤，理解任务的创建与管理、操作系统的调用。

教学设计 基于大学三年级学生的理解力、自我约束能力，微课的设计应突出主题、重点。实验教学的微课设计分为两大部分：1）协议栈内容、任务管理、操作系统调用、代码讲解；2）实验操作演示，在多个节点进行下载调试通信的操作。

教学流程与幻灯片教本设计如下。

1）课程导入，提出问题：如何用我们多次使用过的CC2530进行通信？

2）通信原理：基于理论课讲授过的ZigBee协议栈Stack来进行通信。

3）Zstack协议栈：协议栈构架、层次、安装，协议栈目录的讲解，API如何调用。

4）主函数：给定工程中如何找到Main（ ），Main函数中语句解读。

5）任务管理机制：任务的建立、调用、管理。

6）操作系统调用：如何把自己建立的任务交给操作系统管理，如何启动操作系统。

7）实验操作流程：准备好实验需要用的2～3个节点，以及仿真器、连接线、USB转串口驱动程序；打开IAR集成开发环境，打开给定例程中的点对点通信工程，进行编译链接；通过仿真器进行下载，较之于之前的单个节点的操

作，需要进行多个节点的下载；下载完毕，上电进行节点间的通信，通过LED灯的闪烁观察通信过程的进行。

微课视频制作 第一部分内容，采用为本实验设计制作的幻灯片为主要线索进行讲解，使用Camtasia Studio

8.6.0进行讲解屏幕录制。第二部分实际操作部分，边操作边讲解，将整个过程用手机进行录制。较之于摄像头，手机的像素与拍摄质量更好，而且易于实现近距离拍摄操作细节。

视频录制完成后，进行相关后期处理。使用动画制作大师制作片头，体现微课主题，将前期录制的视频、音频资源进行剪辑合成，添加字幕，并使用软件工具进行注意事项标注。微课截图如图1所示。

教学实施 在点对点通信实验中采用翻转课堂教学方式过程中，在实验前将视频通过QQ或者微信平台分享给学生，让学生自行选择合适的时间、场所进行学习，并可以在通信群对于看不懂、无法理解的部分和同学进行探讨，教师进行针对性解答，以利于学生更好地理解掌握实验内容。实验课开始后，学生直接开始动手进行实验，实验过程中遇到问题，教师及时协助进行处理。基础实验完成后，根据教学设计，教师重新给定通信任务，进行代码修改编译调试，以更深入地掌握對该芯片通信的编程。课程实施流程框图如图2所示。

4 教学应用及体会

笔者在中北大学朔州校区进行了两年的“ZigBee协议及应用”的教学。2016年，笔者采用传统教学方法，每次上课首先进行知识讲解，进而进行实验的操作演示，学生围观；完成上述内容后，学生自行进行实验。由于20多人围观，演示效果较差，再加上自己动手时间短，或者出现问题后无从下手解决，导致整体教学效果一般，更无法达到深层次的练习。2017年，笔者采用翻转课堂方式，辅以设计制作的微课以及课前的相关讨论，实验课时更多用于动手编程调试，教学效果大大改善，学生整体反应积极，评价较高。

翻转课堂这种教学模式，辅以精心设计的微视频学习资源，较好地挖掘了学生学习的积极性、主动性，尤其适合具备自学能力以及相当自控能力的大学生。翻转课堂以及微课不仅为学生提供了更为优质的学习体验与学习效果，同时向广大教师提出新的挑战，带来新的机遇。

参考文献

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