單片機(jī)課程手機(jī)微課學(xué)習(xí)模式

譚琦 楊沛 梁照江 李建州

摘 要 根據(jù)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，依據(jù)現(xiàn)代生活中手機(jī)重要性的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于手機(jī)學(xué)習(xí)微課的APP。其中，探討單片機(jī)微課資源的在線學(xué)習(xí)框架，闡述手機(jī)微課的設(shè)計(jì)流程和方法，分析微課APP的關(guān)鍵技術(shù)。案例表明，基于AndroidStudio集成環(huán)境的單片機(jī)手機(jī)微課平臺(tái)，可以豐富教學(xué)資源，促進(jìn)教學(xué)變革。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)；智能手機(jī)；微課；Android Studio；在線學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）22-0036-03

Abstract Considering the ubiquity and popularity of mobile phone， we design and implement a cell phone-based micro-lecture learning application （APP） for the microcontroller course based on the cha-racteristics of the microcontrollers experiments. Specifically， we pro-pose an online micro-lecture learning framework for the microcon-troller curriculum， and elaborate the design process and the detailed implement of the micro-lecture learning APP. Also， the key techno-logies used in the APP are analyzed. The case study shows that the micro-lecture platform of microcontroller based on Android Studio environment can enrich teaching resources and promote teaching reform.

Key words experiment of microcontroller course； smart phone； micro-lecture； Android Studio； online learning

1 引言

目前，物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)和研究已成為高校教育和企業(yè)研發(fā)的一個(gè)熱門方向，而“單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”恰是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向的一門基礎(chǔ)必修課程。這門課程是一門硬件和軟件緊密結(jié)合的課程，涉及的知識(shí)點(diǎn)和遇到的問題都比較多。身處“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，教師和學(xué)生都期望借助新的媒介改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量。

好的仿真軟件可以有效地解決硬件實(shí)驗(yàn)中的元器件損耗較大、零配件維護(hù)較麻煩的問題，因此選擇Proteus仿真軟件和Keil C51軟件進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)。但這些軟件對(duì)于初學(xué)者而言比較陌生和特別，需要花費(fèi)時(shí)間去摸索和熟悉，并且知識(shí)點(diǎn)較多，前后知識(shí)點(diǎn)緊密相連。課堂的實(shí)驗(yàn)時(shí)間顯然不能滿足學(xué)生的需求，而且忽視了學(xué)生課后自學(xué)能力的培養(yǎng)。

現(xiàn)在，智能手機(jī)已在社會(huì)中占有越來越重要的地位，中國的手機(jī)網(wǎng)民數(shù)量已占總網(wǎng)民總數(shù)的92.5%[1]。其中，年齡在10～29歲之間的網(wǎng)民超過網(wǎng)民總數(shù)的50%，這部分網(wǎng)民就是在校學(xué)生或參與工作的年輕人，他們?cè)絹碓较矚g利用自己碎片化的時(shí)間學(xué)習(xí)。所以，智能手機(jī)可以成為高校學(xué)生學(xué)習(xí)中的重要工具，利用智能手機(jī)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，依托手機(jī)平臺(tái)改革教學(xué)模式已成為一種趨勢。

但是，針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的“單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”課程，如何從學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求度和興趣點(diǎn)入手，將關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行資源梳理和整合，依托智能手機(jī)這一新媒介平臺(tái)，從微課角度建立起適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的單片機(jī)資源平臺(tái)，改善學(xué)生不善于解決實(shí)際問題的情況，消除學(xué)習(xí)畏難心理，依然是一個(gè)有待探索的有意義的問題。

本文基于十幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的分析，并結(jié)合高校學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一個(gè)基于智能手機(jī)的“單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”微課平臺(tái)，目的在于幫助學(xué)生利用碎片時(shí)間自主學(xué)習(xí)和練習(xí)，不再受限于學(xué)習(xí)場地和時(shí)間[2]，期望能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，有效提升學(xué)生的抽象思維能力和創(chuàng)新能力，通過解決實(shí)際問題來對(duì)理論知識(shí)融會(huì)貫通。

2 微課的學(xué)習(xí)模式

微課模式的設(shè)計(jì) 微課程最早的設(shè)想是1993年美國北愛荷華大學(xué)的LeRoy McGrew教授的60秒課程，以及1995年英國納皮爾大學(xué)的T.P.Kee的一分鐘演講[3-5]?，F(xiàn)在的微課特點(diǎn)是“主題突出、短小精悍、交互性好、應(yīng)用面廣”[6]，主要以視頻或動(dòng)畫為載體，圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的精細(xì)教學(xué)活動(dòng)的過程。經(jīng)過調(diào)研和統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)[7]，高校教學(xué)中的微課類型主要為探究學(xué)習(xí)類、啟發(fā)類、演示類等，其中自主學(xué)習(xí)類占比相對(duì)較低；微課的制作形式主要為視頻拍攝類、專業(yè)軟件屏幕錄制類等，其中技術(shù)要求高、畫面直觀的純動(dòng)畫微課占比較低。

微課程實(shí)際應(yīng)用的考慮因素有：

1）學(xué)生對(duì)微課程的興趣需求程度，微課程解決問題的實(shí)用程度；

2）教師對(duì)課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)的理解深入程度，課堂教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的融合程度；

3）微課平臺(tái)的使用方便程度，微課資源的管理機(jī)制等。

隨著華南師范大學(xué)“互聯(lián)網(wǎng)+”校園建設(shè)的開展，無線網(wǎng)已覆蓋校園的各個(gè)角落，為移動(dòng)學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)。據(jù)調(diào)查，91%的大學(xué)生期待基于手機(jī)的微課學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)[8]。

基于上述原因，并鑒于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的手機(jī)動(dòng)畫微課模式，有別于傳統(tǒng)的視頻微課形式，充分利用新穎媒體交流平臺(tái)，制作出交互性較高的微課資源。能較好地吸引學(xué)生的興趣，充分調(diào)動(dòng)其自主學(xué)習(xí)的積極性。本文的單片機(jī)微課實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫案例實(shí)現(xiàn)可詳見參考文獻(xiàn)[9]。

微課知識(shí)框架的設(shè)計(jì) 本文以華南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的“單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)構(gòu)建方法為指導(dǎo)，從教學(xué)主要入門知識(shí)點(diǎn)中提煉出15個(gè)重要或關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)，制作成系列微課教學(xué)資源。其在線學(xué)習(xí)框架如圖1所示。

知識(shí)點(diǎn)的選取和動(dòng)畫的設(shè)計(jì)是按照“步步推進(jìn)，逐層提高”的方式來進(jìn)行的，全面引導(dǎo)和輔助學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。其中，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的選擇都直接關(guān)系到學(xué)生練習(xí)的效果和知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。其實(shí)驗(yàn)案例的內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際需求，調(diào)動(dòng)學(xué)生解決問題的興趣，讓學(xué)生能在較短時(shí)間內(nèi)有效地掌握目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)，并鍛煉學(xué)生分析問題、歸納問題、解決問題的能力，具體如圖2所示。

3 手機(jī)微課平臺(tái)

總體框架設(shè)計(jì) 智能手機(jī)的主流平臺(tái)有兩種，即iOS和Android。本文選擇占市場主要份額的Android手機(jī)，采用JAVA做開發(fā)語言，Android Studio做集成開發(fā)環(huán)境。單片機(jī)手機(jī)微課平臺(tái)的主要用戶角色有兩種，分別是使用者（學(xué)生）和管理者（教師）[10]。其中，平臺(tái)的主要使用對(duì)象是學(xué)生，他們的目標(biāo)明確：一是在實(shí)驗(yàn)之前對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)；二是通過知識(shí)點(diǎn)擴(kuò)充知識(shí)面，希望快速掌握自己想要了解的知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)自己的知識(shí)掌握程度有個(gè)客觀評(píng)價(jià)。教師使用者則希望補(bǔ)充教學(xué)設(shè)計(jì)，有一個(gè)平臺(tái)能將相關(guān)資料上傳或下載，讓學(xué)生能自主進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，以及課后補(bǔ)習(xí)或測試。因此，手機(jī)總體設(shè)計(jì)框架如圖3所示。

功能模塊建立 根據(jù)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)框架圖，手機(jī)微課平臺(tái)需要的具體模塊類應(yīng)由Activity類、Fragment類和相關(guān)輔助類構(gòu)成[11]。

其中Activity類是實(shí)現(xiàn)界面，主要的Activity有兩個(gè)，分別是登錄管理和功能模塊管理。

Fragment（碎片）類是將相關(guān)功能以Fragment形式插入到Activity類中，利用Fragment Manager來管理眾多的Fragment，根據(jù)需要顯示不同的Fragment。主要的Frag-

ment共有四個(gè)，分別是下載文件的Down_Fragment、展示消息的Message_Fragment、閱覽下載文件的DownLoad Mana-

ger_Fragment和現(xiàn)有資源管理的WebView_Fragment。

其他輔助類啟用一個(gè)系統(tǒng)廣播（Broadcast Receiver），

用于捕獲服務(wù)的定時(shí)更新信號(hào)，然后通過重啟服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新；一個(gè)數(shù)據(jù)更新服務(wù)Message Update Service，每一個(gè)小時(shí)訪問一次服務(wù)器，查看數(shù)據(jù)接口是否有更新，通過Android的通知欄功能將更新體現(xiàn)出來。

本平臺(tái)使用UrlInitialize初始化工具類，里面整合封裝了一些系統(tǒng)初始化信息，如訪問URLIP地址的初始化、應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)的初始化、內(nèi)存空間申請(qǐng)、網(wǎng)絡(luò)訪問框架接口、JSON數(shù)據(jù)解析方法等。

手機(jī)微課展示 本文實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)手機(jī)微課實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可發(fā)布實(shí)驗(yàn)課程的在線微課教學(xué)信息，下載相關(guān)學(xué)習(xí)資料，利用移動(dòng)平臺(tái)給學(xué)生的課余學(xué)習(xí)提供一個(gè)良好途徑，讓學(xué)生方便快捷準(zhǔn)確地獲取課程相關(guān)的一手資料。本文截取了幾個(gè)主要的單片機(jī)手機(jī)微課平臺(tái)界面進(jìn)行展示，分別是單片機(jī)手機(jī)微課動(dòng)畫資源、用戶注冊(cè)和查看下載文件的界面，具體如圖5～圖7所示。

4 結(jié)語

本文在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合華南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生自身的特點(diǎn)，通過對(duì)單片機(jī)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的分析，梳理出重要知識(shí)點(diǎn)以及知識(shí)點(diǎn)前后關(guān)聯(lián)關(guān)系，再基于Android智能手機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)手機(jī)微課平臺(tái)，其中的微課動(dòng)畫資源是使用Adobe Edge Animate CC工具設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，此平臺(tái)在今后的實(shí)踐使用中還可以繼續(xù)改進(jìn)，但希望通過此自助平臺(tái)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的設(shè)計(jì)水平和動(dòng)手編程能力。

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