機械類專業(yè)《單片機原理及應(yīng)用》線上線下混合式教學(xué)研究

摘 要 針對機械類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機知識困難、學(xué)習(xí)效果不理想等問題，提出以實踐能力提高為主線、培養(yǎng)實際應(yīng)用能力為目標，解決實際問題為需要的線上線下混合教學(xué)模式設(shè)計，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，從盲目學(xué)習(xí)到有目的、有針對性學(xué)習(xí)，進而提高機械類專業(yè)單片機原理及應(yīng)用課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 單片機;實踐教學(xué);教學(xué)質(zhì)量;混合式教學(xué)模式

引言

單片機原理及應(yīng)用課程作為機械類專業(yè)（機械設(shè)計制造及自動化、機械電子工程專業(yè)）重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是一門結(jié)合電子、計算機等技術(shù)的應(yīng)用性很強的課程，也是后續(xù)“數(shù)控”類課程和畢業(yè)設(shè)計的重要基礎(chǔ)。

通過多年的教學(xué)實踐工作，筆者深深感受到“單片機原理及應(yīng)用”這門課程是既難教、又難學(xué)。例如在講授單片機的硬件結(jié)構(gòu)時，機械類專業(yè)的學(xué)生如果在硬件方面的電子線路預(yù)備知識儲備不足，或者對先修課程的學(xué)習(xí)沒有能夠達到足夠的深度和廣度，這就會嚴重地影響學(xué)生對單片機的入門學(xué)習(xí)，從而致使部分學(xué)生喪失能學(xué)會或?qū)W會這些課程的信心。

1課程設(shè)置對單片機學(xué)習(xí)的影響

機械類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機課程的時候會因為入門難而喪失信心，究其原因，與機械類專業(yè)的基礎(chǔ)課程設(shè)置有很大的關(guān)系。

1.1 理論學(xué)時短

我校以及一些高等院校的機械類專業(yè)在單片機原理及應(yīng)用的理論教學(xué)中，學(xué)時數(shù)安排為短學(xué)時，而我校機械類專業(yè)的單片機理論學(xué)時只有16學(xué)時，且一直以來總是以單片機的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)為主線，首先講解單片機的硬件結(jié)構(gòu)，其次講授單片機的指令系統(tǒng)，軟件編程，然后講授單片機系統(tǒng)的擴展以及各種外圍器件的應(yīng)用，最后再講一些應(yīng)用實例。在16學(xué)時的基本理論授課過程中，只能給同學(xué)講授最基本的單片機知識，這樣大多數(shù)學(xué)生會感到本門課程枯燥難學(xué)，甚至?xí)泻芏嗤瑢W(xué)直到本門課程結(jié)束了還不能理解尋址方式是什么，對ROM和RAM存儲器單元的分配仍然感到很模糊，編程就更不用說了。等到做實驗或課題的時候?qū)懗绦驔]有思路，對單片機的開發(fā)過程不清楚，于是就有很多學(xué)生都會感嘆：單片機太難學(xué)了！

1.2 電學(xué)基礎(chǔ)知識薄弱

硬件方面的電子線路是學(xué)習(xí)單片機必須儲備的預(yù)備知識[1]。而機械專業(yè)的學(xué)生對于電路基礎(chǔ)、模擬電子線路和數(shù)字電子線路只是在一門課程《電工學(xué)》中講述，課程學(xué)時偏少，這些重要的先修課程對機械類專業(yè)的學(xué)生來說沒能達到足夠的深度和廣度，這嚴重地影響了學(xué)生的入門學(xué)習(xí)，一個知識點掌握不好就會影響后續(xù)的學(xué)習(xí)效果。

1.3 匯編指令難以理解

現(xiàn)在機械類專業(yè)學(xué)生對計算機語言的學(xué)習(xí)，主要通過三門課程來完成：大學(xué)計算機文化基礎(chǔ)，VB，C語言。而在三門課程的教學(xué)過程中教師一般不會對數(shù)制、碼制、內(nèi)存、寄存器、總線、8位、32位機等概念進行深入的介紹，一般課程結(jié)束后，大多學(xué)生只是對這些名詞有點印象，根本談不上真正地理解。沒有這些重要的概念，學(xué)生聽起單片機課程來就會產(chǎn)生云里霧里不知所云的感覺。而單片機的低級語言—匯編語言的指令又和其硬件原理密切相關(guān)，如果硬件電路沒有完全掌握，那么對于匯編指令也很難完全理解。

1.4 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

學(xué)生在做實驗時都是使用指導(dǎo)書上現(xiàn)成的資料，編譯現(xiàn)成的程序，沒有人去分析程序的流程，更談不上去修改和完善了。對于單片機電路也只是按實驗指導(dǎo)書在實驗箱上做簡單的連線，沒有一個整體的電氣原理圖概念，最終還是不會設(shè)計電路，甚至連基本的電氣原理圖都讀不懂。然而實驗條件有限，不可能每個同學(xué)都能得到老師的輔導(dǎo)，加上實驗課通常是以兩學(xué)時為單元進行教學(xué)安排，而實驗儀器的準備、清理又要占用一部分時間，有些好學(xué)的同學(xué)剛搞清楚程序的思路，興趣剛起，時間卻到了，學(xué)生只得草草收工。

2線上線下混合式教學(xué)方法設(shè)計

我們進行機械類專業(yè)單片機原理教改研究的目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生入門，使其具備進一步深入學(xué)習(xí)的能力，為后續(xù)“數(shù)控”類課程和畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。通過對機械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機困難等原因分析，任課教師要根據(jù)單片機課程的特點，突出重點，注重難點，不斷地改進教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，努力提高教學(xué)質(zhì)量。

（1）理論教學(xué)：萬事開頭難，精彩的開場白很重要，因此第一堂緒論課上采用形象教學(xué)，在課堂上利用Proteus仿真軟件實現(xiàn)簡單的流水燈控制過程，使學(xué)生對單片機的硬件結(jié)構(gòu)、軟件調(diào)試等有感性的認知。再以案例教學(xué)為主，根據(jù)所選案例的實際需要先簡略介紹，再利用案例引導(dǎo)學(xué)生實驗。由于教學(xué)課時有限，教師上課主要對所布置的案例進行引導(dǎo)、答疑，案例的完成大部分要靠學(xué)生在課外完成，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自覺補習(xí)過去掌握不牢的知識和自學(xué)以前沒有接觸到的內(nèi)容，通過教學(xué)活動的實踐發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)方法的改革大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，很好地促進了學(xué)生積極思考，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

線上教學(xué)主要通過學(xué)院的“Course Grading” （簡稱CG）平臺或郵件等多種方式靈活發(fā)布微課、作業(yè)，作業(yè)題型包括填空、選擇、判斷、簡答、分析、設(shè)計等。學(xué)生通過郵件或CG平臺在線提交作業(yè)。

教師和學(xué)生線下溝通方式除了利用手機和電子郵件，還廣泛借助互聯(lián)網(wǎng)社交工具，建立QQ群、微信群等多種溝通渠道，學(xué)生遇到問題時，可以通過照片或語音的形式向群里的教師或同學(xué)發(fā)出求助，使問題及時得到解決。

（2）實踐教學(xué)：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣方向，引導(dǎo)學(xué)生積極參與小型單片機項目的開發(fā)。2-3人一組，完成至少1項以單片機為核心的作品，使其了解、掌握需求分析、分工協(xié)作、設(shè)計調(diào)試等一系列開發(fā)環(huán)節(jié)。

線上教學(xué)部分，要求學(xué)生掌握單片機仿真軟件 Proteus 的基本使用方法，為其在單片機項目實踐設(shè)計中繪制應(yīng)用電路原理圖打下良好的基礎(chǔ)。指導(dǎo)教師講解項目目標，學(xué)生提出至少2種以上設(shè)計方案，對比分析，選擇1種可行方案后進行仿真硬件電路設(shè)計，仿真通過后，方可在現(xiàn)有實驗設(shè)備上完成硬件連接和軟件調(diào)試，也可在自行購買的面包板上實現(xiàn)硬件系統(tǒng)連接和編寫系統(tǒng)程序。整個項目實現(xiàn)過程完全由學(xué)生設(shè)計和完成，教師只負責(zé)引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題。項目的最終完成，通過線上答辯等形式已經(jīng)鍛煉學(xué)生成為一個產(chǎn)品或者小系統(tǒng)的設(shè)計者，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)，使學(xué)生開始學(xué)會思考，慢慢進入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（3）多媒體課件、微課輔助教學(xué)。充分采用多媒體、微課等教學(xué)手段，提高學(xué)生對單片機匯編指令的理解程度。由于機械類學(xué)生以前還沒有接觸到低級語言的匯編指令，因此很難理解。對于這部分教學(xué)內(nèi)容，課堂上可以充分利用多媒體的動畫效果，對每條指令制作出動畫效果，把復(fù)雜的匯編指令形象化，這樣學(xué)生就很容易理解。課外輔助教學(xué)部分，通過“CG”平臺把單片機原理、指令系統(tǒng)等難學(xué)難懂的內(nèi)容制成生動形象，通俗易懂的微課件，使得學(xué)生除了上課時間外，也可以在課余時間，反復(fù)多次學(xué)習(xí)。

（4）過程化考核教學(xué)：取消“一考定成績”的考核方式，增設(shè)階段性考試，任課教師通過階段性考核可以對教學(xué)效果及時了解，及時發(fā)現(xiàn)“學(xué)困生”，通過與輔導(dǎo)員互動、課堂關(guān)注、結(jié)對子幫扶、點對點答疑等一系列手段幫助“學(xué)困生”完成課程學(xué)習(xí)。

依托“CG” 平臺輔助教學(xué)過程管理，根據(jù)知識點建立課程題庫，學(xué)生在線完成階段考試，并在提交后自動完成評判。通過該教學(xué)平臺積累的成績信息及操作數(shù)據(jù)，任課教師可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生對知識點的掌握情況，做到有問題及時處理、及時改進，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)狀態(tài)預(yù)警，為開展個性化教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

考核成績構(gòu)成：線上線下實驗（占比20%）、階段考試（占比20%）和期末考試（占比60%），每部分滿分都為100分。

最評成績=線上線下實驗*20%+階段考試*20%+期末考試 *60%

以上是我根據(jù)我校機械類專業(yè)單片機教學(xué)、實驗情況，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗談幾點對于單片機教學(xué)的一些粗淺看法。水平有限，不妥之處望同行專家批評指正。

3結(jié)束語

單片機原理與應(yīng)用課程在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、分析和解決實際問題的能力以及工程實踐應(yīng)用能力方面，發(fā)揮著積極的作用。這就要求教師跟緊單片機的發(fā)展潮流，不斷地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，加強單片的實踐環(huán)節(jié)，采取多種途徑，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)教與學(xué)的合一[2]。筆者在機械類專業(yè)的單片機原理與應(yīng)用課程的教學(xué)實踐中，通過與學(xué)生的配合，不斷地摸索與嘗試線上線下混合式教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻

[1] 伍龍，苗磊，黃凱峰.新工科下單片機課程混合式教學(xué)模式改革探索與應(yīng)用[J].淮南師范學(xué)院學(xué)報，2019，1（1）：132-136.

[2] 李志宇.以混合式學(xué)習(xí)模式改善電工學(xué)教學(xué)效果的研究[J].大學(xué)教育，2017（4）：77-78.

作者簡介

毛艷娥（1971-），女，遼寧省沈陽市人;學(xué)歷：博士，職稱：副教授，現(xiàn)就職單位：沈陽航空航天大學(xué)計算機學(xué)院，研究方向：智能控制理論與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)等方面。