單片機(jī)課程線上教學(xué)模式探索

魏建崇 曹彥 張禹 余運龍

摘要：為了滿足線上教學(xué)需要，該文章結(jié)合單片機(jī)課程線上授課存在的挑戰(zhàn)，提出了基于單片機(jī)課程的課前、課中、課后三段式線上教學(xué)模式。課前利用大學(xué)MOOC在線預(yù)習(xí)，課中利用騰訊會議軟件和Proteus仿真軟件進(jìn)行直播授課，課后通過微信群互動進(jìn)行答疑。同時，引入綜合性線上測評考核體系，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價。通過問卷調(diào)查，分析實際的線上教學(xué)案例，表明此線上教學(xué)模式效果良好，對于開展單片機(jī)課程的線上教學(xué)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);教學(xué)模式;線上教學(xué)

中圖分類號：TP368.2

疫情期間，為了響應(yīng)教育部提出的“停課不停教，停課不停學(xué)”的號召[1，?2]，眾多高校紛紛延期開學(xué)，將線下教學(xué)轉(zhuǎn)為線上。然而，單片機(jī)課程作為一門理論與實踐緊密結(jié)合的機(jī)電類專業(yè)基礎(chǔ)課，開展線上教學(xué)將面臨巨大的挑戰(zhàn)，目前還沒有完全將該課程采用線上教學(xué)的案例。因此，本文探索單片機(jī)課程的線上教學(xué)模式，對于開展單片機(jī)課程的線上教學(xué)具有重要的意義。

1?單片機(jī)課程線上教學(xué)存在的挑戰(zhàn)

1.1?師生互動不足

相比于傳統(tǒng)的線下教學(xué)，線上教學(xué)可以突破地域和時間的限制，但師生互動性不足的問題一直是線上教學(xué)的痛點。單片機(jī)課程在線上教學(xué)場景下師生之間的交流方式較為單一、溝通效率低、互動情景也不夠真實，且受限于傳輸媒介，學(xué)生有問題也無法及時提出，導(dǎo)致老師不能全面地了解每位學(xué)生的聽課和實驗情況。同時，線上授課中老師也不方便利用單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行現(xiàn)場演示，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。

1.2?實踐環(huán)節(jié)難以展開

作為一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程[3]，通常會有專門的實驗室開展單片機(jī)實驗課教學(xué)，學(xué)生在單片機(jī)實驗箱上完成實踐操作。然而，這類實驗實訓(xùn)環(huán)節(jié)在線上教學(xué)中很難開展，一方面受限于沒有成熟的線上虛擬仿真實驗平臺，很難開展集中線上實驗課程教學(xué)，另一方面，線上實驗課程的授課過程中，由于網(wǎng)絡(luò)延遲、信息傳輸方式等因素的限制，教師無法有效地組織教學(xué)過程和實時掌握學(xué)生的實驗情況[4]。

1.3?網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源與課程不匹配

隨著越來越多的高校開展線上教學(xué)，許多在線開放課程平臺為高校師生提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，如中國大學(xué)慕課（MOOC）、超星學(xué)習(xí)通、網(wǎng)易云課堂等，學(xué)生可以在這些在線開放課程平臺上找到許多與“單片機(jī)”相關(guān)的課程。然而，很難找到與教學(xué)大綱完全吻合的在線課程，且存在課程內(nèi)容與教材不匹配，部分知識點的講解不透徹等問題。因此，直接通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，無法滿足線上課程的教學(xué)需要。

2?單片機(jī)課程線上教學(xué)模式探索

2.1?課前在線預(yù)習(xí)

在單片機(jī)課程的線上教學(xué)中，可以在中國大學(xué)MOOC上挑選與教學(xué)大綱相近的課程作為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)材料，由授課老師篩選出其中的部分章節(jié)視頻，提前一周發(fā)給學(xué)生，配合課程PPT和電子書等學(xué)習(xí)資源組織學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)任務(wù)。同時，可以預(yù)留幾個與預(yù)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的問題供學(xué)生在預(yù)習(xí)階段思考，引導(dǎo)學(xué)生采用問題導(dǎo)向式的學(xué)習(xí)方法提高預(yù)習(xí)效率。最后，通過課前提問的方式檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)的情況。例如，在“中斷系統(tǒng)”章節(jié)的課程預(yù)習(xí)中，設(shè)置“什么是中斷？”“單片機(jī)中斷系統(tǒng)的作用？”等問題，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行預(yù)習(xí)，使預(yù)習(xí)過程更有針對性。

2.2課上直播教學(xué)

線上授課有直播和錄播兩種形式，錄播的形式需要老師提前將課程錄制剪輯好，該方式無法在授課過程中與學(xué)生進(jìn)行互動，授課效果較差，因此選擇騰訊會議軟件進(jìn)行直播教學(xué)。老師可以通過預(yù)定周期性會議來設(shè)置課程時間，上傳相關(guān)課程資料，學(xué)生通過會議邀請鏈接進(jìn)入會議室在線聽課。在直播教學(xué)過程中，老師通過共享屏幕的方式進(jìn)行PPT演示和講解，利用Wacom數(shù)位板書寫電子板書，通過Proteus仿真軟件進(jìn)行實驗演示，使教學(xué)過程盡可能接近線下授課場景。同時，騰訊會議軟件還支持云錄制功能，學(xué)生可以根據(jù)自身需求回看課程錄制視頻。

2.3虛擬仿真實驗教學(xué)

Proteus軟件是一款優(yōu)秀的EDA工具軟件，特別適合對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計與仿真[5，?6]，因此，在單片機(jī)實驗課的線上教學(xué)中可以利用Proteus仿真軟件進(jìn)行虛擬仿真實驗教學(xué)。首先，學(xué)生根據(jù)實驗的要求，在Proteus上搭建和測試硬件電路;接著，利用Keil軟件進(jìn)行程序設(shè)計，通過與Proteus聯(lián)調(diào)的方式完成系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試;最后，要求學(xué)生錄制一段演示視頻介紹實驗完成情況。在實驗結(jié)束后，老師根據(jù)最終的實驗完成度評分，挑選部分學(xué)生作品進(jìn)行展示，并總結(jié)實驗過程中遇到的問題。

2.4?課后線上群互動答疑

微信群/QQ群討論是一種有效的線上交流方式，可以解決學(xué)生聽課過程中遇到的問題。學(xué)生以班級為單位建立班級討論群，并以3～5個學(xué)生為單位各自建立小組討論群，學(xué)生先在小組群中自行討論，并將問題整理好，最后在班級群中進(jìn)行集中討論。這樣的群討論方式使學(xué)生能先自行解決一些較為簡單的問題，班級群集中討論則使許多重復(fù)的問題得到了統(tǒng)一解決，極大地提高了答疑的效率。同時，由于線上討論的匿名性，許多較為靦腆的學(xué)生也敢于踴躍提問并參與到討論中來，這極大地提高了學(xué)生參與線上群互動的積極性。

3?單片機(jī)課程線上考核與評價

3.1?線上考核形式

單片機(jī)課程的線上考核形式具體組織如下：理論課考試前，任課老師在先將電子版答題卡發(fā)放給學(xué)生，由學(xué)生先將答題卡打印好，并預(yù)先組織學(xué)生進(jìn)行考試設(shè)備測試。在正式開考前10分鐘，老師將電子版試卷群發(fā)給學(xué)生，學(xué)生收到試卷后即可在預(yù)先打印好的答題卡中作答?？荚囘^程中，利用騰訊會議軟件進(jìn)行在線監(jiān)考，要求學(xué)生必須開啟攝像頭，并對考試過程全程錄屏存檔?？荚嚱Y(jié)束后，要求考生必須在15分鐘內(nèi)將將答題卡掃描成電子版發(fā)送到指定郵箱完成考試。

單片機(jī)實驗課程的線上考試形式與理論課類似。實驗設(shè)計的考題共5題，考查內(nèi)容覆蓋教學(xué)大綱的所有核心知識點，如表1所示，要求學(xué)生隨機(jī)抽取其中一道題目完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計?？荚囘^程中，學(xué)生根據(jù)題目的要求先在Proteus仿真軟件上完成硬件電路設(shè)計，在Keil軟件上完成程序設(shè)計，軟硬件設(shè)計調(diào)試完畢后，考生在答題紙上填寫部分關(guān)鍵電路圖和程序代碼，并錄制一段簡短的演示視頻說明實驗完成情況?？荚嚱Y(jié)束后，考生將Proteus仿真圖、Keil程序源碼、演示視頻和電子版答題卡打包發(fā)送到指定的郵箱完成考試。

3.2?綜合性評價體系

綜合性的評價體系不僅要考查學(xué)生對知識的掌握程度和運用能力，還要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與積極性。因此，單片機(jī)理論課程的最終成績評定主要分為期末成績和平時成績兩部分，其中平時成績主要由考勤、課堂表現(xiàn)和作業(yè)構(gòu)成，具體的比例分配如圖?1所示，課堂表現(xiàn)的成績主要根據(jù)學(xué)生上課過程中的發(fā)言情況和課后微信群答疑的積極性。實驗課程更注重學(xué)生對知識的運用能力，因此實驗課的期末成績和平時成績的比例分配為6：4，平時成績包含考勤和實驗表現(xiàn)，平時分的成績主要根據(jù)學(xué)生每一次實驗設(shè)計的完成情況，由于平時分比例較大，有利于提高學(xué)生對實驗課的參與度，驅(qū)動學(xué)生在每一次實驗中努力完成實驗要求。

4單片機(jī)課程線上教學(xué)案例分析

本文以問卷調(diào)查的方式對2020年新冠疫情期間單片機(jī)課程的線上教學(xué)案例進(jìn)行分析，從課堂教學(xué)形式和課堂教學(xué)效果這兩個方面對該線上教學(xué)模式進(jìn)行評價，總共發(fā)放問卷105份，回收有效問卷103份，有效問卷回收率達(dá)到98%以上，具體調(diào)查結(jié)果見表2和表3。

由表2可知，在課堂教學(xué)形式上，大部分學(xué)生能較好地適應(yīng)直播課堂的教學(xué)形式（72.9%），認(rèn)為線上聽課過程中一般不會受軟硬件設(shè)備的不穩(wěn)定性和外界環(huán)境等不確定因素的影響（80.9%），在單片機(jī)實驗課程的學(xué)習(xí)上，普遍認(rèn)為利用Proteus仿真軟件進(jìn)行實驗設(shè)計和驗證較為方便（65.5%），課程結(jié)束后，絕大部分同學(xué)能夠通過微信群討論的方式解決課程疑問（74.1%），在最終的期末考試中，線上考試的形式對考試成績的影響較小（62.4%）。

由表3可知，該線上教學(xué)模式在課堂教學(xué)效果上，學(xué)生聽課專注度（70.3%）和直播課堂參與度（69.5%）較好，課堂氣氛較為活躍（67.1%），大部分學(xué)生能夠通過課前預(yù)習(xí)和課后討論提高學(xué)習(xí)效果（67.6%），且對課程知識掌握程度較好（65.0%）。綜上所述，學(xué)生普遍能較好地適應(yīng)該線上教學(xué)模式，通過課前、課中、課后三段式在線學(xué)習(xí)，掌握好單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程知識。

5?結(jié)語

由于單片機(jī)課程的實踐性較強(qiáng)，開展線上授課存在著諸多挑戰(zhàn)。因此，本文基于單片機(jī)課程提出了課前、課中、課后三段式線上教學(xué)模式。課前利用大學(xué)MOOC組織學(xué)生在線預(yù)習(xí)，課中利用騰訊會議和Proteus仿真軟件進(jìn)行線上直播授課，課后分小組通過微信群進(jìn)行互動答疑。同時，在課程的期末考核中，引入綜合性線上測評考核方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價。最后，對實際的線上教學(xué)案例進(jìn)行分析，結(jié)果表明該線上教學(xué)模式具有課堂教學(xué)形式易接受，教學(xué)效果良好等優(yōu)點。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張金波，?李春江，?呂冬霞，?等.?疫情下醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)在線教學(xué)的設(shè)計與實施?[J].?生命的化學(xué)，?2020，?40（12）：?2307-2312.

[2] 黃陸軍，?崔喜平，?耿林，?等.?疫情防控期間專業(yè)課新型“線上-線下”混合教學(xué)模式探索?[J].?高教學(xué)刊，?2020，?（35）：?49-52.

[3] 魏建崇.?基于理論與實踐相結(jié)合的單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)改革研究?[J].?中國現(xiàn)代教育裝備，?2018，?（19）：?27-29.

[4] 夏曉玲.?《C51單片機(jī)編程與仿真項目課程》線上教學(xué)改革與實踐?[J].?鄂州大學(xué)學(xué)報，?2020，?27（03）：?90-91+95.

[5] 周茂霞，?白成杰.?基于Proteus的單片機(jī)虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)及使用?[J].?中國教育技術(shù)裝備，?2019，?（16）：?18-19+25.

[6] 岳大為，?梁濤，?郭欣，?等.?單片機(jī)虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)研究?[J].?教育現(xiàn)代化，?2019，?6（29）：?199-200.

基金項目：

1.?2020年福建江夏學(xué)院校級教改項目，“新工科背景下應(yīng)用型本科電子信息工程專業(yè)項目式教學(xué)改革——以單片機(jī)類課程為例”，J2020C009;2.2020年福建省本科高校教育教學(xué)改革研究課題，“新工科背景下應(yīng)用型本科高?！叭齽?chuàng)”教育實踐教學(xué)體系改革探索”，F(xiàn)BJG20200100;3.2019年福建省十三五教育科學(xué)規(guī)劃課題，“新工科背景下應(yīng)用型本科電子信息類工程教育新模式探究”，F(xiàn)JJKCGZ19-097

作者簡介：曹彥（1990—??），女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，講師，福建江夏學(xué)院金融學(xué)院，研究方向為大數(shù)據(jù)分析;張禹（1982—?），男，福建福州人，博士研究生，副教授，福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院，研究方向為半導(dǎo)體薄膜器件;余運龍（1978—?），男，福建福州人，博士研究生，教授，福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院，研究方向為光學(xué)傳感器。

*?通訊作者：魏建崇（1991—?），男，漢族，福建漳州人，碩士研究生，講師，福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院，研究方向為數(shù)字圖像處理和嵌入式系統(tǒng)。