《微機原理及接口技術》課程網絡教學實踐

周志峰 徐 斌 錢 莉 張海峰

（上海工程技術大學機械與汽車工程學院 上海 201620）

0 引言

由于新冠肺炎疫情影響，2020年上半年的課程全部改為網絡授課，對高校教師來講是一個比較大的挑戰，如何利用各種網絡平臺上好課是今年教師的主要任務之一。《微機原理及接口技術》是機械類及近機類專業普遍開設的一門專業課，該課程強調實踐和應用，學生普遍反映比較難學，不容易學懂。一方面要求任課教師具有一定的工程實踐經驗，獨立開發過單片機測控系統，對單片機匯編語言及外圍接口比較熟悉；另一方面需要開設課內實驗或課程設計，提高和增強學生的實踐能力，通過實踐加強對匯編指令、單片機內部結構和原理、外圍接口的理解和掌握。

本文結合這次網絡授課實踐，從授課平臺、授課準備、教學內容、課后輔導、課程考核等方面進行探索實踐，積極開展網絡授課研究，努力保證教學質量，力求學生能學懂，初步掌握單片機的基本原理、匯編語言程序設計、接口擴展等方面的內容。

1 授課平臺和方式

網絡授課平臺很多，有的平臺功能也很強大，如泛雅超星等，方便老師的教學、課程提問、小測驗和期末考核，但是有時對學生未必合適，因此選擇授課平臺時更多需要從學生角度來看。通過授課前的調研，發現學生最喜歡用還是QQ，每位學生的手機或計算機上都有QQ，而且班級也建有QQ群，因此本次網絡授課采用QQ群。

網絡授課有錄播和直播兩種方式。錄播是提前把2學時的教學內容錄制好，到了上課時間通過授課平臺給學生播放。直播是按照學生上課時間進行在線授課，學生通過計算機或手機實時觀看學習。兩種方式各有優缺點，但是錄播方式進行互動交流不方便，不利于課堂教學；直播方式互動交流方便，教學過程中可以隨時提問學生，學生在聽講過程中也可以隨時向老師提問。因此本次網絡授課采用QQ群的屏幕分享進行在線直播。同時為了方便學生課后學習，選擇FSCapture錄屏軟件進行在線錄屏，把教師端上課屏幕實時錄屏，每次課程一個單獨視頻文件，課后上傳QQ群，供學生下載，方便學生回看和自學。

2 授課準備

提前1-2周建立授課QQ群，通過輔導師和班干部，通知所有選課同學加入QQ群，同時把教學大綱、教學PPT、實驗指導書等課程教學資料上傳QQ群，讓學生提前了解和熟悉課程內容，方便學生預習和自學；指定課程臨時聯絡人，進行課程出勤的考核、收繳和發放作業等工作；正式上課前3-5天進行網絡授課測試，通知所有學生參加，重點測試網絡情況，考查教師端和學生端的視頻和音頻的質量、時間延遲、交流互動等情況，模擬上課情況，確保正式上課時能正常開展。

微機原理及接口是一門偏工程實踐的專業技術課，一定要多動手編程實踐，才能比較好地掌握其基本原理和應用方法。原教學方案中安排有課內實驗，由于疫情學生無法回學校進行實驗。因此鼓勵學生從淘寶上自行購買一塊51單片機學習板，配合課程教學一邊學一邊編程練習。同時鼓勵學生在家自學虛擬開發系統與仿真的EDA軟件，如PROTEUS，利用EDA軟件的強大功能，進行單片機系統的設計、編程和調試，增強工程實踐能力。

3 教學內容

網絡教學的教學內容和教室教學一樣，主要包括第一章微機基礎，內容有單片微型計算機概述、數制及數的轉換、數的表現形式、數和字符編碼等；第二章單片機結構，內容有51單片機的內部結構、單片機引腳和功能、單片機工作方式和時序等，重點為51單片機CPU結構及專用寄存器組、ROM和內部RAM地址分配；第三章51單片機指令系統，內容有指令的基本格式和表示形式、尋址方式、數據傳送類指令、算術運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉移類指令和位操作類指令等，重點為尋址方式和常用匯編指令；第四章匯編語言程序設計，內容有匯編語言構成、偽指令、順序結構、分支結構、循環結構、子程序、查表程序實現方法等，重點為循環結構、子程序、查表程序的設計；第五章中斷系統，內容有中斷概述、MCS-51中斷系統、內部定時器/計數器、中斷控制器8259A，重點為MCS-51中斷系統的結構、中斷響應過程、中斷程序設計方法；第六章并行I/O接口，內容有I/O接口概述、內部并行I/O端口、并口擴展、外部存儲器的擴展、鍵盤和顯示器等，重點為外部存儲器地址計算方法、矩陣鍵盤掃描原理和程序設計、LED數碼管顯示原理和程序設計；第七章單片機與A/D和D/A接口，內容有A/D和D/A轉換的原理、典型的8位A/D和D/A轉換器、單片機與A/D和D/A的接口及應用等，重點為單片機和A/D轉換器的接口設計和采樣程序設計、單片機和D/A轉換器的接口設計和采樣程序設計；第八章單片機串行通信，內容有RS232、SPI、I2C通信的基本原理、典型芯片、單片機接口和程序設計等，重點為串行通信程序的設計。

優化教學PPT設計。網絡教學的內容和原來教室教學一樣，但由于沒有實際的黑板，很多過程變化無法在黑板上展示，如計算過程或寄存器變化等，因此需要對原PPT進行細化和優化，把原來在黑板上展示的過程，做到PPT上并通過網絡授課方式向學生展示。同時需要考慮授課時的網絡環境，學生分布在全國各地，尤其正常上課時間全國高校都在網絡授課，網絡堵塞和延遲有時十分嚴重，應盡量減少PPT中的視頻和動畫，一些學生相對容易理解的教學內容盡量不做動畫或視頻，這樣在線直播時學生端的視頻畫面質量較好且實時效果好。

針對教學大綱中的課內實驗，采取課堂教學和學生自學相結合的方式進行。一方面認真分析實驗指導書，通過網絡教學向學生講解實驗的電路原理圖，帶領學生分析實驗程序設計方法、重點程序段的含義，使學生基本了解實驗原理和過程；另一方面利用PROTEUS軟件進行實驗設計和驗證，要求學生在家里自學PROTEUS軟件，掌握電路原理圖設計和仿真調試，設計實驗所用電路原理圖，然后進行程序設計和仿真調試，觀察輸出結果，驗證實驗的正確性。

4 課堂設計

網絡教學和教室的課堂教學有較大的區別，其中一個最大的區別是老師看不到學生，無法知道學生是不是在認真上課，無法通過學生的表情來判斷學生是否理解和掌握當前教學內容。因此必須在網絡教學過程中開展一些工作，促進學生學習，確保教學質量。

適當交流互動。針對教學內容和相關課程的知識點，在教學過程中適當增加提問次數，隨機點名學生回答。一方面可以確認學生當前是否在上網課，如果學生不在，作為曠課處理，扣除一定的出勤分數；另一方面可以使學生保持一種上課的狀態，不斷提醒學生正在上課，不能隨意離開計算機或手機屏幕。同時對回答問題正確的同學進行一定記錄，作為平時成績考核的重要組成部分，鼓勵學生認真上課。

認真做好網絡板書。微機原理中匯編指令、程序設計等內容進行講解時，需要在黑板或草稿紙上進行演示，這樣有利于學生理解和掌握。因此在線直播授課時要充分利用各種輸入方式和設備進行演示。本次授課過程采用手寫輸入板和PPT墨跡筆兩種方式進行單片機內部結構、指令執行過程、中斷執行過程等課程教學內容的演示，通過演示，使學生更容易理解和掌握教學內容。

5 課后輔導

課后的輔導答疑十分重要，網絡授課環境下要充分利用各種方式進行課后輔導。一方面利用QQ和微信等平臺，隨時和學生保持交流溝通，學生可以隨時留言問題，老師在線或事后答疑；另一方面和學生約定好每周集中在線答疑時間，利用騰訊會議、QQ、微信等平臺，統一和學生交流，尤其是一些程序設計問題，集中答疑輔導。同時每章教學內容結束后布置課后作業，學生完成后轉換成電子版，課程臨時聯絡人收齊后發送給任課教師，任課教師批改并記錄作為學生平時成績的一部分，同時匯總整理學生錯誤較多的習題，在集中在線答疑時間進行分析和講解。

針對重要知識點、學生作業錯誤較多的知識點、學生疑問多的難點，制作有針對性的課程小視頻。每個課程小視頻10頁左右的PPT，6-10分鐘時間，圍繞一個重要知識點或難點進行細致的講解，然后錄屏制作成小視頻，上傳到QQ群，供學生下載學習，這樣學生可以方便地在手機上隨時隨地學習這些重點和難點，促進學生的理解和掌握。本次網絡授課過程中一共制作了20個小視頻發送給學生隨身學習，促進了重要知識點的理解和掌握，學生學習效果良好。

6 課程考核

微機原理及接口技術是一門偏工程技術的課程，重點在于應用，通過學習，學生能利用課程的相關知識，設計開發簡單的基于單片機的測控系統，課程考核重點是知識點的理解掌握和應用。同時網絡監考也存在一定的難度，雖然學校制定了相關的制度和要求，但學生個體情況差異很大，嚴格執行學校網絡監考相關要求存在一定問題，因此本次課程考核采取開卷考試。

考試重點考查學生對相關知識點的理解和掌握，對知識點的應用能力，學生在教材上不能直接找到考試題目的答案，需要理解掌握相關知識點后才能回答正確，題型有填空、簡答、計算和程序設計等四類，其中填空題主要考查單個知識點的理解掌握，簡答題考查單片機結構、內部資源和接口的理解掌握，計算題考查尋址方式、匯編指令和外部擴展等方面知識點，程序設計考查A/D接口、程序設計和定時中斷等方面的知識點。

考試前2-3天把考試規章制度發到QQ群，提前告知學生，同時要求學生按規章制度做好考試準備工作，同時把答題紙電子版上傳QQ群，學生自行下載打印答題紙。考試當天提前1-3分鐘在QQ群上傳試卷電子版，學生下載后在是計算機上看題，答題紙上答題。考試過程中按監考要求，學生在攝像頭監控范圍內認真答題，可以翻閱上課PPT、筆記和教材，但不能上網搜索題目答案，無特殊原因不能隨意離開監控范圍。考試結束前5分鐘提醒學生，答題紙拍照后轉成PDF電子版答題紙，按學號+姓名的方式命名，發送到指定郵箱。考試結束后任課教師進郵箱下載答題紙并打印，在紙質版答題紙上進行試卷批改。

7 結束語

受疫情影響，2020年上半年高校都是網絡教學，這種全國甚至全世界高校大規模網絡教學的情況是有史以來第一次，如何利用網絡平臺開展課程教學、保證教學質量是一個值得探索和研究的課題。本文以微機原理及接口技術課程為例，針對網絡教學和課程的特點，從授課前、授課中、授課后等三個方面進行了網絡教學實踐，從課程考核結果看，學生對課程主要知識點和重點的掌握情況良好，和平時教室課堂教學效果差不多，達到了課程教學目標，總體情況良好。