機械類專業《單片機原理及應用》線上線下混合式教學研究

摘 要 針對機械類專業學生學習單片機知識困難、學習效果不理想等問題，提出以實踐能力提高為主線、培養實際應用能力為目標，解決實際問題為需要的線上線下混合教學模式設計，變被動學習為主動學習，從盲目學習到有目的、有針對性學習，進而提高機械類專業單片機原理及應用課程的教學質量。

關鍵詞 單片機;實踐教學;教學質量;混合式教學模式

引言

單片機原理及應用課程作為機械類專業（機械設計制造及自動化、機械電子工程專業）重要的專業基礎課之一，是一門結合電子、計算機等技術的應用性很強的課程，也是后續“數控”類課程和畢業設計的重要基礎。

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

1課程設置對單片機學習的影響

機械類專業的學生在學習單片機課程的時候會因為入門難而喪失信心，究其原因，與機械類專業的基礎課程設置有很大的關系。

1.1 理論學時短

我校以及一些高等院校的機械類專業在單片機原理及應用的理論教學中，學時數安排為短學時，而我校機械類專業的單片機理論學時只有16學時，且一直以來總是以單片機的內部硬件結構為主線，首先講解單片機的硬件結構，其次講授單片機的指令系統，軟件編程，然后講授單片機系統的擴展以及各種外圍器件的應用，最后再講一些應用實例。在16學時的基本理論授課過程中，只能給同學講授最基本的單片機知識，這樣大多數學生會感到本門課程枯燥難學，甚至會有很多同學直到本門課程結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寫程序沒有思路，對單片機的開發過程不清楚，于是就有很多學生都會感嘆：單片機太難學了！

1.2 電學基礎知識薄弱

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

1.3 匯編指令難以理解

現在機械類專業學生對計算機語言的學習，主要通過三門課程來完成：大學計算機文化基礎，VB，C語言。而在三門課程的教學過程中教師一般不會對數制、碼制、內存、寄存器、總線、8位、32位機等概念進行深入的介紹，一般課程結束后，大多學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，學生聽起單片機課程來就會產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，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 實踐教學環節

學生在做實驗時都是使用指導書上現成的資料，編譯現成的程序，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，不可能每個同學都能得到老師的輔導，加上實驗課通常是以兩學時為單元進行教學安排，而實驗儀器的準備、清理又要占用一部分時間，有些好學的同學剛搞清楚程序的思路，興趣剛起，時間卻到了，學生只得草草收工。

2線上線下混合式教學方法設計

我們進行機械類專業單片機原理教改研究的目的是激發學生學習興趣，幫助學生入門，使其具備進一步深入學習的能力，為后續“數控”類課程和畢業設計打好基礎。通過對機械專業學生學習單片機困難等原因分析，任課教師要根據單片機課程的特點，突出重點，注重難點，不斷地改進教學方法，豐富教學手段，努力提高教學質量。

（1）理論教學：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，在課堂上利用Proteus仿真軟件實現簡單的流水燈控制過程，使學生對單片機的硬件結構、軟件調試等有感性的認知。再以案例教學為主，根據所選案例的實際需要先簡略介紹，再利用案例引導學生實驗。由于教學課時有限，教師上課主要對所布置的案例進行引導、答疑，案例的完成大部分要靠學生在課外完成，使學生變被動學習為主動學習，讓學生自覺補習過去掌握不牢的知識和自學以前沒有接觸到的內容，通過教學活動的實踐發現，該教學方法的改革大大提高了學生的學習主動性，很好地促進了學生積極思考，激發了學生的學習潛能。

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

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

（2）實踐教學：根據學生的學習能力和興趣方向，引導學生積極參與小型單片機項目的開發。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、分工協作、設計調試等一系列開發環節。

線上教學部分，要求學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計中繪制應用電路原理圖打下良好的基礎。指導教師講解項目目標，學生提出至少2種以上設計方案，對比分析，選擇1種可行方案后進行仿真硬件電路設計，仿真通過后，方可在現有實驗設備上完成硬件連接和軟件調試，也可在自行購買的面包板上實現硬件系統連接和編寫系統程序。整個項目實現過程完全由學生設計和完成，教師只負責引導學生分析問題、解決問題。項目的最終完成，通過線上答辯等形式已經鍛煉學生成為一個產品或者小系統的設計者，很好地培養了學生的工程素養，使學生開始學會思考，慢慢進入學習狀態。

（3）多媒體課件、微課輔助教學。充分采用多媒體、微課等教學手段，提高學生對單片機匯編指令的理解程度。由于機械類學生以前還沒有接觸到低級語言的匯編指令，因此很難理解。對于這部分教學內容，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，把復雜的匯編指令形象化，這樣學生就很容易理解。課外輔助教學部分，通過“CG”平臺把單片機原理、指令系統等難學難懂的內容制成生動形象，通俗易懂的微課件，使得學生除了上課時間外，也可以在課余時間，反復多次學習。

（4）過程化考核教學：取消“一考定成績”的考核方式，增設階段性考試，任課教師通過階段性考核可以對教學效果及時了解，及時發現“學困生”，通過與輔導員互動、課堂關注、結對子幫扶、點對點答疑等一系列手段幫助“學困生”完成課程學習。

依托“CG” 平臺輔助教學過程管理，根據知識點建立課程題庫，學生在線完成階段考試，并在提交后自動完成評判。通過該教學平臺積累的成績信息及操作數據，任課教師可以及時發現學生對知識點的掌握情況，做到有問題及時處理、及時改進，實現基于數據的學習狀態預警，為開展個性化教學奠定基礎。

考核成績構成：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%

以上是我根據我校機械類專業單片機教學、實驗情況，結合多年的教學經驗談幾點對于單片機教學的一些粗淺看法。水平有限，不妥之處望同行專家批評指正。

3結束語

單片機原理與應用課程在培養學生的創新意識、分析和解決實際問題的能力以及工程實踐應用能力方面，發揮著積極的作用。這就要求教師跟緊單片機的發展潮流，不斷地調整教學內容，改進教學方法，豐富教學手段，加強單片的實踐環節，采取多種途徑，提高教學質量，培養學生的創新能力，實現教與學的合一[2]。筆者在機械類專業的單片機原理與應用課程的教學實踐中，通過與學生的配合，不斷地摸索與嘗試線上線下混合式教學模式，取得了較好的教學效果。

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模式改革探索與應用[J].淮南師范學院學報，2019，1（1）：132-136.

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

作者簡介

毛艷娥（1971-），女，遼寧省沈陽市人;學歷：博士，職稱：副教授，現就職單位：沈陽航空航天大學計算機學院，研究方向：智能控制理論與應用、嵌入式系統等方面。