基于在線教學(xué)平臺(tái)與虛擬仿真平臺(tái)相結(jié)合的單片機(jī)線上教學(xué)模式探索

劉敏莊 謝永輝劉巖 宮志強(qiáng) 代也 劉丹

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用是一門(mén)理工科專業(yè)必修的基礎(chǔ)課，為彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式不可重復(fù)的問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)線上教學(xué)模式進(jìn)行了積極的探索。將在線教學(xué)平臺(tái)與虛擬仿真平臺(tái)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)在線單片機(jī)理論教學(xué)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及課程考核，學(xué)生也可以在PC端安裝虛擬仿真平臺(tái)同步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，這在很大程度上解決了學(xué)生課后無(wú)法進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)的困境，也為有效開(kāi)展單片機(jī)線上教學(xué)提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：在線教學(xué)平臺(tái);虛擬仿真平臺(tái);單片機(jī);線上教學(xué)模式

一、緒論

單片機(jī)原理與應(yīng)用作為一門(mén)理工科必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，需要學(xué)生進(jìn)行長(zhǎng)期學(xué)習(xí)才能真正掌握，傳統(tǒng)教學(xué)模式采用的是線下面授的教學(xué)方式和集中筆試的課程考核方式，這種模式只能在學(xué)生在校期間開(kāi)展一次，顯然不能很好滿足學(xué)生長(zhǎng)期學(xué)習(xí)的需要。因此，探索單片機(jī)線上教學(xué)模式十分必要，本文將結(jié)合單片機(jī)課程自身教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)線上單片機(jī)課程的教學(xué)模式進(jìn)行探索，為線上高質(zhì)量開(kāi)展單片機(jī)課程教學(xué)提供新思路。

二、線上單片機(jī)課程教學(xué)模式的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

目前，線上開(kāi)展單片機(jī)課程相對(duì)較少，大多數(shù)單片機(jī)課程仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)工作，其優(yōu)點(diǎn)無(wú)須贅言，但同時(shí)其也存在很大的局限性，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比較，線上單片機(jī)教學(xué)模式的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三方面：

（一）線上單片機(jī)課程教學(xué)可重復(fù)性強(qiáng)

單片機(jī)原理與應(yīng)用是一門(mén)理論性很強(qiáng)的課程[1]，其理論教學(xué)模式一般采用傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行，也即課堂集中面授，但此種教學(xué)模式下學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)會(huì)隨著課程結(jié)束而結(jié)束，課程本身不可重復(fù)，學(xué)生復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)只能憑借回憶和筆記進(jìn)行，不利于學(xué)生學(xué)習(xí);相比之下，線上單片機(jī)課程教學(xué)具有可重復(fù)性，能夠滿足學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容回看等需求，同時(shí)結(jié)合筆記能夠大大提升課程學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)的效率和效果，這種模式能夠很好滿足學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程需求。

（二）線上單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)靈活、可操作性強(qiáng)

除了理論性很強(qiáng)之外，單片機(jī)原理與應(yīng)用也是一門(mén)工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[2]。開(kāi)展理論課教學(xué)，學(xué)習(xí)理論知識(shí)固然重要，但對(duì)單片機(jī)到底有沒(méi)有學(xué)懂弄通，還要看學(xué)生是否能夠獨(dú)立開(kāi)展動(dòng)手實(shí)踐。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課同傳統(tǒng)理論授課模式一樣，一般采用學(xué)生集中分組到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的方式，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般為上機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和連接單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展實(shí)物實(shí)驗(yàn)，由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程對(duì)硬件設(shè)備有很強(qiáng)的要求，學(xué)生課后開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，需自行購(gòu)置硬件設(shè)備，這必然導(dǎo)致學(xué)習(xí)成本增加，不利于學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí);相比之下，線上開(kāi)展單片機(jī)課程學(xué)生不僅可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程回看，還可以充分利用單片機(jī)虛擬仿真軟件完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無(wú)須另行購(gòu)買硬件設(shè)備。因此，線上單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加靈活，且具有很強(qiáng)的可操作性。

（三）線上單片機(jī)課程考核效率高、精確性高

無(wú)論單片機(jī)課程的理論教學(xué)部分還是實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分，最終都必須由考核來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。傳統(tǒng)課程理論考核采用集中筆試的方式進(jìn)行，理論考試后判卷過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要耗費(fèi)任課教師大量精力，同時(shí)人為判卷也更容易發(fā)生誤判，造成試卷修改、涂抹等問(wèn)題;相比之下，線上單片機(jī)課程考核方式既能夠減少教師的工作量，同時(shí)也能保證一旦出現(xiàn)個(gè)別選擇題參考答案錯(cuò)誤的情況時(shí)，通過(guò)修正參考答案，能夠一步完成所有學(xué)生成績(jī)更正，如果出現(xiàn)個(gè)別同學(xué)大題所給分值有誤時(shí)，可重新查證后給分，操作過(guò)程簡(jiǎn)單易行，能夠在很大程度上避免傳統(tǒng)單片機(jī)課程考核存在的缺點(diǎn)。因此，線上開(kāi)展單片機(jī)課程考核效率高、精確性高。

三、在線教學(xué)平臺(tái)結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)線上教學(xué)模式探索

（一）在線教學(xué)平臺(tái)

通過(guò)在線教學(xué)平臺(tái)，可以完成創(chuàng)建課程、添加活動(dòng)、上傳資源、布置作業(yè)、小測(cè)驗(yàn)等線上課程所需環(huán)節(jié)，學(xué)生可通過(guò)上傳的理論課、實(shí)驗(yàn)課視頻教學(xué)資源開(kāi)展課程學(xué)習(xí)，完全可以滿足線上教學(xué)活動(dòng)需要。為能夠正確評(píng)價(jià)學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果，在線教學(xué)平臺(tái)在課程學(xué)習(xí)完成之后提供了在線課程考核。以往線下考試題型一般為：填空、判斷、簡(jiǎn)答，考慮到線上考試易受網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、硬件設(shè)備故障等多種因素影響，導(dǎo)致線上答題過(guò)程會(huì)存在一些不確定情況，因此，為保證線上考試能夠順利進(jìn)行，在不改變題量的情況下，通過(guò)調(diào)整傳統(tǒng)考試題型十分必要，可以將填空題改為單項(xiàng)選擇題，此舉可以有效提升學(xué)生答題速度，同時(shí)可以減小教師判卷工作量。

（二）單片機(jī)虛擬仿真平臺(tái)

1.虛擬仿真軟件

虛擬仿真軟件是一家英國(guó)公司開(kāi)發(fā)的EDA工具軟件，它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，可以實(shí)現(xiàn)從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真。在編譯方面，它支持多種程序編譯器，選擇范圍較寬。基于以上優(yōu)勢(shì)，該軟件受到了許多單片機(jī)愛(ài)好者及從事單片機(jī)教學(xué)教師的青睞。

在具體開(kāi)展實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的過(guò)程中，利用虛擬仿真軟件完成了各實(shí)驗(yàn)電路的原理圖設(shè)計(jì)，如圖1所示為數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)原理圖。

2.程序編寫(xiě)軟件

程序編寫(xiě)軟件采用的是一家美國(guó)公司開(kāi)發(fā)的兼容51系列單片機(jī)的C語(yǔ)言程序編寫(xiě)軟件，提供了包含C編譯器、鏈接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的51單片機(jī)開(kāi)發(fā)方案，這些功能通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境組合在一起，與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)[3]，因此在實(shí)驗(yàn)課程中采用C語(yǔ)言程序編寫(xiě)軟件完成實(shí)驗(yàn)程序編寫(xiě)。

3.虛擬仿真軟件+程序編寫(xiě)軟件

將用C語(yǔ)言程序編寫(xiě)軟件編寫(xiě)好的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)程序編譯生成.hex可執(zhí)行文件，下載到相應(yīng)原理圖所包含的單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行，若程序編寫(xiě)正確，則能夠觀察到如圖2所示的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（三）虛擬仿真平臺(tái)與在線教學(xué)平臺(tái)相結(jié)合

虛擬仿真平臺(tái)與在線教學(xué)平臺(tái)相結(jié)合能夠很好地完成單片機(jī)課程內(nèi)容，通過(guò)在線教學(xué)平臺(tái)可以將已錄制好的單片機(jī)原理與應(yīng)用理論課、實(shí)驗(yàn)課課程教學(xué)內(nèi)容發(fā)布給學(xué)生，通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)可以完成單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程線下的相關(guān)內(nèi)容。此外，虛擬仿真平臺(tái)中虛擬仿真軟件及C語(yǔ)言程序編寫(xiě)軟件安裝包可作為課程學(xué)習(xí)資料提供給學(xué)生，保證學(xué)生能夠隨時(shí)隨地開(kāi)展單片機(jī)原理與應(yīng)用學(xué)習(xí)，提高單片機(jī)應(yīng)用能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

四、結(jié)語(yǔ)

本文深入分析了單片機(jī)線上教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，對(duì)單片機(jī)課程的線上教學(xué)模式進(jìn)行了積極探索，將在線教學(xué)平臺(tái)與虛擬仿真平臺(tái)相結(jié)合，在線開(kāi)展單片機(jī)理論教學(xué)及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也可以在PC端安裝虛擬仿真平臺(tái)同步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，這在很大程度上解決了學(xué)生課后無(wú)法開(kāi)展線下實(shí)驗(yàn)的困境，保質(zhì)保量完成了課程教學(xué)任務(wù)，為有效開(kāi)展單片機(jī)線上教學(xué)提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫如春，王祖麟，吳銀風(fēng).《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革探討[J].中國(guó)科技信息，2006（10）：260-261.

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[3]俞凡.基于單片機(jī)的廠區(qū)智能循跡滅火車模型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

基金項(xiàng)目：本文系2018年河北中醫(yī)學(xué)院教育科學(xué)研究課題-基于翻轉(zhuǎn)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)輕度混合的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)探索與實(shí)踐（編號(hào)：18yb-38）研究成果

作者簡(jiǎn)介：劉敏莊（1990— ），男，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，講師，河北中醫(yī)學(xué)院中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，主要研究方向?yàn)橹悄苡布⒔逃虒W(xué)改革和電子系統(tǒng)故障診斷及圖像處理等。

*通訊作者：劉丹（1986— ），女，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，講師，河北中醫(yī)學(xué)院中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，主要研究方向?yàn)橹悄苡布⒔逃虒W(xué)改革和神經(jīng)元系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及同步控制。