基于在線教學(xué)平臺與虛擬仿真平臺相結(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：單片機(jī)原理與應(yīng)用是一門理工科專業(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)的問題，在教學(xué)過程中對線上教學(xué)模式進(jìn)行了積極的探索。將在線教學(xué)平臺與虛擬仿真平臺相結(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同步開展實(shí)驗(yàn)，這在很大程度上解決了學(xué)生課后無法進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)的困境，也為有效開展單片機(jī)線上教學(xué)提供了新的思路。

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

一、緒論

單片機(jī)原理與應(yīng)用作為一門理工科必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，需要學(xué)生進(jìn)行長期學(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)生在校期間開展一次，顯然不能很好滿足學(xué)生長期學(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

目前，線上開展單片機(jī)課程相對較少，大多數(shù)單片機(jī)課程仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)模式開展教學(xué)工作，其優(yōu)點(diǎn)無須贅言，但同時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)生對課程的學(xué)習(xí)會隨著課程結(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)生對課程內(nèi)容回看等需求，同時結(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)用也是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[2]。開展理論課教學(xué)，學(xué)習(xí)理論知識固然重要，但對單片機(jī)到底有沒有學(xué)懂弄通，還要看學(xué)生是否能夠獨(dú)立開展動手實(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)臺開展實(shí)物實(shí)驗(yàn)，由此可見，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程對硬件設(shè)備有很強(qiáng)的要求，學(xué)生課后開展實(shí)驗(yàn)，需自行購置硬件設(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，線上開展單片機(jī)課程學(xué)生不僅可以對實(shí)驗(yàn)過程回看，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，無須另行購買硬件設(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評價學(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，理論考試后判卷過程相對復(fù)雜，需要耗費(fèi)任課教師大量精力，同時人為判卷也更容易發(fā)生誤判，造成試卷修改、涂抹等問題;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，同時也能保證一旦出現(xiàn)個別選擇題參考答案錯誤的情況時，通過修正參考答案，能夠一步完成所有學(xué)生成績更正，如果出現(xiàn)個別同學(xué)大題所給分值有誤時，可重新查證后給分，操作過程簡單易行，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，線上開展單片機(jī)課程考核效率高、精確性高。

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

（一）在線教學(xué)平臺

通過在線教學(xué)平臺，可以完成創(chuàng)建課程、添加活動、上傳資源、布置作業(yè)、小測驗(yàn)等線上課程所需環(huán)節(jié)，學(xué)生可通過上傳的理論課、實(shí)驗(yàn)課視頻教學(xué)資源開展課程學(xué)習(xí)，完全可以滿足線上教學(xué)活動需要。為能夠正確評價學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果，在線教學(xué)平臺在課程學(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)致線上答題過程會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，通過調(diào)整傳統(tǒng)考試題型十分必要，可以將填空題改為單項選擇題，此舉可以有效提升學(xué)生答題速度，同時可以減小教師判卷工作量。

（二）單片機(jī)虛擬仿真平臺

1.虛擬仿真軟件

虛擬仿真軟件是一家英國公司開發(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，該軟件受到了許多單片機(jī)愛好者及從事單片機(jī)教學(xué)教師的青睞。

在具體開展實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的過程中，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，如圖1所示為數(shù)碼管動態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)原理圖。

2.程序編寫軟件

程序編寫軟件采用的是一家美國公司開發(fā)的兼容51系列單片機(jī)的C語言程序編寫軟件，提供了包含C編譯器、鏈接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的51單片機(jī)開發(fā)方案，這些功能通過一個集成開發(fā)環(huán)境組合在一起，與匯編語言相比，C語言在功能、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性等方面有明顯的優(yōu)勢[3]，因此在實(shí)驗(yàn)課程中采用C語言程序編寫軟件完成實(shí)驗(yàn)程序編寫。

3.虛擬仿真軟件+程序編寫軟件

將用C語言程序編寫軟件編寫好的數(shù)碼管動態(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，若程序編寫正確，則能夠觀察到如圖2所示的數(shù)碼管動態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（三）虛擬仿真平臺與在線教學(xué)平臺相結(jié)合

虛擬仿真平臺與在線教學(xué)平臺相結(jié)合能夠很好地完成單片機(jī)課程內(nèi)容，通過在線教學(xué)平臺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，通過虛擬仿真平臺可以完成單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程線下的相關(guān)內(nèi)容。此外，虛擬仿真平臺中虛擬仿真軟件及C語言程序編寫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)生能夠隨時隨地開展單片機(jī)原理與應(yīng)用學(xué)習(xí)，提高單片機(jī)應(yīng)用能力和動手實(shí)踐能力。

四、結(jié)語

本文深入分析了單片機(jī)線上教學(xué)模式的優(yōu)勢與特點(diǎn)，對單片機(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)平臺與虛擬仿真平臺相結(jié)合，在線開展單片機(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同步開展實(shí)驗(yàn)，這在很大程度上解決了學(xué)生課后無法開展線下實(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)計和實(shí)現(xiàn)[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

基金項目：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：18yb-38）研究成果

作者簡介：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)動態(tài)特性及同步控制。