單片機課程線上教學模式探索

魏建崇 曹彥 張禹 余運龍

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

關鍵詞：單片機;教學模式;線上教學

中圖分類號：TP368.2

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

1?單片機課程線上教學存在的挑戰

1.1?師生互動不足

相比于傳統的線下教學，線上教學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的痛點。單片機課程在線上教學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，學生有問題也無法及時提出，導致老師不能全面地了解每位學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開發板進行現場演示，導致教學效果不佳。

1.2?實踐環節難以展開

作為一門理論與實踐緊密結合的課程[3]，通常會有專門的實驗室開展單片機實驗課教學，學生在單片機實驗箱上完成實踐操作。然而，這類實驗實訓環節在線上教學中很難開展，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，另一方面，線上實驗課程的授課過程中，由于網絡延遲、信息傳輸方式等因素的限制，教師無法有效地組織教學過程和實時掌握學生的實驗情況[4]。

1.3?網絡教學資源與課程不匹配

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

2?單片機課程線上教學模式探索

2.1?課前在線預習

在單片機課程的線上教學中，可以在中國大學MOOC上挑選與教學大綱相近的課程作為學生的課前預習材料，由授課老師篩選出其中的部分章節視頻，提前一周發給學生，配合課程PPT和電子書等學習資源組織學生完成課前預習任務。同時，可以預留幾個與預習內容相關的問題供學生在預習階段思考，引導學生采用問題導向式的學習方法提高預習效率。最后，通過課前提問的方式檢查學生課前預習的情況。例如，在“中斷系統”章節的課程預習中，設置“什么是中斷？”“單片機中斷系統的作用？”等問題，讓學生帶著問題進行預習，使預習過程更有針對性。

2.2課上直播教學

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生進行互動，授課效果較差，因此選擇騰訊會議軟件進行直播教學。老師可以通過預定周期性會議來設置課程時間，上傳相關課程資料，學生通過會議邀請鏈接進入會議室在線聽課。在直播教學過程中，老師通過共享屏幕的方式進行PPT演示和講解，利用Wacom數位板書寫電子板書，通過Proteus仿真軟件進行實驗演示，使教學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，學生可以根據自身需求回看課程錄制視頻。

2.3虛擬仿真實驗教學

Proteus軟件是一款優秀的EDA工具軟件，特別適合對單片機應用系統進行軟硬件協同設計與仿真[5，?6]，因此，在單片機實驗課的線上教學中可以利用Proteus仿真軟件進行虛擬仿真實驗教學。首先，學生根據實驗的要求，在Proteus上搭建和測試硬件電路;接著，利用Keil軟件進行程序設計，通過與Proteus聯調的方式完成系統的軟硬件調試;最后，要求學生錄制一段演示視頻介紹實驗完成情況。在實驗結束后，老師根據最終的實驗完成度評分，挑選部分學生作品進行展示，并總結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，可以解決學生聽課過程中遇到的問題。學生以班級為單位建立班級討論群，并以3～5個學生為單位各自建立小組討論群，學生先在小組群中自行討論，并將問題整理好，最后在班級群中進行集中討論。這樣的群討論方式使學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的問題得到了統一解決，極大地提高了答疑的效率。同時，由于線上討論的匿名性，許多較為靦腆的學生也敢于踴躍提問并參與到討論中來，這極大地提高了學生參與線上群互動的積極性。

3?單片機課程線上考核與評價

3.1?線上考核形式

單片機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放給學生，由學生先將答題卡打印好，并預先組織學生進行考試設備測試。在正式開考前10分鐘，老師將電子版試卷群發給學生，學生收到試卷后即可在預先打印好的答題卡中作答。考試過程中，利用騰訊會議軟件進行在線監考，要求學生必須開啟攝像頭，并對考試過程全程錄屏存檔。考試結束后，要求考生必須在15分鐘內將將答題卡掃描成電子版發送到指定郵箱完成考試。

單片機實驗課程的線上考試形式與理論課類似。實驗設計的考題共5題，考查內容覆蓋教學大綱的所有核心知識點，如表1所示，要求學生隨機抽取其中一道題目完成系統的軟硬件設計。考試過程中，學生根據題目的要求先在Proteus仿真軟件上完成硬件電路設計，在Keil軟件上完成程序設計，軟硬件設計調試完畢后，考生在答題紙上填寫部分關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。考試結束后，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生對知識的掌握程度和運用能力，還要考慮學生的學習態度與積極性。因此，單片機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、課堂表現和作業構成，具體的比例分配如圖?1所示，課堂表現的成績主要根據學生上課過程中的發言情況和課后微信群答疑的積極性。實驗課程更注重學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，平時分的成績主要根據學生每一次實驗設計的完成情況，由于平時分比例較大，有利于提高學生對實驗課的參與度，驅動學生在每一次實驗中努力完成實驗要求。

4單片機課程線上教學案例分析

本文以問卷調查的方式對2020年新冠疫情期間單片機課程的線上教學案例進行分析，從課堂教學形式和課堂教學效果這兩個方面對該線上教學模式進行評價，總共發放問卷105份，回收有效問卷103份，有效問卷回收率達到98%以上，具體調查結果見表2和表3。

由表2可知，在課堂教學形式上，大部分學生能較好地適應直播課堂的教學形式（72.9%），認為線上聽課過程中一般不會受軟硬件設備的不穩定性和外界環境等不確定因素的影響（80.9%），在單片機實驗課程的學習上，普遍認為利用Proteus仿真軟件進行實驗設計和驗證較為方便（65.5%），課程結束后，絕大部分同學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，該線上教學模式在課堂教學效果上，學生聽課專注度（70.3%）和直播課堂參與度（69.5%）較好，課堂氣氛較為活躍（67.1%），大部分學生能夠通過課前預習和課后討論提高學習效果（67.6%），且對課程知識掌握程度較好（65.0%）。綜上所述，學生普遍能較好地適應該線上教學模式，通過課前、課中、課后三段式在線學習，掌握好單片機應用技術課程知識。

5?結語

由于單片機課程的實踐性較強，開展線上授課存在著諸多挑戰。因此，本文基于單片機課程提出了課前、課中、課后三段式線上教學模式。課前利用大學MOOC組織學生在線預習，課中利用騰訊會議和Proteus仿真軟件進行線上直播授課，課后分小組通過微信群進行互動答疑。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生的學習成果進行評價。最后，對實際的線上教學案例進行分析，結果表明該線上教學模式具有課堂教學形式易接受，教學效果良好等優點。

參考文獻：

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

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

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

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

[5] 周茂霞，?白成杰.?基于Proteus的單片機虛擬仿真網絡實驗室建設及使用?[J].?中國教育技術裝備，?2019，?（16）：?18-19+25.

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

基金項目：

1.?2020年福建江夏學院校級教改項目，“新工科背景下應用型本科電子信息工程專業項目式教學改革——以單片機類課程為例”，J2020C009;2.2020年福建省本科高校教育教學改革研究課題，“新工科背景下應用型本科高校“三創”教育實踐教學體系改革探索”，FBJG20200100;3.2019年福建省十三五教育科學規劃課題，“新工科背景下應用型本科電子信息類工程教育新模式探究”，FJJKCGZ19-097

作者簡介：曹彥（1990—??），女，河南新鄉人，碩士研究生，講師，福建江夏學院金融學院，研究方向為大數據分析;張禹（1982—?），男，福建福州人，博士研究生，副教授，福建江夏學院電子信息科學學院，研究方向為半導體薄膜器件;余運龍（1978—?），男，福建福州人，博士研究生，教授，福建江夏學院電子信息科學學院，研究方向為光學傳感器。

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