“网课+讨论+项目实践”的教学模式研究

摘  要：针对目前高校课程教学，内容陈旧，形式传统，与工作实际应用的脱节等问题，以单片机教学为例，提出一种将网课与线下讨论和项目实践形式相结合的新的教学模式。学生自主上网学习，设置有效的管理考核机制;线下以实践驱动教学进度，讨论和问题解决为主要教学方式，旨在培养能力为目标。经过调查及试点实践证明，这种教学模式极大调动了学生的主观能动性，可以进一步扩展到其他课程及专业。

关键词：网课;项目实践;教学模式;讨论

中图分类号：TP39;G434               文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）16-0196-03

Research on Teaching Mode of “Online Class + Discussion + Project Practice”

—Take the Teaching of Single-Chip Microcomputer Course as an Example

ZHOU Fengxiang

（The College of Post and Telecommunication of WIT， Wuhan  430073， China）

Abstract： Aiming at the problems of outdated content， traditional form and disconnection from practical application of course teaching in Colleges and universities，  taking the single-chip microcomputer teaching as an example， this paper puts forward a new teaching mode which combines the online course with the offline discussion and project practice. Students study independently on the internet and set up an effective management and assessment mechanism; practice driven teaching progress， discussion and problem solving are the main teaching methods offline， aiming at cultivating ability. Through investigation and pilot practice， it is proved that this teaching mode has greatly mobilized students' subjective initiative and can be further extended to other courses and majors.

Keywords： online class; project practice; teaching mode; discussion

0  引  言

單片机对于电气工程和自动化的学生来说是一门非常重要的专业课，高校对于单片机的课程设置包括单片机理论课，单片机实验和单片机课程设计，除此之外毕业设计及其他很多实践环节中都会涉及单片机。而现状是怎么讲好单片机课程是困扰许多教师的一个难题[1]。当前传统的填鸭式教学授课方式，依然是高校教学的主要模式，此方式无法将理论教学和实验教学很好地结合起来[2]。在单片机教学过程中，由于所选用的单片机依然是老旧的51系列，学生在单片机理论教学中，缺乏实践经验的支撑，对于复杂、深奥的单片机工作运行原理和内部结构难于理解，很快就感觉无法继续被动接收，因而没了学习兴趣;这也导致了，在上单片机的实践课程中[3]，因为对单片机运行的基本原理和应用系统设计没有深入理解和探索，只能敷衍了事;但在实际的工作中，又会发现企业所用到的单片机已经是类似于STM32等较新的型号了。网络课堂是疫情以来发展出的新授课方式，这种授课方式促进了教学改革的发展，但同时也暴露出了相关问题，相对于面对面的课堂，网络课没法直接接触到学生，课堂管理师一大难题，授课时无法保证学生对内容的有效接收[4]。因此，对于高校单片机教学的改革迫在眉睫。

1  改革方案

“网课++讨论+项目实践”的教学模式主要分为理论教学和实践教学两方面，理论教学采用线上网课学习完成作业，线下讨论，学生自主讲授，老师引导和提出问题解决问题，理论课的内容应采用STM32或K60等较新的单片机型号为主，而将传统的51单片机的相关内容作为了解内容;实践教学采用实际的企业项目作为导向，在单片机实验中可采用较为小型的单片机项目为实例，对于课程设计或毕业设计类实践，可采用较为中大型的单片机项目为实例，所选取的实例必须是企业正在做的项目[5]。在此过程中，应将理论教学和实践教学紧密结合起来，而不是脱节割裂状态，必要时可以采取“理论—实践—再理论—再实践”的循环交互方式来达成教学效果。教学改革方案如图1所示。

2  网课+线下讨论

根据近年来高校应用技术型大学转型的定位要求和学生的实际学习情况分析，把课程的“三位为一体”的教学目标，定位为“懂原理，会实践，能应用”，对教学内容精简处理，将理论教学方案实施进行重新整合设计，分成“网上自学、线下讨论、课后实践”三个阶段。

2.1  网上听课

学生通过课前导学视频和学校线上授课平台对单片机的内部结构功能、和外部设备工作原理进行自学[6]，带着提前设置的课前问题及相关讨论预习内容，学习硬件各部分的连接，老师可以根据课前预习时，学生的答题情况和线上讨论，决定线下课堂重点讨论什么内容。例如：单片机与外部设备连接的方法，学生通过网上学习要求掌握：（1）单片机的工作过程;（2）外部设备的数据方式，通信模式;（3）两者连接的电路结构;（4）单片机与外设通信的握手过程。老师可根据课前习题统计及线上讨论知道哪些问题是学生感觉困难的[5]。将掌握困难的地方作为线下讨论的重点内容。网上自学的时间学生可以灵活支配，老师可设置一个固定的时间段。网课系统界面如图2所示。

2.2  线下讨论

由于一部分教学内容移到了网上，在线下讨论中，需要通过学生讨论，进一步了解学生掌握的情况，老师针对课程中的难点，重点进行梳理，学生可针对自己学习中遇到的问题提出问题，师生一起讨论问题，最后由学生分组做归纳总结，老师针对同学的归纳总结，再进行补充，纠正或调整。讨论完原理后，根据企业项目，作为实例单片机编程针对二极管的不同方式的点亮，再分小组进行讨论实践，根据示例进行程序的改编，提升相应的功能，按照实验效果和程序代码进行互评，最终，由老师进行点评和串讲[6]。学生为主体的网上学习和线下自己讨论梳理总结后，对知识点有了较为深入的体验，课堂气氛应该会比传统课堂活跃，不再是沉闷的“填鸭式”教学，教学时间也会缩短很多。

2.3  课后实践

课后提供丰富的仿真资源，仿真资源按照基础原理性、综合性和创新性进行区分，学生根据自身情况，选做易、中、难的案例，可以小组为单位，学生相互交流，作业进行在线提交，也可以自选命题，小组制作[3]。一方面，上传作业中的优秀者会在下一节课中展示出来，调动学生的学习积极性。另一方面，此环节也作为实践教学的热身。

课后实践的案例如采用单片机同时点亮多个二极管：P1口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使八只发光二极管同时闪烁。P1口为准双向口，P1口的每一位都能独立的定义为输入位或输出位。作为输入为时，必须向锁存器相应位写入“1”，该位才能作为输入。8051中所有口锁存器在复位时均置为“1”，如果后来在口锁存器写过“0”，在需要时应写入一个“1”，使它成为一个输入。作为输出口时，可以直接输出。延时程序：常用两种方法实现。一是用定时器中断来实现，一是用指令循环来实现。本实验用后种方法。如图3所示。

3  项目实践

在实践教学中，若学生非常清晰地知道自己所做的这个部分，在实际中是怎么发挥作用的，不仅对专业知识的认识有了更深的印象，而且也会激发学生的强大动力。因此在单片机的实验和课程设计等实践环节中，应当引入企业的实际项目作为驱动。设置与不同的知识点密切结合的小型项目实例，作为实验的内容。设置较为综合的单片机项目实例，引入最新的人工智能项目实例作为课程设计及毕业设计环节的内容，是这一改革重要环节。让学生边学边做，边做边学。在设计实践过程中，逐步加强对单片机原理的理解程度。在对单片机原理的理解逐步提升的过程中，逐步加强对单片机应用系统设计的能力。项目实践的3个实际例子如以下所示：

项目1：基于STM32的智能水杯设计，通过开发STM32芯片主板，外部连接血氧心率传感模块、压力采集AD转换模块、OLED显示模块、DS18B20测温模块、蓝牙音箱模块，充电宝电池组。后将各模块合理的分布并连接在杯子的各个部位，把开发好的软件代码烧录进芯片，使其有机的工作。该智能水杯上电运行初始化后，进行各项数据采集，采集得到的数据经过单片机STM32的处理转换，送OLED显示。若希望测心率、血氧，则开启中断进行测量并显示。可通过手机蓝牙与音乐功放模块连接播放音乐。以单片机STM32为核心，功能模块主要包括测温模块，蓝牙音响模块，压力传感模块，显示模块，心率血氧模块。

项目2：基于STM32的办公智能小助手，以STM32单片机为核心，以语音模块与开发板的协调控制为主，MQTT协议下的信息传输为辅的智能语音助手。语音模块有双层指令，第一层为识别指令，第二层为控制指令。一定程度上防止了识别错誤的发生，当用户发出第一层识别指令，语音模块进入待定工作状态，用户发出第二层指令时，语音模块识别出对应的语音来控制相应引脚高低电平的输出，每一个引脚同时对应了相应模块的程序，从而达到控制各个模块的效果，做到了即改即用的效果。基于LWIP的湿度信息实时上传，使用的方法MQTT+JSON，是目前最优方案。协议简洁清晰、易于阅读、解析和生成等，也考虑了设备端的开发成本。

项目3：基于K60的智能小车设计，单片机采用K60控制整个系统，电磁传感模块主要功能是使用工字电感和电容的并联电路作为传感探头，运用电磁感应的原理采集由电磁轨道生成的电磁场，并得到模拟信号，再有A/D转换将所得信号以数字信号的方式传输给单片机。

使用LM1084-5和AMS1117-3V3作为降压芯片，使系统可以通过单一电源同时得到8 V、5 V和3.3 V的不同电压。动力模块的舵机采用SD-5舵机，该舵机具有高频率时反应快，塑胶齿轮的轻量化设计;电机驱动模块采用2块BTN7971B半桥芯片构建H桥电机驱动电路电机使用RS540高扭力、高转速、大功率电机提供动力输出。部分项目图片如图4所示。

4  结  论

单片机课程具备“软硬结合”的特点，其学习进度与其前期课程如微机原理及其接口技术、C语言等有很强的关联性。由于前期学生编程基础差异较大，传统课堂教学中，不同学生对于同一案例的理解程度与学习进度各不相同。线上资源的引入可有效缓解这一问题，学生可根据自身情况，利用在线视频进行课前预习与课后复习，从而更有利于线下课堂教学活动的整体推进。

以企业实践项目为资源，对单片机类课程的教学内容进行改革，实现教学内容与前沿科技的结合，使教学内容更加有活力，将理论教学与实践项目更加紧密的结合，使两者真正融合在一起。并通过项目驱动、线下讨论的教学模式，促使学生带着目标去学习，主动地去设计，主动地去做项目，而不是被动的接收，更好的发挥学生的主观能动性，使学生具有项目经验的积累，并具有一定的创造性。为学生接触公司实际项目奠定了基础。该改革方法，破除传统的陈旧的教学内容，引入实践产品、项目驱动教学，教学内容与时代结合密切。开启线上教学和线下教学的完美配合，充分调动了学生的主观能动性。以项目驱动教学，培养学生的工程应用能力，创新能力，不仅能够达到人才培养的目标，还能让学生积累到一定的实际项目经验，为毕业后的实际工作打下基础。从人才培养角度来说，使学生更多地接触实际工程应用，积累项目经验，从而在毕业后能更好地适应企业对技术人员的要求。也使教学内容变得生动活泼起来，使老师脱离局限，与最新技术结合得更加紧密，开阔了视野，更加懂得在教学中如何引导学生。运用企业产品项目资源使得师生都受益。这种教学改革模式，还可以发散推广至电类专业的其他课程，其他环节中。

参考文献：

[1] 刘霄，潘庆先，孙红霞.单片机原理及应用课程中的多元化教学方法实践 [J].电子技术与软件工程，2019（12）：241-242.

[2] 聂森.《单片机原理及应用》课程教学改革研究 [J].教育教学论坛，2018（52）：85-86.

[3] 李江昊，刘丰，王伟.理论实践强结合性课程知行合一教学改革与探索 [J].计算机教育，2020（6）：179-183.

[4] 顧佩华.新工科与新范式：实践探索和思考 [J].高等工程教育研究，2020（4）：1-19.

[5] 谭春兰.基于蓝墨云班课的翻转课堂教学改革实践 [J].物流工程与管理，2016，38（6）：219-220+240.

[6] 王淑娇，王子龙.基于虚拟仿真技术和翻转课堂的《单片机原理及应用》课程教学研究 [J].农家参谋，2020（24）：166.

作者简介：周凤香（1987.01—），女，汉族，湖北黄冈人，讲师，硕士研究生，研究方向：模式识别与智能系统。