基于云班课的“单片机原理及应用”课程教学探究*

杨丽梅，高国庆，铁彦清，包供新

（宁夏理工学院机械工程学院，宁夏 石嘴山 753000）

从20世纪末开始，教学改革的春风吹遍了神州大地，工程教育提出“回归工程”“工程教育范式转移”“再造工程教育”等口号，反映出工程教育的创新是国际发展的趋势[1]。基于此，课题小组在“单片机原理及应用”课程的教学中，结合云班课探索出面向学生、特色、创新的应用型教学方法，助力工程教育强国、工程创新强国，闯出了一条培养专业素养高、动手应用能力强的高素质应用型人才之路。

“单片机原理及应用”课程属于微机领域，主要介绍单片机的内部结构组成和功能，以及汇编语言指令系统、设计程序等内容。也是机械工程专业、能源与动力工程专业、汽车服务与工程等专业的一门专业课程，随着智能制造、人工智能等领域技术的快速发展，单片机的控制应用越来越广泛，研究单片机的控制方向是当前科学技术的热点。学生通过对这门课程的学习，掌握单片机原理及应用的基础知识，为后期课程的学习奠定了基础，同时培养了学生分析问题和解决问题的能力，为毕业以后能够快速融入工作环境奠定了基础。

本课程教改采用课前、课中、课后的三段式教学方法，并在教学实施的过程中结合云班课做了以下的探究。

1）课前。学生作为课程学习的主体，应该注意培养学生自主学习的能力，并且让学生从被动的学习状态改变为学生从“知道什么”扩展到“如何知道”“想知道”“我的理解和想法”“我存在的问题”等，真正让学生从“被动听课”转变为“主动问课”，知识要从被动接受走向辩证思考，培养学生善于思考的能力，激发学生的学习兴趣，解决学习过程中迷茫的问题。针对这一目标，课程的前一周在云班课平台上发布本周学习任务单，在任务单中明确学生学习的内容，并针对这一部分的知识点提出问题，让学生围绕问题有针对性地学习，并指引学生通过不同的网站查阅这部分知识的相关资料，培养学生的信息素养，了解这一领域比较前沿的科学知识。这样学生对简单的概念有一定的掌握，同时可以培养学生自主学习能力。学生在课前知识的学习过程中自我思考，提出问题，并将提出的问题在云班课课前开启的答疑讨论区进行呈现，教师针对这些问题开展教学活动，对学生的问题有针对性地进行学习，提高教学效率。

2）课中。利用云班课的一键签到、限时签到、手势签到等方法，实现快速的签到。并在签到的过程中利用定位功能，方便、快速地了解学生到课的情况。学生对于课前在云班课推送的资源，比如：计算机的基本概述，单片机的内部结构，单片机的类型和典型单片机产品，单片机应用系统的结构及其应用，存储器的组织结构及功能，I/O接口及功能，定时/计数器的结构及功能，中断系统的结构及功能，CPU定时等基本知识的掌握程度和学习情况，可以在云班课的信息中进行查看，快速掌握学生对于这些资源的学习情况。对于这部分知识的理解和掌握程度，在云班课平台上开启头脑风暴或者测试等方法，进一步检验学生掌握的情况，通过平台对学生作答情况的分析，针对学生存在的问题，上课时进行重点讲解。

有研究表明：学生的头脑不是知识的容器，教学的过程中不是给学生满堂灌，而是让学生能够对这部分知识理解并加以应用，培养学生勤于思考、善于探究的学习习惯，培养应用型人才[2]。“单片机原理及应用”课程将理论知识的讲解融于循环点亮彩灯、交通灯等的控制以及中断等具体实践中，培养了学生对知识的理解应用以及动手实践的能力，提高了人才培养的效率和质量。大学教学中存在的玩手机、睡觉等问题，说明单向的知识输入的教学模式已经让学生厌倦了枯燥的学习，加上没有高考的压力，学生容易放松对自己的要求。无数的实践表明：在教学的过程中增加课堂的互动，可以提高学生的学习积极性。在学生对课前基础知识学习和理解的基础上，主动构建师生、生生之间的对话交流，在相互交流的过程中，向同伴讲授或者请教的过程中加深对知识的理解。故在课程实施过程中采用项目导入的方式进行教学。

比如，进行对单片机内部结构的讲解时，在上课前首先演示摇头风扇的运动，并开启云班课设置的讨论活动，让学生相互交流和探讨摇头风扇的工作原理，并解释其运动过程的技术路线。教师同时结合单片机的内部结构和功能，不断提示和指引学生进行思考，最终总结出：摇头风扇的控制是单片机的控制功能。并介绍其单片机的内部结构组成以及功能，引导学生思考单片机引脚的封装形式和各个引脚的功能。这样可以让学生明确学习这部分知识的用途，让学生带着目的和兴趣进行学习，并且设置不同的功能，让学生动手实践操作。避免学生在学习理论的过程中觉得枯燥无味，并培养了学生设计一个完整单片机系统的能力，培养学生在求知过程善于思考、探索、发现、发明的意愿和勇气[2]。

为了让学生对摇头风扇内部结构的电路图有更加深入的理解，在实践的环节中加入基于protues和keil软件的模拟。故在云班课的平台上推送protues和keil软件以及这些软件的学习资源，让学生在protues软件上绘制摇头风扇的内部电路图,可以增加学生对单片机内部结构的进一步认识和理解。引导学生在keil软件上用C语言编写控制的程序，可以将学生大一时期学习的C语言知识加以具体的应用，并为第三章学习汇编语言的指令系统奠定一定的基础。将protues软件和keil软件结合，模拟验证摇头风扇的设计。并将验证的过程以录屏的方式进行保存，上传至在云班课开启的作业中，可以比较方便地查看学生练习的情况以及存在的问题，针对存在的问题，下节课或者课外找时间进行解答。在课程中采用理论和实践两条线并行运行的方式，提高学生对微机理论知识的掌握程度。通过在云班课开启的头脑风暴、讨论、作业等活动加深学生对于知识的理解和掌握，同时培养学生团队合作的精神以及创新的能力。

3）课后。通过云班课的平台给学生发布课后作业，可以设置提交作业的最晚时间[3]。同时，针对学生存在的抄袭作业、不自主完成作业的问题，对于作业的布置采用如下方法：根据学生的学习情况，布置不同的作业。①对于学习成绩一般的同学，老师指定作业题目，同时在云班课开启作业的活动，设置作业提交的最迟时间，督促学生及时完成作业，培养学生克服一拖再拖的学习习惯。②对于学习能力比较突出的学生，一是根据指定的内容设计作业题，给学生指定题型，要求题目的难度以及耗时不同，如“单片机原理及应用”课程的指令系统部分，要求学生针对数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、位操作指令、控制转移指令的内容自行设计3题难易程度不同的题目，让学生在搜寻和设计题目的过程中对这部分内容进行研究学习，通过判断题目的难易程度来培养学生分析问题的能力。 二是针对指定的内容设计讨论题，比如单片机的类型和内部结构、单片机的发展状况和趋势、单片机中定时/计数器的工作方式以及单片机的中断系统、中断响应等知识点，让学生通过查阅文献，了解现在比较前沿的知识，根据已经了解和掌握的知识设计讨论题。学生具有丰富的创造力，如何开发，就在于老师的适度引导，故教师在本科阶段授予学生的不仅是“鱼”，更重要的是“渔”。生产实习是学生能够快速与社会接轨的通道，学校应该注重与使用单片机有关技术的企业建立校企合作，使学生能够积极参与进来，这样可以增加学生对知识的应用能力，有效避免了实习存在虚化、软化、弱化的现象。同样也为培养应用型人才奠定了一定的基础，让学校立足定位，按照定位来发展[4]。

4）评价。课程实施过程是师生、生生之间共同探讨问题与发展理解的过程，教师应该建立有效的评价体系，将过程考核与终结性考核结合起来，有效提高学生对于过程学习的重视度。对于“单片机原理及应用”这门课程，从日常学习表现、自主学习能力方面考核，包括课前推送资源的学习情况、答疑讨论区提出问题的情况；从知识运用能力方面，对讨论按照浅层参与、中层参与、深层参与3种参与度进行评价，以及对测试和作业结果进行评价；从任务成果展示方面，对实验以及终结性考核5个方面开展了评价。作业部分的评价，采用教师点评、学生互评的模式，在实施的过程中，对云班课发放的作业采用老师评分、组间互评、组内互评的模式。通过评价可以发现学生存在的问题，并及时进行解答，同时学生在参与评价的过程中可以自觉地提高对自己的要求，严格按照评价标准改进自己，并且能够认真地分析材料、科学地分析问题、创新地寻求新答案。

综上所述，将“单片机原理及应用”这门课程的教学研究与云班课平台相结合，可以在线上有效开展课前、课中、课后等一系列的活动，因对每一个活动赋予学生一定的经验值，可以激励学生去学习。并且对于学生的资源学习情况和活动的参与度有统计，对学生有一个远程监督的作用。同时结合实践激发学生的学习兴趣，提高了学生对于课堂的参与度。并且最终的成绩可以借助数据的导出功能，方便整理和管理。然而，“单片机原理及应用”教学改革仍然是一项长期而艰巨的教学任务。教师只有通过不断改革创新，勇于亲身实践，才能使学生在学习中有所收获，才能从根本上保证教学质量和人才培养成效的全面提高。