单片机课程线上教学模式探索

魏建崇 曹彦 张禹 余运龙

摘要：为了满足线上教学需要，该文章结合单片机课程线上授课存在的挑战，提出了基于单片机课程的课前、课中、课后三段式线上教学模式。课前利用大学MOOC在线预习，课中利用腾讯会议软件和Proteus仿真软件进行直播授课，课后通过微信群互动进行答疑。同时，引入综合性线上测评考核体系，对学生的学习成果进行评价。通过问卷调查，分析实际的线上教学案例，表明此线上教学模式效果良好，对于开展单片机课程的线上教学具有一定的借鉴意义。

关键词：单片机;教学模式;线上教学

中图分类号：TP368.2

疫情期间，为了响应教育部提出的“停课不停教，停课不停学”的号召[1， 2]，众多高校纷纷延期开学，将线下教学转为线上。然而，单片机课程作为一门理论与实践紧密结合的机电类专业基础课，开展线上教学将面临巨大的挑战，目前还没有完全将该课程采用线上教学的案例。因此，本文探索单片机课程的线上教学模式，对于开展单片机课程的线上教学具有重要的意义。

1 单片机课程线上教学存在的挑战

1.1 师生互动不足

相比于传统的线下教学，线上教学可以突破地域和时间的限制，但师生互动性不足的问题一直是线上教学的痛点。单片机课程在线上教学场景下师生之间的交流方式较为单一、沟通效率低、互动情景也不够真实，且受限于传输媒介，学生有问题也无法及时提出，导致老师不能全面地了解每位学生的听课和实验情况。同时，线上授课中老师也不方便利用单片机开发板进行现场演示，导致教学效果不佳。

1.2 实践环节难以展开

作为一门理论与实践紧密结合的课程[3]，通常会有专门的实验室开展单片机实验课教学，学生在单片机实验箱上完成实践操作。然而，这类实验实训环节在线上教学中很难开展，一方面受限于没有成熟的线上虚拟仿真实验平台，很难开展集中线上实验课程教学，另一方面，线上实验课程的授课过程中，由于网络延迟、信息传输方式等因素的限制，教师无法有效地组织教学过程和实时掌握学生的实验情况[4]。

1.3 网络教学资源与课程不匹配

随着越来越多的高校开展线上教学，许多在线开放课程平台为高校师生提供了丰富的网络教学资源，如中国大学慕课（MOOC）、超星学习通、网易云课堂等，学生可以在这些在线开放课程平台上找到许多与“单片机”相关的课程。然而，很难找到与教学大纲完全吻合的在线课程，且存在课程内容与教材不匹配，部分知识点的讲解不透彻等问题。因此，直接通过网络教学资源进行学习，无法满足线上课程的教学需要。

2 单片机课程线上教学模式探索

2.1 课前在线预习

在单片机课程的线上教学中，可以在中国大学MOOC上挑选与教学大纲相近的课程作为学生的课前预习材料，由授课老师筛选出其中的部分章节视频，提前一周发给学生，配合课程PPT和电子书等学习资源组织学生完成课前预习任务。同时，可以预留几个与预习内容相关的问题供学生在预习阶段思考，引导学生采用问题导向式的学习方法提高预习效率。最后，通过课前提问的方式检查学生课前预习的情况。例如，在“中断系统”章节的课程预习中，设置“什么是中断？”“单片机中断系统的作用？”等问题，让学生带着问题进行预习，使预习过程更有针对性。

2.2课上直播教学

线上授课有直播和录播两种形式，录播的形式需要老师提前将课程录制剪辑好，该方式无法在授课过程中与学生进行互动，授课效果较差，因此选择腾讯会议软件进行直播教学。老师可以通过预定周期性会议来设置课程时间，上传相关课程资料，学生通过会议邀请链接进入会议室在线听课。在直播教学过程中，老师通过共享屏幕的方式进行PPT演示和讲解，利用Wacom数位板书写电子板书，通过Proteus仿真软件进行实验演示，使教学过程尽可能接近线下授课场景。同时，腾讯会议软件还支持云录制功能，学生可以根据自身需求回看课程录制视频。

2.3虚拟仿真实验教学

Proteus软件是一款优秀的EDA工具软件，特别适合对单片机应用系统进行软硬件协同设计与仿真[5， 6]，因此，在单片机实验课的线上教学中可以利用Proteus仿真软件进行虚拟仿真实验教学。首先，学生根据实验的要求，在Proteus上搭建和测试硬件电路;接着，利用Keil软件进行程序设计，通过与Proteus联调的方式完成系统的软硬件调试;最后，要求学生录制一段演示視频介绍实验完成情况。在实验结束后，老师根据最终的实验完成度评分，挑选部分学生作品进行展示，并总结实验过程中遇到的问题。

2.4 课后线上群互动答疑

微信群/QQ群讨论是一种有效的线上交流方式，可以解决学生听课过程中遇到的问题。学生以班级为单位建立班级讨论群，并以3～5个学生为单位各自建立小组讨论群，学生先在小组群中自行讨论，并将问题整理好，最后在班级群中进行集中讨论。这样的群讨论方式使学生能先自行解决一些较为简单的问题，班级群集中讨论则使许多重复的问题得到了统一解决，极大地提高了答疑的效率。同时，由于线上讨论的匿名性，许多较为腼腆的学生也敢于踊跃提问并参与到讨论中来，这极大地提高了学生参与线上群互动的积极性。

3 单片机课程线上考核与评价

3.1 线上考核形式

单片机课程的线上考核形式具体组织如下：理论课考试前，任课老师在先将电子版答题卡发放给学生，由学生先将答题卡打印好，并预先组织学生进行考试设备测试。在正式开考前10分钟，老师将电子版试卷群发给学生，学生收到试卷后即可在预先打印好的答题卡中作答。考试过程中，利用腾讯会议软件进行在线监考，要求学生必须开启摄像头，并对考试过程全程录屏存档。考试结束后，要求考生必须在15分钟内将将答题卡扫描成电子版发送到指定邮箱完成考试。

单片机实验课程的线上考试形式与理论课类似。实验设计的考题共5题，考查内容覆盖教学大纲的所有核心知识点，如表1所示，要求学生随机抽取其中一道题目完成系统的软硬件设计。考试过程中，学生根据题目的要求先在Proteus仿真软件上完成硬件电路设计，在Keil软件上完成程序设计，软硬件设计调试完毕后，考生在答题纸上填写部分关键电路图和程序代码，并录制一段简短的演示视频说明实验完成情况。考试结束后，考生将Proteus仿真图、Keil程序源码、演示视频和电子版答题卡打包发送到指定的邮箱完成考试。

3.2 综合性评价体系

综合性的评价体系不仅要考查学生对知识的掌握程度和运用能力，还要考虑学生的学习态度与积极性。因此，单片机理论课程的最终成绩评定主要分为期末成绩和平时成绩两部分，其中平时成绩主要由考勤、课堂表现和作业构成，具体的比例分配如图 1所示，课堂表现的成绩主要根据学生上课过程中的发言情况和课后微信群答疑的积极性。实验课程更注重学生对知识的运用能力，因此实验课的期末成绩和平时成绩的比例分配为6：4，平时成绩包含考勤和实验表现，平时分的成绩主要根据学生每一次实验设计的完成情况，由于平时分比例较大，有利于提高学生对实验课的参与度，驱动学生在每一次实验中努力完成实验要求。

4单片机课程线上教学案例分析

本文以问卷调查的方式对2020年新冠疫情期间单片机课程的线上教学案例进行分析，从课堂教学形式和课堂教学效果这两个方面对该线上教学模式进行评价，总共发放问卷105份，回收有效问卷103份，有效问卷回收率达到98%以上，具体调查结果见表2和表3。

由表2可知，在课堂教学形式上，大部分学生能较好地适应直播课堂的教学形式（72.9%），认为线上听课过程中一般不会受软硬件设备的不稳定性和外界环境等不确定因素的影响（80.9%），在单片机实验课程的学习上，普遍认为利用Proteus仿真软件进行实验设计和验证较为方便（65.5%），课程结束后，绝大部分同学能够通过微信群讨论的方式解决课程疑问（74.1%），在最终的期末考试中，线上考试的形式对考试成绩的影响较小（62.4%）。

由表3可知，该线上教学模式在课堂教学效果上，学生听课专注度（70.3%）和直播课堂参与度（69.5%）较好，课堂气氛较为活跃（67.1%），大部分学生能够通过课前预习和课后讨论提高学习效果（67.6%），且对课程知识掌握程度较好（65.0%）。综上所述，学生普遍能较好地适应该线上教学模式，通过课前、课中、课后三段式在线学习，掌握好单片机应用技术课程知识。

5 结语

由于单片机课程的实践性较强，开展线上授课存在着诸多挑战。因此，本文基于单片机课程提出了课前、课中、课后三段式线上教学模式。课前利用大学MOOC组织学生在线预习，课中利用腾讯会议和Proteus仿真软件进行线上直播授课，课后分小组通过微信群进行互动答疑。同时，在课程的期末考核中，引入综合性线上测评考核方式对学生的学习成果进行评价。最后，对实际的线上教学案例进行分析，结果表明该线上教学模式具有课堂教学形式易接受，教学效果良好等优点。

参考文献：

[1] 张金波， 李春江， 吕冬霞， 等. 疫情下医学遗传学在线教学的设计与实施 [J]. 生命的化学， 2020， 40（12）： 2307-2312.

[2] 黄陆军， 崔喜平， 耿林， 等. 疫情防控期间专业课新型“線上-线下”混合教学模式探索 [J]. 高教学刊， 2020， （35）： 49-52.

[3] 魏建崇. 基于理论与实践相结合的单片机原理与接口技术课程教学改革研究 [J]. 中国现代教育装备， 2018， （19）： 27-29.

[4] 夏晓玲. 《C51单片机编程与仿真项目课程》线上教学改革与实践 [J]. 鄂州大学学报， 2020， 27（03）： 90-91+95.

[5] 周茂霞， 白成杰. 基于Proteus的单片机虚拟仿真网络实验室建设及使用 [J]. 中国教育技术装备， 2019， （16）： 18-19+25.

[6] 岳大为， 梁涛， 郭欣， 等. 单片机虚拟仿真实验平台的建设研究 [J]. 教育现代化， 2019， 6（29）： 199-200.

基金项目：

1. 2020年福建江夏学院校级教改项目，“新工科背景下应用型本科电子信息工程专业项目式教学改革——以单片机类课程为例”，J2020C009;2.2020年福建省本科高校教育教学改革研究课题，“新工科背景下应用型本科高校“三创”教育实践教学体系改革探索”，FBJG20200100;3.2019年福建省十三五教育科学规划课题，“新工科背景下应用型本科电子信息类工程教育新模式探究”，FJJKCGZ19-097

作者简介：曹彦（1990—  ），女，河南新乡人，硕士研究生，讲师，福建江夏学院金融学院，研究方向为大数据分析;张禹（1982— ），男，福建福州人，博士研究生，副教授，福建江夏学院电子信息科学学院，研究方向为半导体薄膜器件;余运龙（1978— ），男，福建福州人，博士研究生，教授，福建江夏学院电子信息科学学院，研究方向为光学传感器。

* 通讯作者：魏建崇（1991— ），男，汉族，福建漳州人，硕士研究生，讲师，福建江夏学院电子信息科学学院，研究方向为数字图像处理和嵌入式系统。