基于在线教学平台与虚拟仿真平台相结合的单片机线上教学模式探索

    刘敏庄 谢永辉刘岩 宫志强 代也 刘丹

    

    

    摘 要：单片机原理与应用是一门理工科专业必修的基础课，为弥补传统教学模式不可重复的问题，在教学过程中对线上教学模式进行了积极的探索。将在线教学平台与虚拟仿真平台相结合，可以实现在线单片机理论教学、虚拟仿真实验及课程考核，学生也可以在PC端安装虚拟仿真平台同步开展实验，这在很大程度上解决了学生课后无法进行线下实验的困境，也为有效开展单片机线上教学提供了新的思路。

    关键词：在线教学平台;虚拟仿真平台;单片机;线上教学模式

    一、绪论

    单片机原理与应用作为一门理工科必修的专业基础课，需要学生进行长期学习才能真正掌握，传统教学模式采用的是线下面授的教学方式和集中笔试的课程考核方式，这种模式只能在学生在校期间开展一次，显然不能很好满足学生长期学习的需要。因此，探索单片机线上教学模式十分必要，本文将结合单片机课程自身教学特点，对线上单片机课程的教学模式进行探索，为线上高质量开展单片机课程教学提供新思路。

    二、线上单片机课程教学模式的特点与优势

    目前，线上开展单片机课程相对较少，大多数单片机课程仍然采用传统教学模式开展教学工作，其优点无须赘言，但同时其也存在很大的局限性，与传统教学模式相比较，线上单片机教学模式的特点与优势主要体现在以下三方面：

    （一）线上单片机课程教学可重复性强

    单片机原理与应用是一门理论性很强的课程[1]，其理论教学模式一般采用传统教学模式进行，也即课堂集中面授，但此种教学模式下学生对课程的学习会随着课程结束而结束，课程本身不可重复，学生复习等环节只能凭借回忆和笔记进行，不利于学生学习;相比之下，线上单片机课程教学具有可重复性，能够满足学生对课程内容回看等需求，同时结合笔记能够大大提升课程学习、复习的效率和效果，这种模式能够很好满足学生学习单片机课程需求。

    （二）线上单片机课程实验教学灵活、可操作性强

    除了理论性很强之外，单片机原理与应用也是一门工程实践性很强的课程[2]。开展理论课教学，学习理论知识固然重要，但对单片机到底有没有学懂弄通，还要看学生是否能够独立开展动手实践。传统实验课同传统理论授课模式一样，一般采用学生集中分组到实验室开展实验的方式，实验内容一般为上机虚拟仿真实验和连接单片机实验台开展实物实验，由此可见，传统实验教学过程对硬件设备有很强的要求，学生课后开展实验，需自行购置硬件设备，这必然导致学习成本增加，不利于学生进一步学习;相比之下，线上开展单片机课程学生不仅可以对实验过程回看，还可以充分利用单片机虚拟仿真软件完成相关实验内容，无须另行购买硬件设备。因此，线上单片机课程实验教学更加灵活，且具有很强的可操作性。

    （三）线上单片机课程考核效率高、精确性高

    无论单片机课程的理论教学部分还是实验教学部分，最终都必须由考核来评价学生学习效果。传统课程理论考核采用集中笔试的方式进行，理论考试后判卷过程相对复杂，需要耗费任课教师大量精力，同时人为判卷也更容易发生误判，造成试卷修改、涂抹等问题;相比之下，线上单片机课程考核方式既能够减少教师的工作量，同时也能保证一旦出现个别选择题参考答案错误的情况时，通过修正参考答案，能够一步完成所有学生成绩更正，如果出现个别同学大题所给分值有误时，可重新查证后给分，操作过程简单易行，能够在很大程度上避免传统单片机课程考核存在的缺点。因此，线上开展单片机课程考核效率高、精确性高。

    三、在线教学平台结合虚拟仿真平台线上教学模式探索

    （一）在线教学平台

    通过在线教学平台，可以完成创建课程、添加活动、上传资源、布置作业、小测验等线上课程所需环节，学生可通过上传的理论课、实验课视频教学资源开展课程学习，完全可以满足线上教学活动需要。为能够正确评价学生课程学习效果，在线教学平台在课程学习完成之后提供了在线课程考核。以往线下考试题型一般为：填空、判断、简答，考虑到线上考试易受网络不稳定、硬件设备故障等多种因素影响，导致线上答题过程会存在一些不确定情况，因此，为保证线上考试能够顺利进行，在不改变题量的情况下，通过调整传统考试题型十分必要，可以将填空题改为单项选择题，此举可以有效提升学生答题速度，同时可以减小教师判卷工作量。

    （二）单片机虚拟仿真平台

    1.虚拟仿真软件

    虚拟仿真软件是一家英国公司开发的EDA工具软件，它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，可以实现从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真。在编译方面，它支持多种程序编译器，选择范围较宽。基于以上优势，该软件受到了许多单片机爱好者及从事单片机教学教师的青睐。

    在具体开展实验环节的过程中，利用虚拟仿真软件完成了各实验电路的原理图设计，如图1所示为数码管动态显示实验原理图。

    2.程序编写软件

    程序编写软件采用的是一家美国公司开发的兼容51系列单片机的C语言程序编写软件，提供了包含C编译器、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的51单片机开发方案，这些功能通过一个集成开发环境组合在一起，与汇编语言相比，C语言在功能、结构性、可读性、可维护性等方面有明显的优势[3]，因此在实验课程中采用C语言程序编写软件完成实验程序编写。

    3.虚拟仿真软件+程序编写软件

    将用C语言程序编写软件编写好的数码管动态显示实验程序编译生成.hex可执行文件，下载到相应原理图所包含的单片机中，点击运行，若程序编写正确，则能够观察到如图2所示的数码管动态显示实验现象。

    （三）虚拟仿真平台与在线教学平台相结合

    虚拟仿真平台与在线教学平台相结合能够很好地完成单片机课程内容，通过在线教学平台可以将已录制好的单片机原理与应用理论课、实验课课程教学内容发布给学生，通过虚拟仿真平台可以完成单片机原理与应用实验课程线下的相关内容。此外，虚拟仿真平台中虚拟仿真软件及C語言程序编写软件安装包可作为课程学习资料提供给学生，保证学生能够随时随地开展单片机原理与应用学习，提高单片机应用能力和动手实践能力。

    四、结语

    本文深入分析了单片机线上教学模式的优势与特点，对单片机课程的线上教学模式进行了积极探索，将在线教学平台与虚拟仿真平台相结合，在线开展单片机理论教学及虚拟仿真实验，学生也可以在PC端安装虚拟仿真平台同步开展实验，这在很大程度上解决了学生课后无法开展线下实验的困境，保质保量完成了课程教学任务，为有效开展单片机线上教学提供了新的思路。

    参考文献：

    [1]温如春，王祖麟，吴银风.《单片机原理与应用》课程教学改革探讨[J].中国科技信息，2006（10）：260-261.

    [2]邓广福.单片机课程教学模式探索[J].职业时空，2011，7（08）：106-107.

    [3]俞凡.基于单片机的厂区智能循迹灭火车模型的设计和实现[D].安徽农业大学，2016.

    基金项目：本文系2018年河北中医学院教育科学研究课题-基于翻转教学与传统教学轻度混合的《单片机原理与应用》课程教学探索与实践（编号：18yb-38）研究成果

    作者简介：刘敏庄（1990— ），男，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，讲师，河北中医学院中西医结合学院，主要研究方向为智能硬件、教育教学改革和电子系统故障诊断及图像处理等。

    *通讯作者：刘丹（1986— ），女，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，讲师，河北中医学院中西医结合学院，主要研究方向为智能硬件、教育教学改革和神经元系统动态特性及同步控制。