基于线上线下混合模式的单片机卓越课程教学改革与实践

2024-06-05 来源：意榕旅游网

2021年第25期总第541期

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No.25,2021SumNo.541

基于线上线下混合模式的单片机卓越课程教学

改革与实践

陈海卫

中图分类号：G642

盛卫锋郑坤明

214122）

DOI：10.16871/j.cnki.kjwha.2021.09.028

（江南大学机械工程学院

文献标识码：A

江苏·无锡

摘要江南大学本着“知识、能力、素质”三位一体的教学dures;interactivediscussionsandflippedclassroomarein‐volvedtomotivatestudents’intereststolearn,andparticularexperimentandcomprehensivepracticesaredesignedtoim‐provetheirinnovativedesigncapabilityandcomprehensivequalities.Atlast,theprimaryeffectoftheteachingreformisanalyzedandevaluated.

Keywordsonlineandofflinemixedteaching;single-chipmi‐crocomputercourse;courseforexcellence

单片机课程是江南大学（以下简称我校）面向机械电子本科生开设的专业核心课程[1-2]，也是深入剖析微控制器硬件原理与软件技术的具有较强实践性的课程，其理论与实践并重的特点适合混合教学模式的开展[3-5]。受疫情影响，该课程于2020年启动了线上教学平台的建设，构建了线上教学资源库。随后，随着线下教学活动的恢复，课程开启了全新的线上线下混合教学模式，按照学校卓越课程的标准开展了新一轮的课程建设。我校秉持“知识、能力、素质”三位一体的教学理念，着力从课程内容优化、教学方法改革入手，以学生为中心，构建微机原理系统化知识体系、培养学生工程化应用能力以及机电创新设计意识。

理念，制定了单片机课程线上线下混合模式教学改革的目标；从线上教学资源、线下课堂、实验环节、综合实践四个方面，构建了线上线下混合模式教学平台；按照卓越课程标准，对课程内容、实验环节与实践环节等进行了具体的组织与实施，引入互动讨论、翻转课堂等环节，激发学生的学习热情，通过实验与综合性实践提升学生创新设计能力与综合素质；最后，对改革的初步实施效果进行了分析与总结。关键词

线上线下混合式教学；单片机课程；卓越课程

TeachingReformandPracticeoftheSingle-chipMicro⁃computerCourseforExcellenceBasedonOnlineandOf⁃flineMixedMode//CHENHaiwei,SHENGWeifeng,ZHENGKunming

AbstractConsideringthethree-in-oneeducationconceptof“knowledge,abilityandquality”,theobjectivesofteachingre‐formofthesingle-chipmicrocomputercoursebasedononlineandofflinemixedmodeareformulatedatfirst.Thentheteach‐ingplatformbasedonthemixedmodeisconstructed,includingtheonlineteachingresources,offlineclasses,experimentpro‐ceduresandcomprehensivepractices.Thecoursereformisim‐plementedaccordingtothestandardofthecourseforexcel‐lence,includingthecontent,experimentandpracticeproce‐

1课程建设目标

课程新一轮的建设目标如下：

基金项目：江南大学2017年本科教育教学改革研究教师卓越工程项目“基于虚拟仿真平台的单片机课程教学改革与实践”（编号：JG2017143）；江南大学机械工程学院卓越课程建设项目“微机原理与接口技术”资助；2020年江南大学自建在线课程“微机原理与接口技术”（编号：2020ZJ15）资助。

作者简介：陈海卫（1982—），男，本文通信作者，河北保定人，博士，江南大学机械工程学院副教授，硕士生导师，研究方向为机电系统控制、机电课程教学与改革,E-mail：chenhaiwei@jiangnan.edu.cn；盛卫锋（1977—），男，江苏张家港人，硕士，江南大学机械工程学院讲师，主要从事机电一体化研究；郑坤明（1989—），男，河南滑县人，博士，讲师，研究方向为机器人动力学分析及智能控制。

（1）在知识体系上，使学生能够理解单片机相关基础概念，包括单片机硬件结构、汇编语言、C51基础、中断系统、单片机定时/计数器、串行通讯口、并行总线扩展原理等，在此基础上，熟练运用C51语言对单片机I/O设备、内部功能模块等进行编程开发。

（2）在能力培养上，使学生能够利用学到的理论和方法，分析机电产品控制任务要求，设计单片机控制系统解决方案，具备相关硬件设计与软件编程方面的动手实践能力。

（3）在素质培育上，使学生养成自学的习惯、提问的习惯、专注的习惯，培养学生之间团队协作解决问题的意识。

单片机的复位、时钟与时序汇编语言概述

第3章汇编语言

指令系统简介汇编语言与编程C51程序结构C51的数据结构

第4章C51语言

单片机存储器结构

第2章单片

机结构及原理并行I/O口第1章概述章节

表1所示。

表1课程教学内容的组织具体内容概述；预备知识仿真环境简介单片机结构

组织形式课堂集体授课线上学习

线上预习+翻转课堂课堂授课；互动讨论；翻转课堂案例教学；互动讨论；翻转课堂案例教学；互动讨论；翻转课堂课堂授课课堂授课

案例教学；线上学习课堂授课课堂授课

2线上线下混合教学平台的构建

2.1线上教学平台

参照MOOC的形式建立教学视频资源库、PPT资源库、习题库、讨论题库以及虚拟实验、实践案例库等。基于超星慕课平台，录制教学视频114个，视频总时长为1197分钟，发布任务113个。线上教学资源包含了课程中的绝大多数内容，既包括课程重点知识，也包含非重点部分，在训练学生掌握课程重点的同时，拓宽了学生视野，增强了其实践创新能力。

线上平台主要引导学生进行必要的课程预习与课后复习等工作，学生可以根据自身情况开展学习，同时自主完成相关测试题目。2.2线下课堂教学

线下课堂主要完成重难点内容的学习与讲解。通过组织学生进行互动讨论，开展翻转课堂教学等活动，充分激发学生自主学习的热情。对于非重点内容，引导学生通过线上形式完成。2.3实验环节

实验环节采用线下为主、线上为辅的方式进行。线下实验主要在微机实验室完成，主要训练学生实际开发微机控制系统的能力。此外，每个实验题目在线上教学资源中均设有对应的仿真案例，学生进入实验室前可在虚拟仿真环境中调试，提前了解本次实验内容，以更快地融入实验室操作环境。此外，线上环境也可应对少数学生由于时间有限，不能及时完成实验任务等特殊情况。2.4实践环节

课程设置了综合性课外实践任务，为学生提供更多自主思考和探索的空间，通过比赛或实物演示等形式培养和加强学生运用理论知识解决实际问题的能力。

方式2及其应用方式3及其应用

第8章并口扩展

单片机的系统总线RAM与ROM扩展

第7章串行通信

方式1及其应用中断的编程及应用举例定时/计数器的结构与工作原理

第6章定时/定时器的控制计数器

定时/计数器的工作方式

第5章中断系统

中断的概念中断控制系统中断处理过程

C51与汇编语言的混合编程线上自学C51仿真开发环境C51应用编程

线上自学

线上预习；案例教学；互动讨论；翻转课堂课堂授课，互动讨论课堂授课课堂授课

案例教学，互动讨论；翻转课堂课堂授课课堂授课课堂授课

定时/计数器的编程和应用案例教学，互动讨论串行通信概述；串口控制器组成方式0及其应用

课堂授课

案例教学；互动讨论，翻转课堂案例教学；互动讨论；翻转课堂线上自学+翻转课堂线上自学+翻转课堂课堂授课线上自学

3线上线下混合教学模式的组织实施

3.1课程内容的组织实施

课程混合教学模式以学生为中心组织建设。课程内容的安排参照卓越课程的标准，课堂讨论时数按照不少于课堂总时数30%的标准开展。课程教学内容具体组织形式如86

表1中互动讨论环节一般针对课程重点内容展开，目的在于加强学生对课程重点知识的理解与掌握。教师首先在线上平台发布讨论题目，学生根据要求开展线上预习。课

堂教学过程中，教师首先对相关内容进行必要的讲解与加深，设置更为具体的讨论细节，讨论过程分组进行，每4～5人为一组。对于内容较多的情况，可为每组分配不同的题目，讨论结束后，由每组抽取1名代表进行讲解，讲解过程中，其他组成员可通过提问的方式做进一步的讨论交流。

线下教学设置翻转课堂环节，其作用有二：一是对线上学习效果进行检查。采用点名方式，随机抽取一名学生对线上相关知识点进行讲解；二是对互动讨论的学习效果进行评估。每组抽取一名学生进行课堂讲解，最后进行总结归纳。

3.2实验环节的组织实施

实验环节共设置5个实验，共8个课时，采用线上预习、线下实操的方法进行，具体内容与课时安排如下：

实验1：跑马灯实验。P1口驱动八只发光二极管“自上而下”点亮后，再“自下而上”点亮，无限循环，共1课时。

实验2：在实验1的基础上，通过独立按键控制跑马灯的动作，实现启动、停止、向上、向下的控制，共1课时。

实验3：数码管动态显示。编制数码管动态显示驱动程序，实现特定内容的显示，共2课时。

实验4：矩阵式键盘实验。采集键盘按钮并编码，通过数码管对键值进行显示，共2课时。

实验5：定时器的使用。通过定时器扫描与中断两种方式实现对发光二极管的控制，共2课时。

以上5个实验中，实验1～4安排在第4章C51语言学习结束后进行，旨在加深学生对课程知识理解与掌握的同时，培养学生进行机电接口创新设计的能力。实验5安排在第6章后开展，侧重于单片机功能模块的使用与理解，可为学生日后更复杂的单片机系统的学习以及复杂控制任务的实现打下基础。

3.3实践环节的组织实施

实践环节共设置3个题目，根据教学情况进行随机抽取。题目1：电子时钟。时钟始终具有秒、分、时、日、月、年的计数功能；定时功能通过定时器中断方式实现；通过数码管对相应的时间进行动态显示，动态显示驱动过程采用定时中断方式刷新；可通过按键或键盘对相应的秒、分、时、日、月、年等初始值进行设定。

题目2：电子琴。采集键盘作为电子琴的按键；通过定时时间的长短调整蜂鸣器的振动频率发出不同音调；编辑一段简单的音乐进行播放，每个音节播放时间通过定时器控制。

题目3：寻迹与避障小车。控制小车进行直行或转向（简单的开关控制或PWM调速）；采用光电或颜色传感器等进行轨迹的检测；通过超声波或红外传感器测量周围障碍物距离，进行实时避障；选配遥控功能。

实践环节安排在第6章或第7章内容结束后进行，其中题目1和题目2由单人完成，通过实物演示与答辩方式进行

参考文献

[1]陈海卫,盛卫锋,化春键,等.基于虚拟仿真平台的单片机课程

教学的思考[J].教育教学论坛,2019(2):226-227.

[2]陈海卫,盛卫锋,宁萌,等.基于虚拟仿真平台的单片机课程的

教学改革与实践[J].教育教学论坛,2020,7(27):160-161.[3]薛伟,黄玉金,刘玮.基于项目驱动和混合教学模式的单片机

课程教学方法研究[J].电脑知识与技术,2021,17(11):149-151.

[4]张婷.基于单片机课程的线上线下混合教学模式[J].现代计

算,2020(10):74-76.

[5]马春燕,郑剑海,王淑红,等.《单片机原理与接口技术》混合式

教学探索与实践[J].2019(50):168-170.

考核；题目3采用团队分组的形式进行，通过比赛与答辩方式对其训练效果进行评价。

4实施效果

经过一轮的课程建设与组织实施，具体体会如下：4.1线上资源有利于改善学生间编程基础的差异

微机原理课程具备“软硬结合”的特点，其学习进度与其前期课程如C语言程序设计等有很强的关联性。由于前期学生间编程基础差异较大，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。

4.2混合教学模式有利于实施卓越课程

卓越课程对于课堂讨论时数、课堂理论学时、课外训练学时之间的比例有着严格的规定。对于微机原理课程来说，其自身知识点很多，采用单一的线下课堂教学模式难以满足这一要求。线上线下混合教学模式可将课堂有限学时集中于课程重点内容的理解与掌握，非重点内容可采用课外线上学习等途径加以解决，这样更有利于课堂学时与课外学时的分配与平衡。

4.3混合教学模式有利于提升学生自身素质

一方面，混合教学模式通过将线上学习情况纳入平时考核，在一定程度上督促学生的课外学习活动；此外，通过课外实验与实践的锻炼，学生自身学习的主观能动性也得到了很好的提升。

另一方面，线下翻转课堂中互动讨论等环节的开展，有效地激发了学生主动学习的热情，这对于其学习效果的提升十分有利。此外，通过学生间的互动交流，学生的资料整理能力、沟通交流能力、演讲表达能力等均得到了一定的锻炼，更有利于其日后的全面发展。

编辑江嫣萍

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