微课在单片机实验教学改革中的应用研究

冯 笑，任全会，陈志红

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460)

单片机是理工院校电类专业一门重要的专业基础课,是一门实践性很强的课程，在教学过程中必须软件、硬件相结合。目前该课程的实验大多在实验室中进行，往往受到硬件资源、时间和空间等条件的限制。虚拟仿真实验虽然弥补了实验室条件的不足，但是常常出现仿真软件Proteus的使用难题，以及受限于软件安装载体的硬件配置及成本问题等等。此外，由于该课程实验教学模式主要采用教师讲演与学生操练结合的方式，仍然存在一些问题：课前预习、复习流于形式，学生跟不上教师讲演的步伐；课时少，部分学生无法熟练掌握实验内容；教学形式单一，不利于激发学生的兴趣等。这些都直接造成了单片机实验课教学效果欠佳[1-2]。

随着信息技术尤其是移动互联网技术的发展，人们进入了“微时代”，微课可以作为在线学习、远程学习的学习资源应用到开放教育领域[3]。微课是以视频为主要载体，针对某个学科知识点或教学环节而设计开发的一种情景化、支持多种学习方式的新型在线网络视频课程，因其“内容短小精悍、信息清晰明确、易于资源分享传输”等特点深受教师和学生的喜爱。对于单片机实验课而言，能够起到很好的演示与辅助作用。本研究针对单片机课程实验项目，设计开发相应的微课教学资源，进行微课应用于实验教学改革的探索与实践。

一、基于微课的实验教学改革措施

为了解决单片机实验教学中存在的问题，在微课视频的设计、开发及学习过程中，除了运用画中画、动画制作、视频剪辑等技术外，通过引入思维导图、Proteus仿真电路的设计方法，并且结合翻转课堂教学法，进行基于微课的实验教学改革探索与实践，如图1所示。

图1 基于微课的单片机实验教学改革措施

(一) 思维导图设计

思维导图又叫心智导图，运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来。学科思维导图是以思维导图技术为表现形式，融入逻辑思维理念的内涵，以实现提升教师教学效能，提高学生学习能力的高效学习工具。在微课教学设计中增加学科思维导图环节，通过单片机实验涉及的技术综述、知识结构等内容的逻辑关系梳理，便于学生理解概念、强化知识间的逻辑联系，有利于学生对实验内容的清晰认识和知识固化。

(二)Proteus仿真设计

传统单片机实验基本上是以实验室的实验箱操作式实验为主，一般会受限于硬件实验资源。虚拟仿真实验技术作为一种新兴的技术迅速崛起，逐步成为电子工程领域进行电路分析与辅助设计的重要工具，其中Proteus软件最具特色的功能便是支持主流单片机系统的仿真[4-5]。本研究针对单片机实验，在微课视频设计与制作中，通过引入Proteus仿真电路设计，强化学生在实验过程中对于单片机应用系统的硬件电路组成及原理的理解，而且结合Proteus仿真实验，通过视频观看仿真效果引起学生动手实践的兴趣，进而提高学生学习的积极性和创造性。

(三) 翻转课堂教学法的应用

微课应用于翻转课堂教学实践中，学习者可以根据需要自主支配时间来进行微课资源学习，增加了实验教学任务在时间和空间上的灵活性。根据单片机实验教学目标建设生成微课资源，将翻转实验教学程序分为课前、课中和课后三个阶段。在课前，学生通过QQ群、微信群或校园课程在线平台进行课前预习、视频观看及练习等。在实验过程中，教师起到主导作用，指导并辅助学生解决课前与课中的疑难问题，学生作为学习主体思考、发现、解决问题，同时能够获得微课视频协助，教学效率会进一步提高。在实验后进行实验内容的拓展训练，能够达到活学活用、举一反三的目的。最后通过实验过程与实验结果两种考核评价方式，评价学生对知识和技能的掌握程度，以及学生在实验结果、学习反思等环节中的表现。

二、 基于微课的实验教学设计与实施

(一)教学设计

单片机课程实验属于操作类、设计开发类实验，其内容主要包括点亮一个LED灯、Keil C51开发软件使用、流水灯设计、定时器应用、简易锯齿波信号发生器设计、LED数码管显示、单片机串口通信、电子秒表及温度计等项目。实验不仅要求学生按照教师演示进行操作练习型实验，而且要求应用所学理论知识进行基础实验和综合实验，在单片机应用开发过程中能够熟练运用开发软件、设计与搭建硬件电路、焊接与组装硬件、进行软件编程及具备理论应用能力等。针对每个实验项目进行微课视频开发，通过增加思维导图设计、Proteus仿真等改革措施，进行微课视频的教学设计。下面以单片机定时器控制实现LED流水灯的实验为例说明基于微课的实验教学设计方法(如表1所示)。

表1 教学过程设计(微课视频 7～8分钟)

(二)教学实施

按照每一个实验项目的微课教学设计教案进行该实验有关的微课视频的开发与制作。在整个微课制作过程中运用的开发技术主要有思维导图制作软件iMindMap、动画制作软件Focusky、录屏软件Camtasia.Studio和视频剪辑软件Corel VideoStudio Pro X5等。

建设生成微课资源后，结合翻转课堂进行实验教学实施。具体内容：学生在课前进行在线预习，而实验教师在课前一周需要将微课视频、课件及练习等素材上传至学校课程在线平台，在Bb网络教学平台共享微课资源。此外，还可以利用QQ群或微信群进行互动答疑、讨论等。学生通过账号登录方式进入学校教务在线的课程平台，选择单片机应用技术课程实验环节就可以进行相应实验项目的微课视频学习。

三、实践效果

在2017年上学期单片机应用技术课程中，以一个30人班级作为试验对象进行基于微课的翻转实验教学探索与实践。以定时器控制实现LED流水灯的实验为例，利用Bb平台跟踪统计功能实现该微课的使用数据统计(如图2所示)，包含按日期访问该微课的次数、按周天访问的次数以及按时点访问的次数。在该微课的翻转式应用中，统计数据说明微课确实激起了学生学习的兴趣，而且从时间和空间上都突破了传统实验室教学的局限。

图2 微课使用数据统计资料

在这个学期的学习中，与平行班级相比，实验班学生的学习自主性与积极性明显提高，能够很好地完成课程教学目标，并且实践动手能力具有较大优势。在实验班使用微课后进行问卷调查统计时，学生们积极肯定了微课对于实验的帮助。在实验课上学生实验困难明显减少，动手实践的主动性更强，教学效率明显提高。微课使用效果反馈如图3所示。

图3 微课使用效果反馈

四、结语

通过微课教学设计进行实验教学改革的探索与实践，结合翻转课堂教学法进行具体实施，应用于单片机应用技术实验课中。实践证明该教学改革方法在时间和空间上都突破了传统实验室教学的局限，实验教学效果明显改善，实验教学资源得到丰富、学生学习自主性和积极性提高、实验操作困难问题减少、学生实践动手能力明显提高。但在实施过程中仍然存在问题，比如教师对课堂疑难问题的临场解决能力有待于进一步提高。