基于MOOC的单片机课程教学模式研究

杨春兰，薛大为

(蚌埠学院电子与电气工程学院，安徽蚌埠233030)

MOOC(大规模在线开放课程，Massive Open Online Course)简称慕课，是面向社会大众开放的在线教育课程，是以学习者自己观看视频学习为主，通过网络与教师进行课程教学互动、课程作业及测试，完成课程教学的全过程［1］。MOOC是一种新型的教育模式，通过网络把许多有共同学习目标的学习者组织起来互动学习，网站提供课件、教案及习题集等课程资源，学生通过网络选择内容自主学习，不受学习时间及学习地点的限制，使得教育的观念和教育的方式方法发生了很大的变化［2］。随着电子及信息技术的飞速发展，电子电气类相关专业人才的需求量越来越大，单片机原理与应用课程是电子电气类相关专业的专业基础课程，为学生后续的专业课程学习以及专业素质的培养奠定基础。但是，目前大多数的单片机课程教学仍然是采用传统的教学方式，教学中仍然是以教师教为中心，没有突出学生学习的主体地位。因此如何在教学过程中引入先进的教学模式及教学方法，转变学生的学习方式，提高学生的学习兴趣及学习效率成为亟待解决的问题。

1 单片机课程教学现状

大多数高校单片机原理与应用课程教学采用的仍是传统“理论+实践”教学模式［3］，理论课程通过PPT课件及Proteus软件仿真进行硬件电路及软件设计教学。教学以教师为主体，教师能够按照教学计划进行系统的理论教学，教师根据学生课堂的表现能够及时调整教学内容，很好的发挥教师的主导作用。但是单片机原理与应用课程是实践性极强的课程，理论知识点比较多，除了要求扎实的理论基础之外，还要求学生具有C51语言编程能力及实践动手能力。单片机课程知识点比较抽象且环环相扣，一个或几个知识点学生理解不清可能会造成后续章节的内容无法理解，消弱了学生对单片机的学习兴趣，传统的教学模式课堂上大量理论知识的灌输，与教师缺少必要的互动，导致学生往往感觉枯燥，学习效果不是很好。实践教学教师指导学生动手实践，教师通常演示一次，学生很难完全看明白老师的操作，课堂上答疑时间不够，使得学生无法很好地完成实践任务，影响了学生的学习主动性，最终使得部分同学失去了继续学习的兴趣。

2 基于MOOC的教学模式探索

MOOC是最近几年兴起的教学模式，是优质的网络化学习资源，逐渐改变了传统的教学模式［4］，教师如何将传统的教学模式与MOOC的优质资源结合起来，激发学生学习的主动性，提高课程教学的质量是本文研究的内容。将MOOC引入单片机课程教学，克服了各自的不足而将两者的优势有机结合的教学模式，是教师的引导作用与学生的主体学习的有机结合。对于学生来说，基础弱的同学能够通过MOOC资源网络反复学习，学有余力的同学能够学习到更多的知识，从而提升学习效果。对于教师来说，根据不同专业的培养目标灵活的选择课程内容，增加了课堂与学生的互动交流，保留了传统教学模式的面对面交流，保证了教学的完整性，并减轻了教师的重复性劳动。针对单片机课程的特点，把课程教学过程分为课前学习、课堂教学、课后总结三个环节，教学环节如图1所示。

图1 课程教学设计

2.1 课前学习

上课前的教学准备工作是单片机课程教改的关键所在，结合应用型本科院校的特点，教师根据单片机课程的教学内容及教学目标，在学习名校教师慕课教学设计及教学方法的基础上，选取授课内容，进行教学设计。教师根据网络课程教学的特点，将课程内容划分为许多小的知识点，根据知识点精心设计时间为5～20分钟教学内容，录制视频，并将课程PPT课件、教案及测试题等资料上传至网络平台。课程开始的前一周，指导学生进行课程的在线学习，教师根据实践案例进行思考题设计，引导学生带着问题进行慕课视频学习。班级学生建立班级微信群，分小组进行慕课学习，遇到问题进行小组讨论，并能及时与教师进行交流解决问题。以单片机课程的定时/计数器一章为例对相关知识点进行设计，定时/计数器的教学学时为3学时，把定时/计数器内容分解成的许多小的知识点，根据知识点的特点及难易程度采用不同的教学方法。对于重要的知识点，课上采用传统的面对面方式进行进一步讲解，对于概念性的知识点采用课堂讨论的方式，如表1所示。对于重要的核心知识点采用传统面对面的教学方式进行详细讲解，如定时/计数器的工作原理、计数初值的计算、工作方式0、定时/计数器初始化及简易秒计数器的分析调试。而对于定时/计数器的结构、工作方式寄存器、控制寄存器、工作方式1、工作方式2、工作方式3、定时/计数器的计数应用及定时/计数器的定时应用采用课前MOOC视频播放及课堂讨论的方式，并就相关知识点及学生遇到的问题进行讨论，最后总结本章的重要知识点。

表1 定时/计数器主要知识点设计

2.2 课堂教学

学生在网络平台通过课前的MOOC学习，对相关知识点已经有大致的了解［5］，课堂上教师根据知识点的难易程度进行针对性的讲解，对于重要或难理解的知识点采用传统的PPT+板书的面对面教学方式进行详细讲解，对于容易理解的知识点采用课堂讨论的方式对知识点进行内化。课堂讨论是教师与学生之间以及学生与学生之间互动的过程，学生间分小组讨论问题，老师指导并解答小组反馈的问题，鼓励知识点掌握较好的同学进行课堂讲解，可以活跃课堂气氛，同时激发小组间的竞争意识，提高学生的学习兴趣，讨论结束后教师对讨论过程中的问题进行总结并布置下次课程的学习任务。在教学过程中适时地引入启发式教学法及案例式教学法等科学的教学方法，强化学生理解相关知识点。例如表1中的“定时/计数器的定时应用”知识点，是比较适宜探讨的主题，采用课前MOOC视频播放及课堂讨论的方式，学生可以根据课前的MOOC在线学习查找相关资料进行小组间讨论，选取定时/计数器的三个定时应用实例:洗衣机洗涤过程中洗涤时间的正反转运行时间控制，智能抢答器抢答时间设定，简易信号发生器的脉冲信号控制。课前学生根据自己的兴趣选取一个应用实例并分小组进行讨论，小组成员间分工协作编程并调试完成应用实例。课堂上让每个小组同学进行定时应用实例的汇报，并让其他同学进行点评及补充，最后教师针对问题进行总结并引导学生进行下一主题。在课堂讨论过程中，学生成为主动参与者，分工协作完成相应的课题任务，锻炼了学生查阅相关资料、分析及解决单片机相关问题的能力，并增加了学生之间及学生与教师之间的互动，充分发挥了教师在课堂中的引导作用。

2.3 课后总结

教师在课后对课堂讨论情况进行总结，包含课堂内容的重难点，学生小组的讨论总结，教师的评价及学生的互评等情况，并及时把相关资料上传到网络平台。学生在课后通过网络平台教师上传的课堂总结、PPT及MOOC视频等资料对课上内容进行选择性的复习并进行下个阶段内容的预习，可以和教师在网络平台进行在线交流和沟通，解答复习过程中遇到的问题，从而更好地巩固课程内容的学习效果。教师再根据学生在线反馈的问题及课堂评价进一步改进教学内容和方式方法。教师可在网络平台对每章进行阶段性测试，根据学生测试的结果把成绩计入平时成绩，更好地了解学生的学习情况从而有侧重点的进行课程教学调整。

在基于MOOC的教学模式设计中，课前教师引导学生进行网络平台的在线学习，学生在课前观看视频，分小组进行讨论，协作完成思考题。课堂上教师对于重难点知识点进行详细讲解，指导学生对部分视频内容及思考题进行课堂讨论，鼓励知识点掌握较好的小组同学进行课堂讲解。课后教师对课堂的反馈内容进行总结，对教学进行相应的调整。学生复习视频内容及课堂讨论知识点，并完成在线作业及阶段性测试。这种教学模式改变了传统的“填鸭式”学习方式，学生由被动学习变为主动学习，积极参与课堂讨论，能够有效提高学生学习单片机课程的兴趣及分析和解决单片机问题的能力。

3 教学效果分析

以单片机课程中“数码管接口”为例，数码管接口包含四个部分内容:数码管分类、数码管显示方式、数码管驱动方式及数码管应用。四个部分内容循序渐进，我们把四个知识点视频放到网络平台供学生自学。为了评价基于MOOC的单片机教学模式与传统教学模式的差别，以2016级电子信息工程专业和电气工程及其自动化专业学生为例，把学生按学号随机分为三组进行测试，每小组人数大致相同。第一小组采用传统面对面的授课方式，课堂上以教师的讲解为主，课前无视频自学;第二小组采用课前看书预习，课堂重难点讲解加小组讨论，课前无视频自学;第三小组采用课前视频自学加小组讨论，课堂重难点讲解加小组讨论。课后把三组同学分别进行作业测试，通过测试可得到不同的结果。第一小组学生课堂上跟随着教师学习，学生表示内容容易理解，但是在作业测试时多数同学感觉很难。说明学生课堂上听懂但并没有完全掌握课堂上教授的内容，课后遇到问题无法及时沟通解决，影响了学生后续学习的积极性。第二小组学生课前看书预习，但是没有视频指导，学生感觉预习很吃力，对相关知识点并没有完全理解，课堂上对于讨论内容不能很好的进行，常常需要教师采用传统课堂重新讲解相关内容，作业测试时多数学生感觉无从下手，测试结果不好。第三小组学生课前采用视频预习，因为有教师的视频指导，网络平台的小组讨论及与教师的在线交流，学生很容易掌握相关的知识点，课堂上教师针对重难点知识点讲解，使得学生更好的理解相关知识点，课堂上小组讨论交流顺畅，作业测试大多数同学能够很好的完成。作业测试评定结果如表2所示。

表2 作业评定结果表

从表2可以看到，第二小组成绩最低，学生课前采用非视频预习效果不是很好，课堂上的重难点讲解不能解决学生的所有问题，使得学生作业测试效果不佳。第一小组成绩居中，教师采用传统面对面教学方式，课堂上理论知识讲解的比较透彻，学生理解起来容易，但是教师与学生之间的互动少，课堂教学比较枯燥，课后学生遇到问题不能及时与教师交流沟通，使得学生作业测试结果不是很好。第三小组基于MOOC的单片机课程教学模式的成绩最好，说明相对于传统教学模式，课前的视频预习及在线交流很好的解决了学生的疑问，课堂讨论实现了学生的知识内化，课后教师通过网络能较好的指引学生进行知识的巩固及下阶段的学习，采用基于MOOC的单片机课程教学模式是切实可行的。

4 结论

“MOOC视频+课堂教学”教学模式下的单片机原理教学是传统面对面教学与MOOC视频的有机结合，继承了传统面对面课堂教学的优势，又发挥了MOOC视频模式下学生的主体作用，很好的实现了线上教师与学生的互动交流。基于MOOC的教学模式中教师起到了至关重要的引导作用，教学质量的保障主要靠教师。这种教学模式改变了传统教学的单调性，能够激发学生的自主学习能力，学有余力的同学能学习更多的知识，学习能力弱的同学能够通过反复观看视频来掌握相应的知识点。基于MOOC的教学激发了学生学习单片机的热情，提高了学生分析及解决单片机问题的能力，顺应了因材施教的教育方式，提高了单片机人才培养质量。