《微机原理及接口技术》课程网络教学实践

周志峰 徐 斌 钱 莉 张海峰

（上海工程技术大学机械与汽车工程学院 上海 201620）

0 引言

由于新冠肺炎疫情影响，2020年上半年的课程全部改为网络授课，对高校教师来讲是一个比较大的挑战，如何利用各种网络平台上好课是今年教师的主要任务之一。《微机原理及接口技术》是机械类及近机类专业普遍开设的一门专业课，该课程强调实践和应用，学生普遍反映比较难学，不容易学懂。一方面要求任课教师具有一定的工程实践经验，独立开发过单片机测控系统，对单片机汇编语言及外围接口比较熟悉；另一方面需要开设课内实验或课程设计，提高和增强学生的实践能力，通过实践加强对汇编指令、单片机内部结构和原理、外围接口的理解和掌握。

本文结合这次网络授课实践，从授课平台、授课准备、教学内容、课后辅导、课程考核等方面进行探索实践，积极开展网络授课研究，努力保证教学质量，力求学生能学懂，初步掌握单片机的基本原理、汇编语言程序设计、接口扩展等方面的内容。

1 授课平台和方式

网络授课平台很多，有的平台功能也很强大，如泛雅超星等，方便老师的教学、课程提问、小测验和期末考核，但是有时对学生未必合适，因此选择授课平台时更多需要从学生角度来看。通过授课前的调研，发现学生最喜欢用还是QQ，每位学生的手机或计算机上都有QQ，而且班级也建有QQ群，因此本次网络授课采用QQ群。

网络授课有录播和直播两种方式。录播是提前把2学时的教学内容录制好，到了上课时间通过授课平台给学生播放。直播是按照学生上课时间进行在线授课，学生通过计算机或手机实时观看学习。两种方式各有优缺点，但是录播方式进行互动交流不方便，不利于课堂教学；直播方式互动交流方便，教学过程中可以随时提问学生，学生在听讲过程中也可以随时向老师提问。因此本次网络授课采用QQ群的屏幕分享进行在线直播。同时为了方便学生课后学习，选择FSCapture录屏软件进行在线录屏，把教师端上课屏幕实时录屏，每次课程一个单独视频文件，课后上传QQ群，供学生下载，方便学生回看和自学。

2 授课准备

提前1-2周建立授课QQ群，通过辅导师和班干部，通知所有选课同学加入QQ群，同时把教学大纲、教学PPT、实验指导书等课程教学资料上传QQ群，让学生提前了解和熟悉课程内容，方便学生预习和自学；指定课程临时联络人，进行课程出勤的考核、收缴和发放作业等工作；正式上课前3-5天进行网络授课测试，通知所有学生参加，重点测试网络情况，考查教师端和学生端的视频和音频的质量、时间延迟、交流互动等情况，模拟上课情况，确保正式上课时能正常开展。

微机原理及接口是一门偏工程实践的专业技术课，一定要多动手编程实践，才能比较好地掌握其基本原理和应用方法。原教学方案中安排有课内实验，由于疫情学生无法回学校进行实验。因此鼓励学生从淘宝上自行购买一块51单片机学习板，配合课程教学一边学一边编程练习。同时鼓励学生在家自学虚拟开发系统与仿真的EDA软件，如PROTEUS，利用EDA软件的强大功能，进行单片机系统的设计、编程和调试，增强工程实践能力。

3 教学内容

网络教学的教学内容和教室教学一样，主要包括第一章微机基础，内容有单片微型计算机概述、数制及数的转换、数的表现形式、数和字符编码等；第二章单片机结构，内容有51单片机的内部结构、单片机引脚和功能、单片机工作方式和时序等，重点为51单片机CPU结构及专用寄存器组、ROM和内部RAM地址分配；第三章51单片机指令系统，内容有指令的基本格式和表示形式、寻址方式、数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算类指令、控制转移类指令和位操作类指令等，重点为寻址方式和常用汇编指令；第四章汇编语言程序设计，内容有汇编语言构成、伪指令、顺序结构、分支结构、循环结构、子程序、查表程序实现方法等，重点为循环结构、子程序、查表程序的设计；第五章中断系统，内容有中断概述、MCS-51中断系统、内部定时器/计数器、中断控制器8259A，重点为MCS-51中断系统的结构、中断响应过程、中断程序设计方法；第六章并行I/O接口，内容有I/O接口概述、内部并行I/O端口、并口扩展、外部存储器的扩展、键盘和显示器等，重点为外部存储器地址计算方法、矩阵键盘扫描原理和程序设计、LED数码管显示原理和程序设计；第七章单片机与A/D和D/A接口，内容有A/D和D/A转换的原理、典型的8位A/D和D/A转换器、单片机与A/D和D/A的接口及应用等，重点为单片机和A/D转换器的接口设计和采样程序设计、单片机和D/A转换器的接口设计和采样程序设计；第八章单片机串行通信，内容有RS232、SPI、I2C通信的基本原理、典型芯片、单片机接口和程序设计等，重点为串行通信程序的设计。

优化教学PPT设计。网络教学的内容和原来教室教学一样，但由于没有实际的黑板，很多过程变化无法在黑板上展示，如计算过程或寄存器变化等，因此需要对原PPT进行细化和优化，把原来在黑板上展示的过程，做到PPT上并通过网络授课方式向学生展示。同时需要考虑授课时的网络环境，学生分布在全国各地，尤其正常上课时间全国高校都在网络授课，网络堵塞和延迟有时十分严重，应尽量减少PPT中的视频和动画，一些学生相对容易理解的教学内容尽量不做动画或视频，这样在线直播时学生端的视频画面质量较好且实时效果好。

针对教学大纲中的课内实验，采取课堂教学和学生自学相结合的方式进行。一方面认真分析实验指导书，通过网络教学向学生讲解实验的电路原理图，带领学生分析实验程序设计方法、重点程序段的含义，使学生基本了解实验原理和过程；另一方面利用PROTEUS软件进行实验设计和验证，要求学生在家里自学PROTEUS软件，掌握电路原理图设计和仿真调试，设计实验所用电路原理图，然后进行程序设计和仿真调试，观察输出结果，验证实验的正确性。

4 课堂设计

网络教学和教室的课堂教学有较大的区别，其中一个最大的区别是老师看不到学生，无法知道学生是不是在认真上课，无法通过学生的表情来判断学生是否理解和掌握当前教学内容。因此必须在网络教学过程中开展一些工作，促进学生学习，确保教学质量。

适当交流互动。针对教学内容和相关课程的知识点，在教学过程中适当增加提问次数，随机点名学生回答。一方面可以确认学生当前是否在上网课，如果学生不在，作为旷课处理，扣除一定的出勤分数；另一方面可以使学生保持一种上课的状态，不断提醒学生正在上课，不能随意离开计算机或手机屏幕。同时对回答问题正确的同学进行一定记录，作为平时成绩考核的重要组成部分，鼓励学生认真上课。

认真做好网络板书。微机原理中汇编指令、程序设计等内容进行讲解时，需要在黑板或草稿纸上进行演示，这样有利于学生理解和掌握。因此在线直播授课时要充分利用各种输入方式和设备进行演示。本次授课过程采用手写输入板和PPT墨迹笔两种方式进行单片机内部结构、指令执行过程、中断执行过程等课程教学内容的演示，通过演示，使学生更容易理解和掌握教学内容。

5 课后辅导

课后的辅导答疑十分重要，网络授课环境下要充分利用各种方式进行课后辅导。一方面利用QQ和微信等平台，随时和学生保持交流沟通，学生可以随时留言问题，老师在线或事后答疑；另一方面和学生约定好每周集中在线答疑时间，利用腾讯会议、QQ、微信等平台，统一和学生交流，尤其是一些程序设计问题，集中答疑辅导。同时每章教学内容结束后布置课后作业，学生完成后转换成电子版，课程临时联络人收齐后发送给任课教师，任课教师批改并记录作为学生平时成绩的一部分，同时汇总整理学生错误较多的习题，在集中在线答疑时间进行分析和讲解。

针对重要知识点、学生作业错误较多的知识点、学生疑问多的难点，制作有针对性的课程小视频。每个课程小视频10页左右的PPT，6-10分钟时间，围绕一个重要知识点或难点进行细致的讲解，然后录屏制作成小视频，上传到QQ群，供学生下载学习，这样学生可以方便地在手机上随时随地学习这些重点和难点，促进学生的理解和掌握。本次网络授课过程中一共制作了20个小视频发送给学生随身学习，促进了重要知识点的理解和掌握，学生学习效果良好。

6 课程考核

微机原理及接口技术是一门偏工程技术的课程，重点在于应用，通过学习，学生能利用课程的相关知识，设计开发简单的基于单片机的测控系统，课程考核重点是知识点的理解掌握和应用。同时网络监考也存在一定的难度，虽然学校制定了相关的制度和要求，但学生个体情况差异很大，严格执行学校网络监考相关要求存在一定问题，因此本次课程考核采取开卷考试。

考试重点考查学生对相关知识点的理解和掌握，对知识点的应用能力，学生在教材上不能直接找到考试题目的答案，需要理解掌握相关知识点后才能回答正确，题型有填空、简答、计算和程序设计等四类，其中填空题主要考查单个知识点的理解掌握，简答题考查单片机结构、内部资源和接口的理解掌握，计算题考查寻址方式、汇编指令和外部扩展等方面知识点，程序设计考查A/D接口、程序设计和定时中断等方面的知识点。

考试前2-3天把考试规章制度发到QQ群，提前告知学生，同时要求学生按规章制度做好考试准备工作，同时把答题纸电子版上传QQ群，学生自行下载打印答题纸。考试当天提前1-3分钟在QQ群上传试卷电子版，学生下载后在是计算机上看题，答题纸上答题。考试过程中按监考要求，学生在摄像头监控范围内认真答题，可以翻阅上课PPT、笔记和教材，但不能上网搜索题目答案，无特殊原因不能随意离开监控范围。考试结束前5分钟提醒学生，答题纸拍照后转成PDF电子版答题纸，按学号+姓名的方式命名，发送到指定邮箱。考试结束后任课教师进邮箱下载答题纸并打印，在纸质版答题纸上进行试卷批改。

7 结束语

受疫情影响，2020年上半年高校都是网络教学，这种全国甚至全世界高校大规模网络教学的情况是有史以来第一次，如何利用网络平台开展课程教学、保证教学质量是一个值得探索和研究的课题。本文以微机原理及接口技术课程为例，针对网络教学和课程的特点，从授课前、授课中、授课后等三个方面进行了网络教学实践，从课程考核结果看，学生对课程主要知识点和重点的掌握情况良好，和平时教室课堂教学效果差不多，达到了课程教学目标，总体情况良好。