机械类专业《单片机原理及应用》线上线下混合式教学研究

摘 要 针对机械类专业学生学习单片机知识困难、学习效果不理想等问题，提出以实践能力提高为主线、培养实际应用能力为目标，解决实际问题为需要的线上线下混合教学模式设计，变被动学习为主动学习，从盲目学习到有目的、有针对性学习，进而提高机械类专业单片机原理及应用课程的教学质量。

关键词 单片机;实践教学;教学质量;混合式教学模式

引言

单片机原理及应用课程作为机械类专业（机械设计制造及自动化、机械电子工程专业）重要的专业基础课之一，是一门结合电子、计算机等技术的应用性很强的课程，也是后续“数控”类课程和毕业设计的重要基础。

通过多年的教学实践工作，笔者深深感受到“单片机原理及应用”这门课程是既难教、又难学。例如在講授单片机的硬件结构时，机械类专业的学生如果在硬件方面的电子线路预备知识储备不足，或者对先修课程的学习没有能够达到足够的深度和广度，这就会严重地影响学生对单片机的入门学习，从而致使部分学生丧失能学会或学会这些课程的信心。

1课程设置对单片机学习的影响

机械类专业的学生在学习单片机课程的时候会因为入门难而丧失信心，究其原因，与机械类专业的基础课程设置有很大的关系。

1.1 理论学时短

我校以及一些高等院校的机械类专业在单片机原理及应用的理论教学中，学时数安排为短学时，而我校机械类专业的单片机理论学时只有16学时，且一直以来总是以单片机的内部硬件结构为主线，首先讲解单片机的硬件结构，其次讲授单片机的指令系统，软件编程，然后讲授单片机系统的扩展以及各种外围器件的应用，最后再讲一些应用实例。在16学时的基本理论授课过程中，只能给同学讲授最基本的单片机知识，这样大多数学生会感到本门课程枯燥难学，甚至会有很多同学直到本门课程结束了还不能理解寻址方式是什么，对ROM和RAM存储器单元的分配仍然感到很模糊，编程就更不用说了。等到做实验或课题的时候写程序没有思路，对单片机的开发过程不清楚，于是就有很多学生都会感叹：单片机太难学了！

1.2 电学基础知识薄弱

硬件方面的电子线路是学习单片机必须储备的预备知识[1]。而机械专业的学生对于电路基础、模拟电子线路和数字电子线路只是在一门课程《电工学》中讲述，课程学时偏少，这些重要的先修课程对机械类专业的学生来说没能达到足够的深度和广度，这严重地影响了学生的入门学习，一个知识点掌握不好就会影响后续的学习效果。

1.3 汇编指令难以理解

现在机械类专业学生对计算机语言的学习，主要通过三门课程来完成：大学计算机文化基础，VB，C语言。而在三门课程的教学过程中教师一般不会对数制、码制、内存、寄存器、总线、8位、32位机等概念进行深入的介绍，一般课程结束后，大多学生只是对这些名词有点印象，根本谈不上真正地理解。没有这些重要的概念，学生听起单片机课程来就会产生云里雾里不知所云的感觉。而单片机的低级语言—汇编语言的指令又和其硬件原理密切相关，如果硬件电路没有完全掌握，那么对于汇编指令也很难完全理解。

1.4 实践教学环节

学生在做实验时都是使用指导书上现成的资料，编译现成的程序，没有人去分析程序的流程，更谈不上去修改和完善了。对于单片机电路也只是按实验指导书在实验箱上做简单的连线，没有一个整体的电气原理图概念，最终还是不会设计电路，甚至连基本的电气原理图都读不懂。然而实验条件有限，不可能每个同学都能得到老师的辅导，加上实验课通常是以两学时为单元进行教学安排，而实验仪器的准备、清理又要占用一部分时间，有些好学的同学刚搞清楚程序的思路，兴趣刚起，时间却到了，学生只得草草收工。

2线上线下混合式教学方法设计

我们进行机械类专业单片机原理教改研究的目的是激发学生学习兴趣，帮助学生入门，使其具备进一步深入学习的能力，为后续“数控”类课程和毕业设计打好基础。通过对机械专业学生学习单片机困难等原因分析，任课教师要根据单片机课程的特点，突出重点，注重难点，不断地改进教学方法，丰富教学手段，努力提高教学质量。

（1）理论教学：万事开头难，精彩的开场白很重要，因此第一堂绪论课上采用形象教学，在课堂上利用Proteus仿真软件实现简单的流水灯控制过程，使学生对单片机的硬件结构、软件调试等有感性的认知。再以案例教学为主，根据所选案例的实际需要先简略介绍，再利用案例引导学生实验。由于教学课时有限，教师上课主要对所布置的案例进行引导、答疑，案例的完成大部分要靠学生在课外完成，使学生变被动学习为主动学习，让学生自觉补习过去掌握不牢的知识和自学以前没有接触到的内容，通过教学活动的实践发现，该教学方法的改革大大提高了学生的学习主动性，很好地促进了学生积极思考，激发了学生的学习潜能。

线上教学主要通过学院的“Course Grading” （简称CG）平台或邮件等多种方式灵活发布微课、作业，作业题型包括填空、选择、判断、简答、分析、设计等。学生通过邮件或CG平台在线提交作业。

教师和学生线下沟通方式除了利用手机和电子邮件，还广泛借助互联网社交工具，建立QQ群、微信群等多种沟通渠道，学生遇到问题时，可以通过照片或语音的形式向群里的教师或同学发出求助，使问题及时得到解决。

（2）实践教学：根据学生的学习能力和兴趣方向，引导学生积极参与小型单片机项目的开发。2-3人一组，完成至少1项以单片机为核心的作品，使其了解、掌握需求分析、分工协作、设计调试等一系列开发环节。

线上教学部分，要求学生掌握单片机仿真软件 Proteus 的基本使用方法，为其在单片机项目实践设计中绘制应用电路原理图打下良好的基础。指导教师讲解项目目标，学生提出至少2种以上设计方案，对比分析，选择1种可行方案后进行仿真硬件电路设计，仿真通过后，方可在现有实验设备上完成硬件连接和软件调试，也可在自行购买的面包板上实现硬件系统连接和编写系统程序。整个项目实现过程完全由学生设计和完成，教师只负责引导学生分析问题、解决问题。项目的最终完成，通过线上答辩等形式已经锻炼学生成为一个产品或者小系统的设计者，很好地培养了学生的工程素养，使学生开始学会思考，慢慢进入学习状态。

（3）多媒体课件、微课辅助教学。充分采用多媒体、微课等教学手段，提高学生对单片机汇编指令的理解程度。由于机械类学生以前还没有接触到低级语言的汇编指令，因此很难理解。对于这部分教学内容，课堂上可以充分利用多媒体的动画效果，对每条指令制作出动画效果，把复杂的汇编指令形象化，这样学生就很容易理解。課外辅助教学部分，通过“CG”平台把单片机原理、指令系统等难学难懂的内容制成生动形象，通俗易懂的微课件，使得学生除了上课时间外，也可以在课余时间，反复多次学习。

（4）过程化考核教学：取消“一考定成绩”的考核方式，增设阶段性考试，任课教师通过阶段性考核可以对教学效果及时了解，及时发现“学困生”，通过与辅导员互动、课堂关注、结对子帮扶、点对点答疑等一系列手段帮助“学困生”完成课程学习。

依托“CG” 平台辅助教学过程管理，根据知识点建立课程题库，学生在线完成阶段考试，并在提交后自动完成评判。通过该教学平台积累的成绩信息及操作数据，任课教师可以及时发现学生对知识点的掌握情况，做到有问题及时处理、及时改进，实现基于数据的学习状态预警，为开展个性化教学奠定基础。

考核成绩构成：线上线下实验（占比20%）、阶段考试（占比20%）和期末考试（占比60%），每部分满分都为100分。

最评成绩=线上线下实验*20%+阶段考试*20%+期末考试 *60%

以上是我根据我校机械类专业单片机教学、实验情况，结合多年的教学经验谈几点对于单片机教学的一些粗浅看法。水平有限，不妥之处望同行专家批评指正。

3结束语

单片机原理与应用课程在培养学生的创新意识、分析和解决实际问题的能力以及工程实践应用能力方面，发挥着积极的作用。这就要求教师跟紧单片机的发展潮流，不断地调整教学内容，改进教学方法，丰富教学手段，加强单片的实践环节，采取多种途径，提高教学质量，培养学生的创新能力，实现教与学的合一[2]。笔者在机械类专业的单片机原理与应用课程的教学实践中，通过与学生的配合，不断地摸索与尝试线上线下混合式教学模式，取得了较好的教学效果。

参考文献

[1] 伍龙，苗磊，黄凯峰.新工科下单片机课程混合式教学模式改革探索与应用[J].淮南师范学院学报，2019，1（1）：132-136.

[2] 李志宇.以混合式学习模式改善电工学教学效果的研究[J].大学教育，2017（4）：77-78.

作者简介

毛艳娥（1971-），女，辽宁省沈阳市人;学历：博士，职称：副教授，现就职单位：沈阳航空航天大学计算机学院，研究方向：智能控制理论与应用、嵌入式系统等方面。