基于在線教學平臺與虛擬仿真平臺相結合的單片機線上教學模式探索

劉敏莊 謝永輝劉巖 宮志強 代也 劉丹

摘 要：單片機原理與應用是一門理工科專業必修的基礎課，為彌補傳統教學模式不可重復的問題，在教學過程中對線上教學模式進行了積極的探索。將在線教學平臺與虛擬仿真平臺相結合，可以實現在線單片機理論教學、虛擬仿真實驗及課程考核，學生也可以在PC端安裝虛擬仿真平臺同步開展實驗，這在很大程度上解決了學生課后無法進行線下實驗的困境，也為有效開展單片機線上教學提供了新的思路。

關鍵詞：在線教學平臺;虛擬仿真平臺;單片機;線上教學模式

一、緒論

單片機原理與應用作為一門理工科必修的專業基礎課，需要學生進行長期學習才能真正掌握，傳統教學模式采用的是線下面授的教學方式和集中筆試的課程考核方式，這種模式只能在學生在校期間開展一次，顯然不能很好滿足學生長期學習的需要。因此，探索單片機線上教學模式十分必要，本文將結合單片機課程自身教學特點，對線上單片機課程的教學模式進行探索，為線上高質量開展單片機課程教學提供新思路。

二、線上單片機課程教學模式的特點與優勢

目前，線上開展單片機課程相對較少，大多數單片機課程仍然采用傳統教學模式開展教學工作，其優點無須贅言，但同時其也存在很大的局限性，與傳統教學模式相比較，線上單片機教學模式的特點與優勢主要體現在以下三方面：

（一）線上單片機課程教學可重復性強

單片機原理與應用是一門理論性很強的課程[1]，其理論教學模式一般采用傳統教學模式進行，也即課堂集中面授，但此種教學模式下學生對課程的學習會隨著課程結束而結束，課程本身不可重復，學生復習等環節只能憑借回憶和筆記進行，不利于學生學習;相比之下，線上單片機課程教學具有可重復性，能夠滿足學生對課程內容回看等需求，同時結合筆記能夠大大提升課程學習、復習的效率和效果，這種模式能夠很好滿足學生學習單片機課程需求。

（二）線上單片機課程實驗教學靈活、可操作性強

除了理論性很強之外，單片機原理與應用也是一門工程實踐性很強的課程[2]。開展理論課教學，學習理論知識固然重要，但對單片機到底有沒有學懂弄通，還要看學生是否能夠獨立開展動手實踐。傳統實驗課同傳統理論授課模式一樣，一般采用學生集中分組到實驗室開展實驗的方式，實驗內容一般為上機虛擬仿真實驗和連接單片機實驗臺開展實物實驗，由此可見，傳統實驗教學過程對硬件設備有很強的要求，學生課后開展實驗，需自行購置硬件設備，這必然導致學習成本增加，不利于學生進一步學習;相比之下，線上開展單片機課程學生不僅可以對實驗過程回看，還可以充分利用單片機虛擬仿真軟件完成相關實驗內容，無須另行購買硬件設備。因此，線上單片機課程實驗教學更加靈活，且具有很強的可操作性。

（三）線上單片機課程考核效率高、精確性高

無論單片機課程的理論教學部分還是實驗教學部分，最終都必須由考核來評價學生學習效果。傳統課程理論考核采用集中筆試的方式進行，理論考試后判卷過程相對復雜，需要耗費任課教師大量精力，同時人為判卷也更容易發生誤判，造成試卷修改、涂抹等問題;相比之下，線上單片機課程考核方式既能夠減少教師的工作量，同時也能保證一旦出現個別選擇題參考答案錯誤的情況時，通過修正參考答案，能夠一步完成所有學生成績更正，如果出現個別同學大題所給分值有誤時，可重新查證后給分，操作過程簡單易行，能夠在很大程度上避免傳統單片機課程考核存在的缺點。因此，線上開展單片機課程考核效率高、精確性高。

三、在線教學平臺結合虛擬仿真平臺線上教學模式探索

（一）在線教學平臺

通過在線教學平臺，可以完成創建課程、添加活動、上傳資源、布置作業、小測驗等線上課程所需環節，學生可通過上傳的理論課、實驗課視頻教學資源開展課程學習，完全可以滿足線上教學活動需要。為能夠正確評價學生課程學習效果，在線教學平臺在課程學習完成之后提供了在線課程考核。以往線下考試題型一般為：填空、判斷、簡答，考慮到線上考試易受網絡不穩定、硬件設備故障等多種因素影響，導致線上答題過程會存在一些不確定情況，因此，為保證線上考試能夠順利進行，在不改變題量的情況下，通過調整傳統考試題型十分必要，可以將填空題改為單項選擇題，此舉可以有效提升學生答題速度，同時可以減小教師判卷工作量。

（二）單片機虛擬仿真平臺

1.虛擬仿真軟件

虛擬仿真軟件是一家英國公司開發的EDA工具軟件，它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，可以實現從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真。在編譯方面，它支持多種程序編譯器，選擇范圍較寬。基于以上優勢，該軟件受到了許多單片機愛好者及從事單片機教學教師的青睞。

在具體開展實驗環節的過程中，利用虛擬仿真軟件完成了各實驗電路的原理圖設計，如圖1所示為數碼管動態顯示實驗原理圖。

2.程序編寫軟件

程序編寫軟件采用的是一家美國公司開發的兼容51系列單片機的C語言程序編寫軟件，提供了包含C編譯器、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的51單片機開發方案，這些功能通過一個集成開發環境組合在一起，與匯編語言相比，C語言在功能、結構性、可讀性、可維護性等方面有明顯的優勢[3]，因此在實驗課程中采用C語言程序編寫軟件完成實驗程序編寫。

3.虛擬仿真軟件+程序編寫軟件

將用C語言程序編寫軟件編寫好的數碼管動態顯示實驗程序編譯生成.hex可執行文件，下載到相應原理圖所包含的單片機中，點擊運行，若程序編寫正確，則能夠觀察到如圖2所示的數碼管動態顯示實驗現象。

（三）虛擬仿真平臺與在線教學平臺相結合

虛擬仿真平臺與在線教學平臺相結合能夠很好地完成單片機課程內容，通過在線教學平臺可以將已錄制好的單片機原理與應用理論課、實驗課課程教學內容發布給學生，通過虛擬仿真平臺可以完成單片機原理與應用實驗課程線下的相關內容。此外，虛擬仿真平臺中虛擬仿真軟件及C語言程序編寫軟件安裝包可作為課程學習資料提供給學生，保證學生能夠隨時隨地開展單片機原理與應用學習，提高單片機應用能力和動手實踐能力。

四、結語

本文深入分析了單片機線上教學模式的優勢與特點，對單片機課程的線上教學模式進行了積極探索，將在線教學平臺與虛擬仿真平臺相結合，在線開展單片機理論教學及虛擬仿真實驗，學生也可以在PC端安裝虛擬仿真平臺同步開展實驗，這在很大程度上解決了學生課后無法開展線下實驗的困境，保質保量完成了課程教學任務，為有效開展單片機線上教學提供了新的思路。

參考文獻：

[1]溫如春，王祖麟，吳銀風.《單片機原理與應用》課程教學改革探討[J].中國科技信息，2006（10）：260-261.

[2]鄧廣福.單片機課程教學模式探索[J].職業時空，2011，7（08）：106-107.

[3]俞凡.基于單片機的廠區智能循跡滅火車模型的設計和實現[D].安徽農業大學，2016.

基金項目：本文系2018年河北中醫學院教育科學研究課題-基于翻轉教學與傳統教學輕度混合的《單片機原理與應用》課程教學探索與實踐（編號：18yb-38）研究成果

作者簡介：劉敏莊（1990— ），男，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，講師，河北中醫學院中西醫結合學院，主要研究方向為智能硬件、教育教學改革和電子系統故障診斷及圖像處理等。

*通訊作者：劉丹（1986— ），女，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，講師，河北中醫學院中西醫結合學院，主要研究方向為智能硬件、教育教學改革和神經元系統動態特性及同步控制。