基于云班課的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)探究*

楊麗梅，高國(guó)慶，鐵彥清，包供新

（寧夏理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，寧夏 石嘴山 753000）

從20世紀(jì)末開(kāi)始，教學(xué)改革的春風(fēng)吹遍了神州大地，工程教育提出“回歸工程”“工程教育范式轉(zhuǎn)移”“再造工程教育”等口號(hào)，反映出工程教育的創(chuàng)新是國(guó)際發(fā)展的趨勢(shì)[1]?；诖?，課題小組在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)中，結(jié)合云班課探索出面向?qū)W生、特色、創(chuàng)新的應(yīng)用型教學(xué)方法，助力工程教育強(qiáng)國(guó)、工程創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)，闖出了一條培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)高、動(dòng)手應(yīng)用能力強(qiáng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才之路。

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程屬于微機(jī)領(lǐng)域，主要介紹單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成和功能，以及匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)、設(shè)計(jì)程序等內(nèi)容。也是機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)、能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)、汽車(chē)服務(wù)與工程等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，隨著智能制造、人工智能等領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)的控制應(yīng)用越來(lái)越廣泛，研究單片機(jī)的控制方向是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的熱點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，掌握單片機(jī)原理及應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)，為后期課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為畢業(yè)以后能夠快速融入工作環(huán)境奠定了基礎(chǔ)。

本課程教改采用課前、課中、課后的三段式教學(xué)方法，并在教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中結(jié)合云班課做了以下的探究。

1）課前。學(xué)生作為課程學(xué)習(xí)的主體，應(yīng)該注意培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，并且讓學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)改變?yōu)閷W(xué)生從“知道什么”擴(kuò)展到“如何知道”“想知道”“我的理解和想法”“我存在的問(wèn)題”等，真正讓學(xué)生從“被動(dòng)聽(tīng)課”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)問(wèn)課”，知識(shí)要從被動(dòng)接受走向辯證思考，培養(yǎng)學(xué)生善于思考的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決學(xué)習(xí)過(guò)程中迷茫的問(wèn)題。針對(duì)這一目標(biāo)，課程的前一周在云班課平臺(tái)上發(fā)布本周學(xué)習(xí)任務(wù)單，在任務(wù)單中明確學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并針對(duì)這一部分的知識(shí)點(diǎn)提出問(wèn)題，讓學(xué)生圍繞問(wèn)題有針對(duì)性地學(xué)習(xí)，并指引學(xué)生通過(guò)不同的網(wǎng)站查閱這部分知識(shí)的相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，了解這一領(lǐng)域比較前沿的科學(xué)知識(shí)。這樣學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單的概念有一定的掌握，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生在課前知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中自我思考，提出問(wèn)題，并將提出的問(wèn)題在云班課課前開(kāi)啟的答疑討論區(qū)進(jìn)行呈現(xiàn)，教師針對(duì)這些問(wèn)題開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生的問(wèn)題有針對(duì)性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效率。

2）課中。利用云班課的一鍵簽到、限時(shí)簽到、手勢(shì)簽到等方法，實(shí)現(xiàn)快速的簽到。并在簽到的過(guò)程中利用定位功能，方便、快速地了解學(xué)生到課的情況。學(xué)生對(duì)于課前在云班課推送的資源，比如：計(jì)算機(jī)的基本概述，單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，單片機(jī)的類(lèi)型和典型單片機(jī)產(chǎn)品，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)及功能，I/O接口及功能，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及功能，中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能，CPU定時(shí)等基本知識(shí)的掌握程度和學(xué)習(xí)情況，可以在云班課的信息中進(jìn)行查看，快速掌握學(xué)生對(duì)于這些資源的學(xué)習(xí)情況。對(duì)于這部分知識(shí)的理解和掌握程度，在云班課平臺(tái)上開(kāi)啟頭腦風(fēng)暴或者測(cè)試等方法，進(jìn)一步檢驗(yàn)學(xué)生掌握的情況，通過(guò)平臺(tái)對(duì)學(xué)生作答情況的分析，針對(duì)學(xué)生存在的問(wèn)題，上課時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講解。

有研究表明：學(xué)生的頭腦不是知識(shí)的容器，教學(xué)的過(guò)程中不是給學(xué)生滿(mǎn)堂灌，而是讓學(xué)生能夠?qū)@部分知識(shí)理解并加以應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、善于探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)應(yīng)用型人才[2]?！皢纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用”課程將理論知識(shí)的講解融于循環(huán)點(diǎn)亮彩燈、交通燈等的控制以及中斷等具體實(shí)踐中，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解應(yīng)用以及動(dòng)手實(shí)踐的能力，提高了人才培養(yǎng)的效率和質(zhì)量。大學(xué)教學(xué)中存在的玩手機(jī)、睡覺(jué)等問(wèn)題，說(shuō)明單向的知識(shí)輸入的教學(xué)模式已經(jīng)讓學(xué)生厭倦了枯燥的學(xué)習(xí)，加上沒(méi)有高考的壓力，學(xué)生容易放松對(duì)自己的要求。無(wú)數(shù)的實(shí)踐表明：在教學(xué)的過(guò)程中增加課堂的互動(dòng)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在學(xué)生對(duì)課前基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和理解的基礎(chǔ)上，主動(dòng)構(gòu)建師生、生生之間的對(duì)話(huà)交流，在相互交流的過(guò)程中，向同伴講授或者請(qǐng)教的過(guò)程中加深對(duì)知識(shí)的理解。故在課程實(shí)施過(guò)程中采用項(xiàng)目導(dǎo)入的方式進(jìn)行教學(xué)。

比如，進(jìn)行對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的講解時(shí)，在上課前首先演示搖頭風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)，并開(kāi)啟云班課設(shè)置的討論活動(dòng)，讓學(xué)生相互交流和探討搖頭風(fēng)扇的工作原理，并解釋其運(yùn)動(dòng)過(guò)程的技術(shù)路線(xiàn)。教師同時(shí)結(jié)合單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，不斷提示和指引學(xué)生進(jìn)行思考，最終總結(jié)出：搖頭風(fēng)扇的控制是單片機(jī)的控制功能。并介紹其單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成以及功能，引導(dǎo)學(xué)生思考單片機(jī)引腳的封裝形式和各個(gè)引腳的功能。這樣可以讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)這部分知識(shí)的用途，讓學(xué)生帶著目的和興趣進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且設(shè)置不同的功能，讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐操作。避免學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的過(guò)程中覺(jué)得枯燥無(wú)味，并培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)完整單片機(jī)系統(tǒng)的能力，培養(yǎng)學(xué)生在求知過(guò)程善于思考、探索、發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的意愿和勇氣[2]。

為了讓學(xué)生對(duì)搖頭風(fēng)扇內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖有更加深入的理解，在實(shí)踐的環(huán)節(jié)中加入基于protues和keil軟件的模擬。故在云班課的平臺(tái)上推送protues和keil軟件以及這些軟件的學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生在protues軟件上繪制搖頭風(fēng)扇的內(nèi)部電路圖,可以增加學(xué)生對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解。引導(dǎo)學(xué)生在keil軟件上用C語(yǔ)言編寫(xiě)控制的程序，可以將學(xué)生大一時(shí)期學(xué)習(xí)的C語(yǔ)言知識(shí)加以具體的應(yīng)用，并為第三章學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言的指令系統(tǒng)奠定一定的基礎(chǔ)。將protues軟件和keil軟件結(jié)合，模擬驗(yàn)證搖頭風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。并將驗(yàn)證的過(guò)程以錄屏的方式進(jìn)行保存，上傳至在云班課開(kāi)啟的作業(yè)中，可以比較方便地查看學(xué)生練習(xí)的情況以及存在的問(wèn)題，針對(duì)存在的問(wèn)題，下節(jié)課或者課外找時(shí)間進(jìn)行解答。在課程中采用理論和實(shí)踐兩條線(xiàn)并行運(yùn)行的方式，提高學(xué)生對(duì)微機(jī)理論知識(shí)的掌握程度。通過(guò)在云班課開(kāi)啟的頭腦風(fēng)暴、討論、作業(yè)等活動(dòng)加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的精神以及創(chuàng)新的能力。

3）課后。通過(guò)云班課的平臺(tái)給學(xué)生發(fā)布課后作業(yè)，可以設(shè)置提交作業(yè)的最晚時(shí)間[3]。同時(shí)，針對(duì)學(xué)生存在的抄襲作業(yè)、不自主完成作業(yè)的問(wèn)題，對(duì)于作業(yè)的布置采用如下方法：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，布置不同的作業(yè)。①對(duì)于學(xué)習(xí)成績(jī)一般的同學(xué)，老師指定作業(yè)題目，同時(shí)在云班課開(kāi)啟作業(yè)的活動(dòng)，設(shè)置作業(yè)提交的最遲時(shí)間，督促學(xué)生及時(shí)完成作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生克服一拖再拖的學(xué)習(xí)習(xí)慣。②對(duì)于學(xué)習(xí)能力比較突出的學(xué)生，一是根據(jù)指定的內(nèi)容設(shè)計(jì)作業(yè)題，給學(xué)生指定題型，要求題目的難度以及耗時(shí)不同，如“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的指令系統(tǒng)部分，要求學(xué)生針對(duì)數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、位操作指令、控制轉(zhuǎn)移指令的內(nèi)容自行設(shè)計(jì)3題難易程度不同的題目，讓學(xué)生在搜尋和設(shè)計(jì)題目的過(guò)程中對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，通過(guò)判斷題目的難易程度來(lái)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力。 二是針對(duì)指定的內(nèi)容設(shè)計(jì)討論題，比如單片機(jī)的類(lèi)型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)、單片機(jī)中定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式以及單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、中斷響應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)，了解現(xiàn)在比較前沿的知識(shí)，根據(jù)已經(jīng)了解和掌握的知識(shí)設(shè)計(jì)討論題。學(xué)生具有豐富的創(chuàng)造力，如何開(kāi)發(fā)，就在于老師的適度引導(dǎo)，故教師在本科階段授予學(xué)生的不僅是“魚(yú)”，更重要的是“漁”。生產(chǎn)實(shí)習(xí)是學(xué)生能夠快速與社會(huì)接軌的通道，學(xué)校應(yīng)該注重與使用單片機(jī)有關(guān)技術(shù)的企業(yè)建立校企合作，使學(xué)生能夠積極參與進(jìn)來(lái)，這樣可以增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，有效避免了實(shí)習(xí)存在虛化、軟化、弱化的現(xiàn)象。同樣也為培養(yǎng)應(yīng)用型人才奠定了一定的基礎(chǔ)，讓學(xué)校立足定位，按照定位來(lái)發(fā)展[4]。

4）評(píng)價(jià)。課程實(shí)施過(guò)程是師生、生生之間共同探討問(wèn)題與發(fā)展理解的過(guò)程，教師應(yīng)該建立有效的評(píng)價(jià)體系，將過(guò)程考核與終結(jié)性考核結(jié)合起來(lái)，有效提高學(xué)生對(duì)于過(guò)程學(xué)習(xí)的重視度。對(duì)于“單片機(jī)原理及應(yīng)用”這門(mén)課程，從日常學(xué)習(xí)表現(xiàn)、自主學(xué)習(xí)能力方面考核，包括課前推送資源的學(xué)習(xí)情況、答疑討論區(qū)提出問(wèn)題的情況；從知識(shí)運(yùn)用能力方面，對(duì)討論按照淺層參與、中層參與、深層參與3種參與度進(jìn)行評(píng)價(jià)，以及對(duì)測(cè)試和作業(yè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)；從任務(wù)成果展示方面，對(duì)實(shí)驗(yàn)以及終結(jié)性考核5個(gè)方面開(kāi)展了評(píng)價(jià)。作業(yè)部分的評(píng)價(jià)，采用教師點(diǎn)評(píng)、學(xué)生互評(píng)的模式，在實(shí)施的過(guò)程中，對(duì)云班課發(fā)放的作業(yè)采用老師評(píng)分、組間互評(píng)、組內(nèi)互評(píng)的模式。通過(guò)評(píng)價(jià)可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行解答，同時(shí)學(xué)生在參與評(píng)價(jià)的過(guò)程中可以自覺(jué)地提高對(duì)自己的要求，嚴(yán)格按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)自己，并且能夠認(rèn)真地分析材料、科學(xué)地分析問(wèn)題、創(chuàng)新地尋求新答案。

綜上所述，將“單片機(jī)原理及應(yīng)用”這門(mén)課程的教學(xué)研究與云班課平臺(tái)相結(jié)合，可以在線(xiàn)上有效開(kāi)展課前、課中、課后等一系列的活動(dòng)，因?qū)γ恳粋€(gè)活動(dòng)賦予學(xué)生一定的經(jīng)驗(yàn)值，可以激勵(lì)學(xué)生去學(xué)習(xí)。并且對(duì)于學(xué)生的資源學(xué)習(xí)情況和活動(dòng)的參與度有統(tǒng)計(jì)，對(duì)學(xué)生有一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)督的作用。同時(shí)結(jié)合實(shí)踐激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生對(duì)于課堂的參與度。并且最終的成績(jī)可以借助數(shù)據(jù)的導(dǎo)出功能，方便整理和管理。然而，“單片機(jī)原理及應(yīng)用”教學(xué)改革仍然是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的教學(xué)任務(wù)。教師只有通過(guò)不斷改革創(chuàng)新，勇于親身實(shí)踐，才能使學(xué)生在學(xué)習(xí)中有所收獲，才能從根本上保證教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)成效的全面提高。