基于MOOC的《单片机应用技术》线上仿真教学研究

基于 MOOC的《单片机应用技术》线上仿真教学研究

郑安豫 周锐 杨春玲

安徽电气工程职业技术学院 自动化系，安徽 合肥 230011

摘要：针对工科类MOOC课程缺少实验环节的问题，提出了虚拟仿真手段进行解决。以《单片机应用技术》课程为例，在实际教学中，构建了一套基于MOOC课程的仿真教学方法，用于线上环节开展实践活动的教学体系。适逢疫情期间《单片机应用技术》MOOC的线上仿真实验教学运行，展示出这种教学模式有利于提高学生线上实践部分的学习效果。

关键字：MOOC;线上;仿真

0 引言

大规模开放在线课程MOOC（Massive Open Online Course）,于2012年在美国兴起^[1]。MOOC利用网络和数字化资料开展教学，课程的开展摆脱了传统教学空间和时间的限制，可以学习到MOOC平台上所有的课程。在教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知^[2]中指出提高在线精品课程的数量和质量。

2020年春季，受新型冠状病毒的影响，教育部倡导“停课不停学”，全国各大高校开展的线上教学活动，再次将线上课程推向一个新阶段。

伴随着MOOC课程的日益兴起，一个问题也随着出现，那就是课程的实践环节无法实现。尤其对单片机类的课程，对实验过程要求比较高的课程纯理论讲解不能满足课程教学需求。课程组针对这一问题，以《单片机应用技术》课程为例，研究线上仿真教学在MOOC教学中的运用。

1、MOOC课程中的线上仿真教学需求

单片机课程的实验环节是整个课程的核心部分，实验部分课程开展的优劣将直接影响到课程开展的质量。以我校《单片机应用技术》课程为例，总学时48学时，其中理论课学时24学时，实验课时24课时，可见实验环节是不可缺失的重要部分。

由于MOOC课程针对全网用户，采用传统的单片机线下实验过程无法满足MOOC课程的实际需求。采用单片机仿真实验^[3]，利用软件完成线上虚拟实验，可以达成传统教学模式中实践教学活动。

2、仿真实验方法

2.1传统单片机实验教学设计

单片机小系统的设计，基于任务的设计其基本流程如图1所示。

图1传统单片机任务设计流程图

从传统的开发过程来看，除了硬件电路设计制作外，都是可以通过软件实现。对于课程所涉及到的硬件选型和设计只需要一款EDA软件来完成硬件部分，就可以实现线上教学的开展。

2.2线上仿真实验解决方法

单片机课程采用Proteus仿真软件，Proteus软件具有丰富的仿真元器件，生动的交互界面。Keil编程软件产生的目标程序下载到Proteus软件中去和下载到硬件电路中产生的实验效果一致^[4]。

2.3线上仿真教学设计

单片机线上实验环节教学过程要求学生对Proteus软件和Keil编程软件的操作都非常熟练。为此在进行MOOC的线上仿真教学过程中要考虑以下因素：

1. Proteus软件对学生是一款全新的EDA软件，初次接触都会觉的不容易上手，因此在仿真实验项目开始之前，为减轻学生学习难度，课程组教师需要对软件的基本操作录制视频，分步骤教学，让学生轻松入手，为后期学项目实践做基础。

2. 实验内容要涵盖到线下教学中所设计的所有项目和课程大纲所要求的教学目标，项目的设计要有拓展性，能够普及到所有MOOC学生的学习需求，达到提高学习者的学习积极性。

3. 实验项目的设计要科学，并且具有梯度性，让学生能够由浅入深地掌握Proteus软件配合Keil的单片机小项目的设计开发。

4. 教学设计由于是在线上完成，也要注重互动交流环节的设计，提高学生的参与感。

2.4线上仿真教学实施步骤

基于MOOC的《单片机应用技术》课程线上仿真教学实施步骤如图2所示，分三步走，包括实验项目前期阶段、实验项目教学阶段、实验项目完成后阶段。

图2 线上仿真教学步骤

2.4.1实验项目前期阶段

实验项目前期阶段是为了完成教学目标，教师在课前完成的准备阶段，包括以下几个部分：

1. 让学生明确本次实验的教学目标。由于线上教学时间限制，为了让学生学习目的明确，课前教师要准备教学内容和教学设计，突出重点。

2. 教学资料准备。为了让学生线上仿真有的放矢，教师在录制视频包括两部分，一部分是仿真项目的原理，一部分是仿真项目的设计和制作部分。为了分层分类教学视频内可增加拓展项目部分。

3. 在MOOC课程网站中除了视频部分，可以增加一部分文本资料，包括课件、相关文献，甚至教学大纲，提高学生学习的目的性。

2.4.2实验项目教学阶段

基于MOOC的单片机线上仿真教学教学阶段是指学生在线学习课程。教师开展实验项目教学需要完成以下几个部分：

1. 发布视频学习通告。告知所有学生学习视频已经上线。

2. 发布作业任务。让学生边学边练，结合实验视频的教学内容完成，达成仿真教学过程。

3. 发布拓展任务。让有余力的学生在基本实验的基础上完成拓展功能的实现，满足多样化线上教学的需求。

2.4.3实验项目完成后阶段

学生在完成线上作业后，教师要积极给与评价，针对比较突出的共性问题，需要集中答疑。对学生线上提问及时给与回复。虽然MOOC不同于传统线下教学，但是积极的课后作业评价总结，对学生学习积极性还是有非常大的帮助。

3、基于MOOC的仿真教学实践

以8位LED数码管的动态扫描电路为例，如图3所示，该项目要求学生掌握多位LED数码管的动态扫描显示原理，掌握用单片机动态扫描法驱动LED数码管的电路设计，掌握动态扫描法驱动8位LED数码管的程序设计方法[5]。在线上实验项目前期阶段，教师上传资料、制作实验视频。在教学阶段将视频资料和文本资料都上传到MOOC平台上。布置仿真作业让学生完成动态仿真作业。布置拓展任务1：让学生用74LS138实现动态扫描，布置拓展任务2：让学生用外部触发电路实现数码管计数器。实验项目完成后阶段要对学生的问题给与解答并将拓展任务参考方案以文本的形式给出。

图3 8位LED数码管动态扫描电路

4、实施效果分析

根据线上学生的作业提交和线上答疑讨论互动反映，表明学生对线上实验教学的这种三步走的模式是认可的。大部分同学能完成教师布置的仿真作业，部分学生还能较好的完成拓展部分的作业，说明教学目标达成。

5、教学反思与体会

基于MOOC的《单片机应用技术》线上仿真教学，不仅可以将资源以课程的形式在线上开展教学，在疫情期间，作为一种有效的教学手段也得到了各方面的支持。高等职业教育如何利用MOOC线上教学结合线下教学开展常态化教学研究是后续值得研究的方向。

参考文献

[1]王晶心,王宇.高校教师MOOC采纳行为的影响因素分析-基于P大学的跨案例研究[J].现代教育技术.2019(3):92-98

[2]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[2018]6号[EB/OL].（2018-04-18 ）http://www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html

[3]王娟.Proteus软件在单片机专题实训中的应用[J].实验室研究与探索，2012,31(8):72-74

[4]王海燕,杨艳华.Proteus和Keil软件在单片机实验教学中的应用[J].实验室研究与探索,2012,31(5):88-91

[5]王小立，王体英，朱志.单片机小系统设计与制作[M].合肥工业大学出版社2012:103-108

基金项目：1、安徽省质量工程（大规模在线开放课程（MOOC）示范项目）《单片机应用技术》（2019mooc560）； 2、安徽省质量工程（教学示范课）《单片机小系统的设计与制作》

作者简介：郑安豫（1981-），汉，女，安徽合肥人，硕士，副教授，主要研究方向：自动化。

单位：安徽电气工程职业技术学院 邮编：230051

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