《微機原理及接口技術(shù)》課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實踐

周志峰 徐 斌 錢 莉 張海峰

（上海工程技術(shù)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院 上海 201620）

0 引言

由于新冠肺炎疫情影響，2020年上半年的課程全部改為網(wǎng)絡(luò)授課，對高校教師來講是一個比較大的挑戰(zhàn)，如何利用各種網(wǎng)絡(luò)平臺上好課是今年教師的主要任務(wù)之一?！段C原理及接口技術(shù)》是機械類及近機類專業(yè)普遍開設(shè)的一門專業(yè)課，該課程強調(diào)實踐和應(yīng)用，學(xué)生普遍反映比較難學(xué)，不容易學(xué)懂。一方面要求任課教師具有一定的工程實踐經(jīng)驗，獨立開發(fā)過單片機測控系統(tǒng)，對單片機匯編語言及外圍接口比較熟悉；另一方面需要開設(shè)課內(nèi)實驗或課程設(shè)計，提高和增強學(xué)生的實踐能力，通過實踐加強對匯編指令、單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理、外圍接口的理解和掌握。

本文結(jié)合這次網(wǎng)絡(luò)授課實踐，從授課平臺、授課準(zhǔn)備、教學(xué)內(nèi)容、課后輔導(dǎo)、課程考核等方面進(jìn)行探索實踐，積極開展網(wǎng)絡(luò)授課研究，努力保證教學(xué)質(zhì)量，力求學(xué)生能學(xué)懂，初步掌握單片機的基本原理、匯編語言程序設(shè)計、接口擴(kuò)展等方面的內(nèi)容。

1 授課平臺和方式

網(wǎng)絡(luò)授課平臺很多，有的平臺功能也很強大，如泛雅超星等，方便老師的教學(xué)、課程提問、小測驗和期末考核，但是有時對學(xué)生未必合適，因此選擇授課平臺時更多需要從學(xué)生角度來看。通過授課前的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)學(xué)生最喜歡用還是QQ，每位學(xué)生的手機或計算機上都有QQ，而且班級也建有QQ群，因此本次網(wǎng)絡(luò)授課采用QQ群。

網(wǎng)絡(luò)授課有錄播和直播兩種方式。錄播是提前把2學(xué)時的教學(xué)內(nèi)容錄制好，到了上課時間通過授課平臺給學(xué)生播放。直播是按照學(xué)生上課時間進(jìn)行在線授課，學(xué)生通過計算機或手機實時觀看學(xué)習(xí)。兩種方式各有優(yōu)缺點，但是錄播方式進(jìn)行互動交流不方便，不利于課堂教學(xué)；直播方式互動交流方便，教學(xué)過程中可以隨時提問學(xué)生，學(xué)生在聽講過程中也可以隨時向老師提問。因此本次網(wǎng)絡(luò)授課采用QQ群的屏幕分享進(jìn)行在線直播。同時為了方便學(xué)生課后學(xué)習(xí)，選擇FSCapture錄屏軟件進(jìn)行在線錄屏，把教師端上課屏幕實時錄屏，每次課程一個單獨視頻文件，課后上傳QQ群，供學(xué)生下載，方便學(xué)生回看和自學(xué)。

2 授課準(zhǔn)備

提前1-2周建立授課QQ群，通過輔導(dǎo)師和班干部，通知所有選課同學(xué)加入QQ群，同時把教學(xué)大綱、教學(xué)PPT、實驗指導(dǎo)書等課程教學(xué)資料上傳QQ群，讓學(xué)生提前了解和熟悉課程內(nèi)容，方便學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)；指定課程臨時聯(lián)絡(luò)人，進(jìn)行課程出勤的考核、收繳和發(fā)放作業(yè)等工作；正式上課前3-5天進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授課測試，通知所有學(xué)生參加，重點測試網(wǎng)絡(luò)情況，考查教師端和學(xué)生端的視頻和音頻的質(zhì)量、時間延遲、交流互動等情況，模擬上課情況，確保正式上課時能正常開展。

微機原理及接口是一門偏工程實踐的專業(yè)技術(shù)課，一定要多動手編程實踐，才能比較好地掌握其基本原理和應(yīng)用方法。原教學(xué)方案中安排有課內(nèi)實驗，由于疫情學(xué)生無法回學(xué)校進(jìn)行實驗。因此鼓勵學(xué)生從淘寶上自行購買一塊51單片機學(xué)習(xí)板，配合課程教學(xué)一邊學(xué)一邊編程練習(xí)。同時鼓勵學(xué)生在家自學(xué)虛擬開發(fā)系統(tǒng)與仿真的EDA軟件，如PROTEUS，利用EDA軟件的強大功能，進(jìn)行單片機系統(tǒng)的設(shè)計、編程和調(diào)試，增強工程實踐能力。

3 教學(xué)內(nèi)容

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教室教學(xué)一樣，主要包括第一章微機基礎(chǔ)，內(nèi)容有單片微型計算機概述、數(shù)制及數(shù)的轉(zhuǎn)換、數(shù)的表現(xiàn)形式、數(shù)和字符編碼等；第二章單片機結(jié)構(gòu)，內(nèi)容有51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單片機引腳和功能、單片機工作方式和時序等，重點為51單片機CPU結(jié)構(gòu)及專用寄存器組、ROM和內(nèi)部RAM地址分配；第三章51單片機指令系統(tǒng)，內(nèi)容有指令的基本格式和表示形式、尋址方式、數(shù)據(jù)傳送類指令、算術(shù)運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作類指令等，重點為尋址方式和常用匯編指令；第四章匯編語言程序設(shè)計，內(nèi)容有匯編語言構(gòu)成、偽指令、順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、子程序、查表程序?qū)崿F(xiàn)方法等，重點為循環(huán)結(jié)構(gòu)、子程序、查表程序的設(shè)計；第五章中斷系統(tǒng)，內(nèi)容有中斷概述、MCS-51中斷系統(tǒng)、內(nèi)部定時器/計數(shù)器、中斷控制器8259A，重點為MCS-51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、中斷響應(yīng)過程、中斷程序設(shè)計方法；第六章并行I/O接口，內(nèi)容有I/O接口概述、內(nèi)部并行I/O端口、并口擴(kuò)展、外部存儲器的擴(kuò)展、鍵盤和顯示器等，重點為外部存儲器地址計算方法、矩陣鍵盤掃描原理和程序設(shè)計、LED數(shù)碼管顯示原理和程序設(shè)計；第七章單片機與A/D和D/A接口，內(nèi)容有A/D和D/A轉(zhuǎn)換的原理、典型的8位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、單片機與A/D和D/A的接口及應(yīng)用等，重點為單片機和A/D轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計和采樣程序設(shè)計、單片機和D/A轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計和采樣程序設(shè)計；第八章單片機串行通信，內(nèi)容有RS232、SPI、I2C通信的基本原理、典型芯片、單片機接口和程序設(shè)計等，重點為串行通信程序的設(shè)計。

優(yōu)化教學(xué)PPT設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的內(nèi)容和原來教室教學(xué)一樣，但由于沒有實際的黑板，很多過程變化無法在黑板上展示，如計算過程或寄存器變化等，因此需要對原PPT進(jìn)行細(xì)化和優(yōu)化，把原來在黑板上展示的過程，做到PPT上并通過網(wǎng)絡(luò)授課方式向?qū)W生展示。同時需要考慮授課時的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，學(xué)生分布在全國各地，尤其正常上課時間全國高校都在網(wǎng)絡(luò)授課，網(wǎng)絡(luò)堵塞和延遲有時十分嚴(yán)重，應(yīng)盡量減少PPT中的視頻和動畫，一些學(xué)生相對容易理解的教學(xué)內(nèi)容盡量不做動畫或視頻，這樣在線直播時學(xué)生端的視頻畫面質(zhì)量較好且實時效果好。

針對教學(xué)大綱中的課內(nèi)實驗，采取課堂教學(xué)和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行。一方面認(rèn)真分析實驗指導(dǎo)書，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)向?qū)W生講解實驗的電路原理圖，帶領(lǐng)學(xué)生分析實驗程序設(shè)計方法、重點程序段的含義，使學(xué)生基本了解實驗原理和過程；另一方面利用PROTEUS軟件進(jìn)行實驗設(shè)計和驗證，要求學(xué)生在家里自學(xué)PROTEUS軟件，掌握電路原理圖設(shè)計和仿真調(diào)試，設(shè)計實驗所用電路原理圖，然后進(jìn)行程序設(shè)計和仿真調(diào)試，觀察輸出結(jié)果，驗證實驗的正確性。

4 課堂設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和教室的課堂教學(xué)有較大的區(qū)別，其中一個最大的區(qū)別是老師看不到學(xué)生，無法知道學(xué)生是不是在認(rèn)真上課，無法通過學(xué)生的表情來判斷學(xué)生是否理解和掌握當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容。因此必須在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中開展一些工作，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，確保教學(xué)質(zhì)量。

適當(dāng)交流互動。針對教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)課程的知識點，在教學(xué)過程中適當(dāng)增加提問次數(shù)，隨機點名學(xué)生回答。一方面可以確認(rèn)學(xué)生當(dāng)前是否在上網(wǎng)課，如果學(xué)生不在，作為曠課處理，扣除一定的出勤分?jǐn)?shù)；另一方面可以使學(xué)生保持一種上課的狀態(tài)，不斷提醒學(xué)生正在上課，不能隨意離開計算機或手機屏幕。同時對回答問題正確的同學(xué)進(jìn)行一定記錄，作為平時成績考核的重要組成部分，鼓勵學(xué)生認(rèn)真上課。

認(rèn)真做好網(wǎng)絡(luò)板書。微機原理中匯編指令、程序設(shè)計等內(nèi)容進(jìn)行講解時，需要在黑板或草稿紙上進(jìn)行演示，這樣有利于學(xué)生理解和掌握。因此在線直播授課時要充分利用各種輸入方式和設(shè)備進(jìn)行演示。本次授課過程采用手寫輸入板和PPT墨跡筆兩種方式進(jìn)行單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令執(zhí)行過程、中斷執(zhí)行過程等課程教學(xué)內(nèi)容的演示，通過演示，使學(xué)生更容易理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。

5 課后輔導(dǎo)

課后的輔導(dǎo)答疑十分重要，網(wǎng)絡(luò)授課環(huán)境下要充分利用各種方式進(jìn)行課后輔導(dǎo)。一方面利用QQ和微信等平臺，隨時和學(xué)生保持交流溝通，學(xué)生可以隨時留言問題，老師在線或事后答疑；另一方面和學(xué)生約定好每周集中在線答疑時間，利用騰訊會議、QQ、微信等平臺，統(tǒng)一和學(xué)生交流，尤其是一些程序設(shè)計問題，集中答疑輔導(dǎo)。同時每章教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后布置課后作業(yè)，學(xué)生完成后轉(zhuǎn)換成電子版，課程臨時聯(lián)絡(luò)人收齊后發(fā)送給任課教師，任課教師批改并記錄作為學(xué)生平時成績的一部分，同時匯總整理學(xué)生錯誤較多的習(xí)題，在集中在線答疑時間進(jìn)行分析和講解。

針對重要知識點、學(xué)生作業(yè)錯誤較多的知識點、學(xué)生疑問多的難點，制作有針對性的課程小視頻。每個課程小視頻10頁左右的PPT，6-10分鐘時間，圍繞一個重要知識點或難點進(jìn)行細(xì)致的講解，然后錄屏制作成小視頻，上傳到QQ群，供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，這樣學(xué)生可以方便地在手機上隨時隨地學(xué)習(xí)這些重點和難點，促進(jìn)學(xué)生的理解和掌握。本次網(wǎng)絡(luò)授課過程中一共制作了20個小視頻發(fā)送給學(xué)生隨身學(xué)習(xí)，促進(jìn)了重要知識點的理解和掌握，學(xué)生學(xué)習(xí)效果良好。

6 課程考核

微機原理及接口技術(shù)是一門偏工程技術(shù)的課程，重點在于應(yīng)用，通過學(xué)習(xí)，學(xué)生能利用課程的相關(guān)知識，設(shè)計開發(fā)簡單的基于單片機的測控系統(tǒng)，課程考核重點是知識點的理解掌握和應(yīng)用。同時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)考也存在一定的難度，雖然學(xué)校制定了相關(guān)的制度和要求，但學(xué)生個體情況差異很大，嚴(yán)格執(zhí)行學(xué)校網(wǎng)絡(luò)監(jiān)考相關(guān)要求存在一定問題，因此本次課程考核采取開卷考試。

考試重點考查學(xué)生對相關(guān)知識點的理解和掌握，對知識點的應(yīng)用能力，學(xué)生在教材上不能直接找到考試題目的答案，需要理解掌握相關(guān)知識點后才能回答正確，題型有填空、簡答、計算和程序設(shè)計等四類，其中填空題主要考查單個知識點的理解掌握，簡答題考查單片機結(jié)構(gòu)、內(nèi)部資源和接口的理解掌握，計算題考查尋址方式、匯編指令和外部擴(kuò)展等方面知識點，程序設(shè)計考查A/D接口、程序設(shè)計和定時中斷等方面的知識點。

考試前2-3天把考試規(guī)章制度發(fā)到QQ群，提前告知學(xué)生，同時要求學(xué)生按規(guī)章制度做好考試準(zhǔn)備工作，同時把答題紙電子版上傳QQ群，學(xué)生自行下載打印答題紙?？荚嚠?dāng)天提前1-3分鐘在QQ群上傳試卷電子版，學(xué)生下載后在是計算機上看題，答題紙上答題?？荚囘^程中按監(jiān)考要求，學(xué)生在攝像頭監(jiān)控范圍內(nèi)認(rèn)真答題，可以翻閱上課PPT、筆記和教材，但不能上網(wǎng)搜索題目答案，無特殊原因不能隨意離開監(jiān)控范圍?？荚嚱Y(jié)束前5分鐘提醒學(xué)生，答題紙拍照后轉(zhuǎn)成PDF電子版答題紙，按學(xué)號+姓名的方式命名，發(fā)送到指定郵箱。考試結(jié)束后任課教師進(jìn)郵箱下載答題紙并打印，在紙質(zhì)版答題紙上進(jìn)行試卷批改。

7 結(jié)束語

受疫情影響，2020年上半年高校都是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，這種全國甚至全世界高校大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的情況是有史以來第一次，如何利用網(wǎng)絡(luò)平臺開展課程教學(xué)、保證教學(xué)質(zhì)量是一個值得探索和研究的課題。本文以微機原理及接口技術(shù)課程為例，針對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和課程的特點，從授課前、授課中、授課后等三個方面進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實踐，從課程考核結(jié)果看，學(xué)生對課程主要知識點和重點的掌握情況良好，和平時教室課堂教學(xué)效果差不多，達(dá)到了課程教學(xué)目標(biāo)，總體情況良好。