万军　李岩　韩学超

摘 要 针对传统单片机硬件实习课程教学过程中存在的问题，探讨基于翻转课堂模式的教学过程，该过程由微视频制作与学习、虚拟仿真和实物制作以及实习项目总结等部分组成，结合具体案例介绍关键的环节。实践表明，基于翻转课堂的教学过程有效提高了学生单片机理论联系实际的能力，在单片机实习教学中取得较好的效果。

关键词 翻转课堂；单片机；微视频；虚拟仿真

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）04-0144-03

Abstract Aiming at the existent problems in the teaching process of

single-chip microcomputer （SCM） hardware practice course， this paper discusses the teaching process based on the flipped classroom model. This teaching process consists of micro-video production and

learning， virtual simulation and circuit board production as well as

practice project summary. Combined with a specific case， key tea-ching sessions are introduced. Practices have showed that the new teaching process can effectively improve the ability of students to integrate theory with practice in SCM， and achieve good results in the SCM practice teaching.

Key words flipped classroom； single-chip microcomputer； micro-video； virtual simulation

1 前言

单片机课程是培养电子信息相关专业学生动手能力和创新意识的主干课程[1]，该课程概念抽象，实践性强。单片机硬件实习教学在对学生巩固和拓展单片机知识、硬软件基本设计方法与调试技巧以及单片机应用能力上起着不可替代的作用。

翻转课堂具有以学生为中心、学生自主学习、师生互动、教师成为导师、直接指导和建议式学习混合、缺席学生不会被落下功课、教学内容永久保存、所有学生参与学习并获得个性化教育等特征[2]。通过实践表明，采用翻转课堂教学模式取得的教学效果远比传统的教学模式好得多。但是将翻转课堂用于单片机实践类教学的研究还较少。本文分析了目前单片机实习教学中导致效果不理想的原因，并设计了基于翻转课堂模式的单片机实习教学过程。

2 单片机硬件实习教学存在的问题

单片机硬件实习是使学生结合一个具体的实习项目，能将已学过的模拟电路、数字电路以及单片机等知识综合运用于设计中，并完成电路板的制作和软件调试。目前传统授课形式是教师先实验室讲解，学生再动手实践。近几年，随着课程教学改革的不断深入，实践环节逐渐受到重视，教学效果有一定的增强，但仍然存在一些问题，主要体现在以下几个方面。

1）与课堂理论教学相比，实验室中的指导教师授课效果难以保证。学生因接受能力不同和上课条件的限制[3]，难以较好地理解教师对实习任务的讲解。

2）实习任务的完成需要学生首先在实验室实验装置上对实习中涉及的单片机相关功能部件进行单元化调试，由于受实验室条件和实习课时的限制，学生在实验室操作时间较短，限制了对相关内容的熟悉。

3）部分学生由于不正确的原理方案，导致制作的电路板错误并返工，从而造成实习任务未能按时完成。

3 基于翻转课堂的单片机硬件实习教学设计

基于翻转课堂教学模式的单片机硬件实习过程，强调以项目和学生为中心。教师以学生能力培养为出发点，结合单片机技术的实际应用，拟定切实可行的项目[4]。项目选题可结合教师自身的科研项目或企业课题，应具有综合性、实用性和适合的难度。最终下达若干个实习项目给学生，学生以2～3人为1个小组，自由选择一道题目完成一个实物作品。实习完成后，由教师验收作品并对小组每位成员进行提问。

根据翻轉课堂教学模式的思想，给出单片机硬件实习的实施方案，如图1所示，具体流程如下。

学习微视频 教师根据每个实习项目的要求，细化实习任务要点，并分解至各个单独的模块，将其分别录制成微视频。微视频资源主要包括实习任务的解决方案、各个模块的电路演示和大致讲解以及软件操作注意事项等内容。学生在实习前自行观看微视频，思考教师在微视频中提出的引导性问题。

进行虚拟仿真和实物制作 学生学习完教学微视频后，根据实习任务要求，使用Proteus软件设计硬件电路，编写软件程序，完成虚拟仿真和测试。待Proteus虚拟仿真通过后，学生在实验室完成具体的作品制作。可首先依据仿真原理图，在单片机实验装置上连接电路，下载程序以验证硬件测试效果；测试通过后，自行搭建实际的硬件电路板，对软硬件进行联机调试。在实习过程中，师生进行讨论，教师解答学生的疑问。

项目验收和总结 学生根据实习内容撰写实习报告，重点分析讨论实习结果，总结微视频学习以及实习过程中遇到的问题。指导教师根据学生作品的完成情况、项目难易程度和创新性以及实习报告等，对学生的实习成绩进行综合评定。教师还需根据学生反馈信息修改实习方案，完善微视频，为后续实习提供改进措施。

4 单片机硬件实习教学设计案例

下面以项目“多路数据采集系统设计”为例，详细说明具体实施步骤。此任务基于STC单片机，通过模数转换器ADC0809，实现8路通道的电压信号采集和显示，测量的通道通过按键切换，采集的数据显示在LCD上，采用8255A并行接口芯片进行各类数据的输入输出，要求最终完成作品实物。

在基于翻转课堂的实习教学过程中，微视频可有效地引导学生熟悉本次实习任务要求，Proteus虚拟仿真能够使学生在没有硬件条件的情况下熟悉电路的搭建和程序的调试，仿真成功可有效地保证实物作品的质量。微视频和Proteus仿真环节对增强学生的实习效果起着较大的作用，以下结合本案例做详细说明。

微视频制作 针对多路数据采集系统设计的项目，将其分解为ADC数据采集、LCD显示和按键处理等几个任务。制作的视频中包括ADC0809单路采集和基于8255A的流水灯设计两个单独功能的Proteus电路仿真演示和讲解，同时提出相关引导性问题和提高性要求，例如：ADC0809数据传送方式和8255A的各个口操作方式是什么？如何完成16路通道的电压采集？视频制作完毕后，将微视频上传到课程网络平台供学生下载后自主学习[5]。

Proteus虚拟仿真 学生观看微视频后，在熟悉各个单独Proteus仿真模块的基本上，根据实习任务的要求，分别进行Proteus电路的各个独立模块的改进和整合。针对此实习项目，在ADC0809单路采集仿真电路的基础上完成8路數据采集的扩充，在基于8255A的流水灯设计仿真电路基础上修改完成基于8255A的LCD显示。在电路设计完成后，学生需编写对应的实验程序。各个独立模块完成后，实现电路模块和程序模块的整合。图2显示了8路数据采集系统的Proteus仿真原理图。

5 结束语

单片机硬件实习教学是单片机课程的重要组成部分，针对目前实习教学中存在的问题构建基于翻转课堂的实习教学过程。此实习教学过程在常州大学城市轨道交通信号与控制专业13级学生中进行了具体实施并获得较好的效果，与往届学生相比，实习作品的质量、按时完成率均得到较大提高。本文提出的实习教学改革方案可推广到其他微机系列课程实习中，如微机原理实习、嵌入式系统实习等。

参考文献

[1]王娜.基于翻转课堂的单片机教学改革研究[J].通化师范学院学报：自然科学，2015，36（12）：90-93.

[2]曾明星，周清平，等.软件开发类课程翻转课堂教学模式研究[J].实验室研究与探索，2014，33（2）：203-209.

[3]高先锋，王亮申，等.翻转课堂在应用型人才培养中的应用研究：以鲁东大学“金工实习”课程为例[J].职业技术教育，2015（23）：31-34.

[4]唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：135-137，159.

[5]叶钢.“微课+任务驱动”在单片机教学中的应用[J].电脑知识与技术，2016，12（5）：145-146.