基于腾讯课堂和虚拟仿真技术的嵌入式系统线上教学
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T
实验技术与管理
Experimental Technology and Management
第37卷第12期2020年12月
Vol.37 No. 12 Dec. 2020
DOI: 10.16791/jki.sjg.2020.12.037基于腾讯课堂和虚拟仿真技术的嵌入式
系统线上教学
张宏伟，王海星，郭建锋，王新环
(河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454003 )
摘要：随着网络技术的发展，线上线下互动教学模式已成为一种趋势、，针对新冠肺炎疫情发生以来“停课 不停学”的教学需求，结合“嵌人式系统”课程特点，利用腾讯课堂在线教育平台和Proteus虚拟仿真软件，构建了嵌人式系统线上线下混合教学模式，阐述了线上教育平台的选择和虚拟仿真实验环境的构建，
并介绍 了该模式下的实验案例教学设计过程=,
关键词：腾讯课堂；虚拟仿真；嵌人式系统；线上教学；Proteus仿真
中图分类号：G642;TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)12-0170-05
Online teaching of embedded system based on Tencent
classroom and virtual simulation technology
ZHANG Hongwei,WANG Haixing,GUO Jianfeng,WANG Xinhuan (School of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)
Abstract: With the development of network technology, online and offline interactive teaching model has become a trend. Due to the teaching needs for the “Stop classes, not stop learning” since the outbreak of COVID-19, the online and offline hybrid teaching model of the embedded system is constructed considering the characteristics of embedded system course and by using the Tencent online classroom education platform and Proteus virtual simulation software. This paper expounds upon the selection of online education platform and construction of virtual simulation experimental environment, and introduces the design process of experiment cases with this model.
Key words: Tencent classroom; virtual simulation; embedded system; online teaching; Proteus simulation
高等学校人员密集、流动性大，是新冠肺炎疫情 防控的重点领域。为阻断疫情向校园蔓延，确保师生 生命安全和身体健康，教育部根据疫情的变化，适时 做出2020年春季学期延期开学的决定，并提出了“停 课不停学”的工作要求。“停课不停学”虽然是当前的 应急之举，但充分利用互联网开展线上教学却是教育 的新形态。此次大规模在线教学实践是全国教师的一 次集体探索，势必会极大促进我国教育教学信息化建
端午节手抄报上写什么
收稿日期：2020-03-18
基金项目：河南理工大学新工科建设研究与实践项目（59)；研究 生教育教学改革基金项目（2018YJ05)；河南省高等学
校青年骨干教师培养计划（2019GGJS062 )
作者简介：张宏伟（1980 —），男，安徽宿州.教授，主要研究方 向为计算机控制。
E-mail: *************** 设与发展，以满足学习者个性化、多样化、终身化学 习需求。
目前线上教学工具和平台很多，各有特点和局限，教师要结合课程特点和学生实际情况，精选资源，有的放矢。本文针对“嵌人式系统”课程特点，提出了 基于“腾讯课堂直播+虚拟仿真实验技术”的线上线 下混合式教学模式。从教学平台选择、虚拟仿真实验 环境构建、教学案例设计等方面进行了研究。
1线上教学平台的选择与使用
在信息技术和网络普及的互联网时代，人们对个 性化、多样化、终身化学习的需求日益增加，在线学 习成为一种新的学习方式。以慕课（massive open online courses,MOOC)为代表的在线教育模式打破行李箱密码锁
张宏伟，等：基于腾讯课堂和虚拟仿真技术的嵌人式系统线上教学
了传统教育的时空界限，以“雨课堂”“蓝墨云班课”
“微助教”“课堂派”为代表，移动环境下智慧教学平
台越来越多地被用于课堂教学[1_5]。线上教学应注意以
下事项
(1)在线课程建设周期长、成本高、难度大，没 有必要要求每位教师去录制课程视频，可充分利用现
有的精品视频公开课、精品资源共享课、在线开放课
程，以及企业提供的免费在线教学资源。可以将核心
知识点利用“屏幕录像专家”等电脑屏幕捕获软件制
作成小视频，推送给学生，供学生课下学习，作为教
学的补充。
(2)优质的学习资源并不等同于有效的学习。学习资源需要与教学内容和教学目标密切关联，需
要与学习者的身心特征相匹配，才能够有效促进学
生深度学习。由于高等教育没有像义务教育那样采
用统一教材、统一大纲，各个高校定位不同，学生
层次不同，教材及教学内容不同，任课教师在选择 MOOC等在线教学资源时，一定要结合课程实际情况
进行选择。
(3 )MOOC等在线教学资源缺少教师与学生之间
的互动，无法感受到教师现场教学的“气场”和个人
魅力，教学效果不如直播授课，只能作为教学的辅助
手段，不可替代第一课堂。
(4)停课期间，各地院校纷纷选择在线开课。在
线开课数量多，且高度集中，对在线教学平台的稳定
性要求极高，应选择经过实践检验的在线教育平台。
蓝墨云班课、雨课堂等智慧教学工具把移动终端应用
于课堂教学，作为教学辅助工具可以提升教学效果。
虽然这些软件后期进行了升级具有直播功能，但经常
出现延迟、卡顿等现象。
2腾讯课堂网上直播授课
针对“嵌人式系统”课程特点，课堂教学采用“腾
讯课堂”直播授课，配合虚拟仿真技术开展课下实验，
从而锻炼学生自主学习能力，提升学习效果。
腾讯课堂是腾讯推出的专业在线教育平台，依托
Q Q视频和腾讯视频直播功能，实现教师在线上课
教学、学生即时互动学习的课堂。2020年2月，腾讯
推出了腾讯课堂极速版，增加了很多新功能。使用腾
讯课堂极速版可以开展直播教学，支持PPT播放、笔
记涂鸦、共享屏幕等实时互动教学模式，也支持课程
录制，方便学生回看复习。教师使用手机号可一键注
册登录，开课后将链接或二维码分享到、Q Q等
社交平台，学生无须下载软件，通过手机或电脑可直
接进人课堂直播间。该软件背靠腾讯强大的技术能力，
性能稳定可靠[7]。1 )软件下载及安装。
李晨称范冰冰每天两次打开电脑浏览器，登录腾讯课堂ke.qq.
com/s，下载“腾讯课堂老师极速版”软件，并进行安装。
2 )建立课堂。
打开腾讯课堂极速版，输人课堂名称和授课内 容，并选择是否生成回放。如果打开回放开关，会在 课程结束后24 h生成回放录像，供学生在课后复习 时使用。
3)邀请学生听课。
进人课程后，点击右上角的邀请学生按钮，就 会出现本直播间的二维码和地址链接。将这个二维 码或者链接通过Q Q或分享给学生，学生 就能听课了。学生进人课程后，可以要求学生将个 人
昵称改为“专业+班级+序号+姓名”，方便平时过 程管理。
4)教学工具的使用。
腾讯课堂具有分享屏幕、播放PPT、播放视频、摄像头4种教学工具。
点击左侧“PPT”按钮，选择“使用O ffice打开 PPT”，软件会打开选择的PPT，并展示给学生。在讲 解过程中，教师可以使用画板功能，进行手写板写字 或者圈重点，也可以单击“画中画”，在播放PPT的同时，打开教师端摄像头。
在嵌入式系统教学过程中，经常需要演示软硬件 设计及系统仿真，这时就可以切换到“分享屏幕”功 能。单击左侧“分享屏幕”，选择“全屏分享”或者“窗 口分享”设置分享区域，可以将教师端计算机屏幕共 享给学生，教师在计算机上的操作将实时显示在学生 终端上。
在软件菜单中，有一个向下的小三角形按钮，点击选择“导出成员列表”就可以下载学员名单，以便于了解学生听课情况，导出成员中含有听课时 间。准确考勤数据可以在历史课程中查看。
3基于Proteus软件的虚拟仿真实验教学
“嵌人式系统”是一门实践性很强的课程，学生 不仅需要掌握嵌人式系统基本原理，还需要掌握软硬 件设计和调试方法[8_91。
虚拟仿真技术又称虚拟现实技术或模拟技术，是 用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，具有 投资少、安全性高、拓展性强等优点，不受时间和空 间限制。Proteus是来自英国Labcenter公司的嵌人式 系统仿真开发软件，包括原理图布图、混合模式仿真、V SM嵌人式仿真等功能。Proteus提供了 LED/LCD 显示、按钮、开关、电机等多种模拟和数字电器元件
172实验技术与管理
仿真模型，以及示波器、信号源等大量的虚拟仪器和 分析工具，在传统的C A D功能中添加了嵌人式系统 仿真功能，可以完整地仿真51系列、AVR、ARM等 常用嵌人式系统[9〜]。
本文利用Proteus和K eil软件，搭建嵌人式系 统虚拟仿真平台。51单片机嵌人式系统仿真流程如 图1所示0首先利用Proteus绘制原理图，选择Keil 软件设计源程序代码；然后编译代码，生成目标文 件；接着在Proteus软件中装载HEX文件，仿真调 试系统。
图1嵌入式系统虚拟仿真实验流程
借助Proteus虚拟仿真实验系统，不需要真实硬 件设备，可以方便地设计电路，编写、编译、调试程 序，实现嵌人式系统动态仿真，从而节省实验成本，满足学生随时随地学习的需求，为学生营造良好的学 习环境，实现课前预习、课后自主学习，推进了信息 技术与教育教学深度融合。在进行在线课
堂理论教学 的同时，可以开展在线实验教学，提升学习成效，培 养学生的自主终身学习能力。发挥学生在学习中的主体作用和教师在教学中的组 织、引导、促进、控制、咨询作用，将学生认为枯燥 的知识转变为生动的学习内容。
将项目驱动法引人嵌入式系统课程教学，就是要 结合实际工程项目案例，把所要讲授的基础知识和基 本技能设计成多层次、多目标的实验教学案例，引导 学生掌握提出问题、分析问题和解决问题的方法，最 终让学生通过自己的努力和教师的指导完成任务。任 务设计是项目驱动教学法的关键，首先应该确定项目 设计案例。在案例的设计和顺序安排上，必须注意循 序渐进，按照教学进度，关键环节要设计对应的课题 任务。
5直流电机控制实验教学案例设计
直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装 置，广泛用于电风扇、遥控小车、电动车窗等电器设 备中。直流电机控制涉及到单片机I/O驱动、电机转 向控制、电机速度调节、传感器测速、定时器、LED 数码管显示等知识点。
5.1 直流电机P W M脉宽调速原理
直流电机的转速与施加的电压成正比，输出转矩 则与电流成正比。直流电机转速调节最常见方法是施 加一个脉宽调制（PWM )方波，如图2所示。
图2 P W M波形
占空比是指高电平的时间占整个周期的比例，
( 1 )
T
直流电机端电压大小为：
4项目驱动教学方法
线上教学，自学重于教学。学生线上学习注意力 易分散，吸收速度慢，缺乏交流与监督。教师要采用 多种形式与学生保持网上互动，引导学生自主学习，加强学习过程、学习效果的监督与反馈。根据课程特 点，本文采用项目驱动教学法，减少集中讲解的时间，增加学生自学及在线交流时间，加强自学、自律能力 的训练。
项目驱动法是基于探究性学习和协作学习的一种 教学模式，它要求师生改变传统的观念和角，充分其中，7™为导通时间，r为PWM开关周期，t/s为直 流电源电压，/?为占空比。调节PWM的占空比可以 实现调节电机两端端电压的大小，从而实现直流电机 调速功能。PW M脉冲宽度调制可以由单片机
的定时 器实现。假设PWM方波周期7■为20 ms，单片机晶 振频率选择12 MHz,—个机器周期为1 |as，定数20 ms 需计数20 000。PWM由单片机Pl_2引脚输出，利用 定时器T0工作在方式1，可以设计一个PWM发生器。定时器流程图如图3
为什么停电限电所示，其中，脉冲宽度可以通过
张宏伟，等：基于腾讯课堂和虚拟仿真技术的嵌入式系统线上教学173湿婆教
按键进行调节。
图3定时器中断服务程序流程图
定时器中断服务程序代码如图4所示。
5.2基于P r o t e u s的直流电机调速系统仿真
常用的电机驱动芯片有L297/298、MC33886‘、
void timerO(void) interrupt 1
{
P1_2=!P1_2;
if(Pl_2==0)
c=20000-Ton;
else
c=Ton;
TH0=(uint) (65536-c)/256;
TL0=(uint) (65536-c)%256;
}
图4定时器中断服务程序代码
ML4428等。L298N是SGS公司的产品，内部包含4 通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱 动器，即内含2个H桥的高电压大电流双全桥式驱动 器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46 V、2 A 以下的电机。
利用Proteus软件可以对单片机的直流电机调试 系统进行仿真，电机控制系统仿真电路如图5所示。通过加、减速按钮可以调节PWM的占空比，进而调 节电机转速。
U2
减速
AhL
U L P0.0/AD0XTAL1，P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3XTAL2
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7RST
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11PSEN P2.4/A12ALE P2.5/A13EA P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD P1.0/T2 P3.1/TXD P1.1/T2EX
P3.2/1NT0P1.2 P3.3/1NT1P1.3 P3.4/T0P1.4 P3.5/T1P1.5 P3.6/WR P1.6 P3.7/RD P1.7
AT89C52 <TEXT>
•7Q
■4
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■11：
INI VCC
IN2OUT1
IN3<TEXT>
IN4OUT2
ENA
ENB OUT3
SENSA OUT4
SENSB GND
图5 基于P r o te u s的直流电机控制系统仿真图
电机仿真参数设置如图6所示。
利用Proteus内的虚拟示波器，可以观察电机 的PWM波形，通过电机仿真模型，可以实时观察电机转速，仿真结果如图7所示。在此案例基础上，学生可以进行拓展实验，比如增加转速检测及显示 功能
。
174实验技术与管理
LISA Model File:DCMOTOR Hide All Nominal Voltage:12 V| Hide All ▼丨Coil Resistance:12|Hide All
Coil Inductance:100 mH丨 Hide All
Zero Load RPM:1000|Hide All
Load/Max Torque %1Hide All ▼Effective Mass:0.01|Hide All
图6 电机仿真参数设置
(b)占空比25%时的电机转速（c)占空比50%时的电机转速
图7仿真结果
6结语
互联网+线上线下混合式教学模式已经被越来越 多的教育工作者所接受。
(1 )优质的学习资源并不等同于有效的学习，学 习资源需要与教学内容和教学目标密切关联，在选择 MOOC在线教学资源时，一定要结合课程实际情况。
(2 )课堂直播能够与学生直接交流，更接近传统 教学，教师更容易发挥出水平，学生更能集中注意力。
(3)线上教学，自学重于教学。教师要采用多种 形式与学生保持网上互动，加强学习过程、学习效果的监督与反馈。
(4)腾讯课堂极速版可以开展直播教学，支持PPT 播放、共享屏幕等实时互动教学，也支持课程录制。
教师可以一键注册登录，学生无须下载软件，通过手
机或电脑可直接进人课堂直播间学习。腾讯课堂极速
版背靠腾讯强大的技术能力，性能稳定可靠。
(5)虚拟仿真技术不需要真实硬件设备，借助 Proteus虚拟仿真实验系统，可以方便地实现嵌人式系
统动态仿真，延伸实验教学时间和空间，拓展教学内
容广度和深度，节省实验成本，满足学生随时随地学
习的需求。
参考文献（References)
[1]李翠翠.M OOC视角下的高校学生学习权保障[J].开放教育
研究，2015, 21(4): 68-74.
[2]沈洁，沈丁琦，凌红英.智慧实训课堂案例研究：以五年制
高职数控机床装调维修技术课程为例m.中国教育技术装
备，2019(9): 122-124.
[3] 金伟，沈良忠.基于移动端的混合式教学模式比较研究[J].
. 电脑知识与技术，2018, 14(2): 186-188.
[4] 杨春雪，岳莉然，杨青杰.M OOC的利弊探讨及应对策略[J].
黑龙江教育学院学报，2016, 35(10): 36-38.
清源山[5]赖志欣，王鑫，肖艳萍，等.基于智慧教学平台的新型混合
式教学现状及趋势研究：2016—2017年文献可视化分析[J].
软件导刊，2018, 17(9): 219-221,226.
[6]黄荣怀，张慕华，沈阳，等.超大规模互联网教育组织的核
心要素研究：在线教育有效支撑“停课不停学”案例分析
[R/OL]. [2020-03-17]. sli./a/ xinwenkuaibao/
yanjiudongtai/20200309/830.html.
[7] 张非.“互联网+教育”在线开放课程开设方法研究：以“腾
讯课堂”为例[J].南方农机，2018, 49(23):120-121.
[8]李松，赵庆，孙彦景，等.嵌入式系统综合实验设计[•!].实
验技术与管理，2017, 34(8): 172-175.
[9]张宏伟，王新环，王新•基于Proteus和K eil的单片机实验
教学改革[J].电气电子教学学报，2008, 30(6): 64-65, 74.
[10]谭筠梅，李玉龙，王履程.基于Proteus的单片机虚拟仿真实
验案例设计[J].实验技术与管理，2018, 35(5): 122-125.
[11]唐琳，刘星月，廖先莉，等.仿真与实验相结合的单片机实
验教学研究[J].实验技术与管理，
2019, 36(4): 213-216.

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