基于MOODLE的个性化嵌入式实验室建设_嵌入式实验室
时间：2020-03-10 07:27:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要 实验室是培养学生思维与动手相结合能力的最佳场所，如何更好的提高实验室的效能是一个具有挑战性的课题。为了克服实验内容相对固定，一定程度上降低了培养效果的问题，提出了一种个性化实验室的理念，讨论了使用MOODLE实现个性化嵌入式实验室的方法和方案，实践证明这种方法能够维持实验对学生形成的培养效果。
关键词 个性化 实验 MOODLE嵌入式
中图分类号：G64 文献标识码：A
Personalized Embedded Laboratory Building Based on MOODLE
TANG Zhiling
(School of Electrical Engineering and Automation,
Guilin University of Electronic Technology, Guilin, Guangxi 541004)
Abstract Laboratory is the best place to develop students" thinking and hands-on combination ability, how to better improve laboratory performance is a challenging task. In order to overcome the experiment content is relatively fixed, to some extent reduce the effect of training issues, proposed a concept of individual laboratories, discussed the use of MOODLE personalize embedded laboratory methods and programs, this method proved to experiment to maintain the training effect on the formation of students.
Key words personalized; experiment; MOODLE; embedded
0 引言
工科学生的教育过程中，实验室对于动手能力的培养是一个重要组成部分。这种培养不是简单的动手操作，而是需要通过学生的大脑对问题的思索，提出一套解决问题的方案。而很多实验室的实验内容相对固定，年复一年的从上一届学生传到下一届学生。这种状况会降低实验室的培养效果，因为多做实验的学生存在思考的惰性，会拷贝上一届学生的实验结果。尤其是在嵌入式实验当中， 实验程序很容易被复制。如果能够灵活的配置实验当中的某些参数，使得结果不能被轻易复制，将保证实验的效果不被减弱。
MOODLE是一套开源的是一套基于“社会建构主义理论”设计开发的开放源代码的网络教学平台。①本文将讨论如何利用MOODLE为每个嵌入式实验小组建立互不相同的一套实验任务，建设一个动态的个性化嵌入式实验室。
1 实验内容
嵌入式课程是让学生了解嵌入式处理器的基本结构和外设接口，熟练掌握基本的编程方法。例如STM32F103ZET6作为实验使用的嵌入式处理器，实验板的硬件外设包括ADC、DAC、GPIP、USART、按键输入、TFT等。嵌入式实验需要的软件有RealView MDK，调试工具采用JLINK V7。实验的目标主要有掌握编程开发软件和调试软件的使用，硬件外设的使用，终端服务程序编写等，下面列出几个实验内容作为讨论应用MOODLE个性化实验的例子。
1.1 实验1：跑马灯实验
该实验的关键在于如何控制 STM32 的I/O 口输出，了解STM32 的IO 口如何输出的。初步掌握Keil MDK创建程序项目的过程，包括编译、软件仿真、硬件仿真等。实验的主要内容包括：（1）熟悉STM32的8种I/O端口的配置模式；（2）如何通过JLINK 连接实验系统与计算机；（3）如何启动和使用Keil MDK开发软件；（4）如何轮流点亮和熄灭4个LED灯；（5）如何使用Keil MDK中的模拟仿真查看I/O端口的仿真波形；（6）如何将编译生成的代码下载到实验板上并运行代码。
1.2 实验2：按键输入实验
这个实验主要学习硬件中断如何发生以及中断服务程序，如何用Keil MDK进行调试。另一个目的是如何使用调试断电。实验的主要内容包括：（1）如何变成 I/O寄存器，使I/O管脚产生外部输入中断；（2）如何编写和使用外部中断程序；（3）如何在Keil MDK中使用断点；（4）如何完成一个简单的计数器。
1.3 实验3：IIR滤波器实验
这个实验的目的是利用Matlab软件的FDA工具设计IIR滤波器，掌握计算机辅助设计嵌入式算法的方法，如何使用STM32F103ZET的A/D与D/A变换器。实验的主要内容有：（1）如何在Matlab的fdatool工具辅助下设计滤波器参数；②（2）如何在fdatool工具中产生滤波器系数的头文件以及在程序项目中使用该文件；（3）如何使用A/D与D/A读取和输出模拟信号；（4）如何用编程的方法实现IIR滤波器。
1.4 实验4：PWM实验
这个实验的目的是掌握如何利用数字输出控制模拟电路，学会配置定时器以产生PWM输出。实验的主要内容有：（1）如何配置I/O端口的寄存器，是的端口作为PWM的输出；（2）如何配置寄存器控制PWM的周期；（3）如何动态修改PWM的占空比；（4）如何通过PWM输出播放一个音乐波形文件。
2 基于MOODLE的实验室组成
嵌入式实验室的实验内容主要分成所述的四个部分组成，每一部分主要包含以下几个方面：（1）实验的主要目的和学习内容：详细内容已经在前一节中说明；（2）实验设备：列出实验所需要的实验硬件设备、软件工具和测试仪器；（3）实验介绍：介绍要完成实验所需要的一些背景信息；（4）实验过程：列出完成实验任务需要的软件和硬件配置的步骤；（5）实验任务：每个实验包括了一组试验任务，通过提问的方式要求学生通过计算机输入答案，激发学生摸索与嵌入式处理器的硬件和软件相关的概念。在提问设置中，允许学生多次回答问题，但是每重复回答一次将会被扣分；（6）提交源程序：所有的实验完成以后，学生都必须通过MOODLE提交源程序的代码。
前四个组成部分以课程的方式完成，在MOODLE中课程讲授可以以有趣和灵活的方式将内容传递给学生。每一课可以包含数个网页，每页结束都有一个或者几个问题，并提供可能的答案供学生选择。根据学生回答问题的情况，确定是否进入下一步学习阶段或者返回前面的内容再复习一遍。整个学习的进程要根据内容的难以程度做合理的安排。
Quiz是MOODLE中的考试模块，用于实验任务的测验，将在下一部分讨论。实验的源程序代码作为学生的作业，被上传到MOODLE中Assingment模块。作业可以指定到期日和最高成绩， 学生可以上传他们的作业（任何档案格式）到服务器，而且记录交件时间； 允许作业迟交，但是迟交时间会对教师详细显示；教师回馈会加在每个学生的作业后面，而且寄发通知， 教师可以选择允许评分后重交作业（作业重新评分的依据）。
每个实验的第1项到第5项都编制为LaTeX文档，③当需要使用的时候将转换为MOODLE中的一个HTML文件。MathJax用于显示LaTeX中的公式，④网页中插入数学公式一直是比较麻烦的，对于开发者和撰写者均如此，MathJax是一个开源，基于Ajax技术的数学表达式显示解决方案。它能够在HTMl页面中高质量的显示LaTeX和MathML数学符号，支持大部分浏览器，不需要插件、额外字体或安装特殊的阅读器，支持复制和粘贴。
3 MOODLE Quizzes的题型
实验任务使用MOODLE Quiz模块完成。⑤在教学过程中，教师可利用测验来评量学生的学习成效。在Moodle系统，试题是储存在题库中，题库内可建立类别为不同属性的试题做分类。要建立一份完整的测验卷，要先在题库中选择类别，再从类别中选择试题。在测验进行完后，教师可以利用moodle 系统的统计分析表，协助教师分析试题的性质，这部份是教师在出题及试卷检讨时很好的参考指标，知道哪些题目词意不当造成学生答题上的误解、哪些题目答对率很低，需要对学生做讲解。
Moodle 提供10 种不同的题型，教师可依需求建立：（1）试卷说明 （Description）用来描述测验卷的相关信息；（2）申论题 （Essay）学生答题时在编辑器中以文字撰写答案。此题型必须由教师检阅过后手动给分，系统不会自动给分；（3）配合题 （Matching）题目提供一系列问题和一系列答案，学生答题时将问题和答案正确地配对起来。每个问题都有一个正确答案且每个问题在分数上的得分比例都是一样的；（4）填空题（Embedded answers）题目的编写必需要依据Moodle 格式来编写，题中嵌入着几个不同的问题，包括选择、简答（填充）和数字题等；（5）选择题 （Multiple Choice）学生答题时可从多个答案中选择正确的。有两种类型的选择题：单选题和复选题。也因为复选题允许学生选择多个答案，所以教师在答案配分时可以分配负的分数，也就是倒扣，避免学生以全部答案都勾选的方式来猜题；（6）简答题 （Short Answer）学生答题时输入一个词作为答案。正确的答案可以有多个，每个答案都可依据完整性，而得到不同的分数。教师可以设定答案是否要区分大小写；（7）数字题 （Numerical）从学生的角度来看，数字题和简答题差不多。不同点在于数字题的答案是数字并且可接受误差，允许设定一个连续的数值范围作为答案。如，答案是30，误差范围5，则25 到35 之间的数字都可以作为正确答案；（8）随机简答配合题（Random Short-Answer Matching）这种类型的题目和配合题差不多。其中差别在于，所使用的试题是从现有的简答题中随机抽取的，所以每次进入测验所看到的问题也会不一样；（9）判断题 （True/False）学生答题时选择“对”或“错误”；（10）计算题 （Calculated）计算题提供了另一种快速建立多个不同数字问题的方法。在此题型中教师要提供正确答案的计算公式，而数字的部份系统会自动产生。
4 实验内容配置
嵌入式实验室的主要部分由MOODLE结构建成，例如在IIR滤波器设计实验中，试验任务分为A、B、C、D四类，其中任务A、B、C完全由MOODLE Quiz完成，任务D是通过MOODLE Quiz的计算性问题和Matlab描述相混合的方式完成以产生滤波器的响应图。
MOODLE Quiz中的不同题型用于测验任务A、B、C部分，如表1，总共有61个题可供学生回答：
表1 测验题型的分配
发展实验室的最初目的就是要能够实现实验任务的个性化，只有任选和计算题（总共10题）实现个性化，占所有题数的25%。因为个性化的题目需要加入很多随机性，这是一个需要两至三年的时间去建立的过程。
图1 个性化任务的例子――IIR滤波器的设计
如图1是一个个性化实验任务的例子，要求用fdatool设计一个低通IIR滤波器，带通的频率和截止的频率可以随机的设置，这样就会产生不同的滤波器阶数和滤波器系数。不同实验组的产生的答案是完全不通的，因此将是学生必须要亲自动手去操作才能够得到正确的答案。
一旦“回答”按键被按下以后，MOODLE将比较答案与MATLAB产生的结果，判断答案的正确性。（下转第24页）（上接第2页）因此MOODLE必须调用一个实现定义的MATLAB pcode函数。
5 结束语
本文讨论了如何用MOODLE建立个性化的嵌入式实验室。实验内容使用LaTeX编写，保存为单个文件以便于访问。当查看试文件被转换为MOODLE文件的格式便于复制与粘贴。使用LaTeX便于编写数学公式并可在Moodle中直接使用。一开始，个性化的程度为25%左右，在以后的使用中将逐步提高实验内容的个性化比例。实践证明，学生对这种方式也是欢迎的。
注释
① http://www.省略
② http://www.省略.
③ http://www.省略
④ http://www.省略
⑤ William Rice,Susan Smith Nash. Moodle 1.9 Teaching Techniques. Packt Publishing Ltd, Birmingham, 2010.
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