“微機(jī)接口技術(shù)”課程線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用

劉麗娟 寇科 張祖漪

摘? 要：針對(duì)線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)，基于“微機(jī)接口技術(shù)”課程研究構(gòu)建了一種利于師生互動(dòng)，利于學(xué)生自主式、合作式、研究式學(xué)習(xí)的新型線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該模式以智慧樹(shù)、騰訊會(huì)議、課程群等線(xiàn)上平臺(tái)為依托，以層次化仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為支撐，使學(xué)生可以“隨時(shí)、隨地”開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐證明，該模式有助于充分挖掘?qū)W生實(shí)驗(yàn)興趣，開(kāi)拓?cái)?shù)字化教學(xué)管理方式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)靈活性、延續(xù)性，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的資源共享。

關(guān)鍵詞：線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué);虛擬仿真實(shí)驗(yàn);交互式;層次化;“微機(jī)接口技術(shù)”課程

中圖分類(lèi)號(hào)：TP301-42? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）24-0178-04

The Construction and Application of Online Experiment Teaching Mode of “Microcomputer Interface Technology” Course

LIU Lijuan，KOU Ke，ZHANG Zuyi

（School of Mechanical and Precision Instrument Engineering，Xian University of Technology，Xian? 710048，China）

Abstract：Aiming at online experimental teaching，a new online experimental teaching mode is constructed based on the research of “Microcomputer Interface Technology” course，which is conducive to the interaction between teachers and students，and to autonomous，cooperative and research-based learning for students.? Based on the online platforms such as smart tree，Tencent Meeting and course group，and supported by hierarchical simulation experiment content，it is enable for students to carry out experiments “anytime and anywhere”. Practice has proved that this mode is helpful to fully tap studentsinterest in experiment，develop digital teaching management mode，improve the flexibility and continuity of experiment teaching，and realize the resource sharing of experiment course.

Keywords：online experimental teaching;virtual simulation experiment;interactive;hierarchical;“Microcomputer Interface Technology” course

0? 引? 言

2018年4月，中國(guó)教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中積極推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化教育[1]。在2020年疫情期間，教育部多次號(hào)召各大中小院校不斷探索線(xiàn)上教學(xué)和課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合的新方法[2]。線(xiàn)上教學(xué)與線(xiàn)下教學(xué)不同，需要教師針對(duì)課程特色和教學(xué)對(duì)象特點(diǎn)，利用互聯(lián)網(wǎng)思維重新組織和設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，還需要把握不同教學(xué)對(duì)象的學(xué)習(xí)情境和環(huán)境，更好、更快地開(kāi)展教學(xué)[3，4]。在信息化教育的大趨勢(shì)下，構(gòu)建一種適合工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式尤為重要。

“微機(jī)接口技術(shù)”課程作為西安理工大學(xué)儀器類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于較強(qiáng)的師生互動(dòng)性、對(duì)實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備的依附性、團(tuán)隊(duì)合作性、實(shí)踐性等特殊情況，對(duì)線(xiàn)上教學(xué)提出了更高要求。目前多所高校嘗試了線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是存在以下問(wèn)題：（1）部分線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)零碎化，忽視了學(xué)生個(gè)性化需求，學(xué)生無(wú)法針對(duì)性選擇課程資源，影響學(xué)習(xí)效率。（2）線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)師生互動(dòng)性缺乏，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)情況無(wú)法實(shí)時(shí)反饋給教師。

針對(duì)上述問(wèn)題，基于“微機(jī)接口技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程，探索出一種“以學(xué)生為主，教師全程指導(dǎo)”的新型交互式線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，該模式以線(xiàn)上教學(xué)平臺(tái)為依托，以層次化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、更新和實(shí)施為載體，利于學(xué)生自主式、合作式、研究式學(xué)習(xí)，使得學(xué)生可以“隨時(shí)、隨地”與教師交流、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，該模式有力強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)踐能力，有力培養(yǎng)了學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)。“微機(jī)接口技術(shù)”課程線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于將資源分享給更多專(zhuān)業(yè)，受益面廣，資源利用率高。

1? 交互式線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建

1.1? 線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程

該線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)課程利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)智慧樹(shù)、雨課堂、騰訊會(huì)議、課程群等線(xiàn)上平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)的目的。借助智慧樹(shù)平臺(tái)，教師可以建立以及管理課堂、上傳實(shí)驗(yàn)課程資源、發(fā)布預(yù)習(xí)以及報(bào)告任務(wù)、評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，學(xué)生可以下載以及觀看教學(xué)資源、提交報(bào)告等。通過(guò)騰訊會(huì)議和課程群，教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)態(tài)，根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)給出實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)，學(xué)生實(shí)時(shí)反饋?zhàn)约旱膶W(xué)習(xí)進(jìn)度。最后教師通過(guò)智慧樹(shù)平臺(tái)發(fā)布實(shí)驗(yàn)報(bào)告任務(wù)，學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)和報(bào)告成績(jī)給出最終的實(shí)驗(yàn)總成績(jī)。師生交流溝通過(guò)程通過(guò)雨課堂、騰訊會(huì)議、課程群進(jìn)行，整個(gè)模式采用教師全程指導(dǎo)，學(xué)生全程反饋的教學(xué)方式，這種交互式教學(xué)方式保證師生的靈活溝通，確保教學(xué)工作高質(zhì)高量完成，具體實(shí)施過(guò)程如圖1所示。

在新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，為了確保課程建設(shè)的質(zhì)量，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程共分三個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)課前，實(shí)驗(yàn)課中和實(shí)驗(yàn)課后。

1.1.1? 實(shí)驗(yàn)課前

在本階段，教師的準(zhǔn)備工作較多，首先在智慧樹(shù)平臺(tái)中設(shè)立課程，然后上傳實(shí)驗(yàn)課程資源的課程PPT、仿真軟件、仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)介紹視頻、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)范例內(nèi)容、開(kāi)放設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)任務(wù)和知識(shí)點(diǎn)講解視頻等資源上傳至智慧樹(shù)平臺(tái)。

1.1.2? 實(shí)驗(yàn)課中

在實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行中，教師統(tǒng)一在騰訊會(huì)議上講解課程內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)課程包括兩部分：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放綜合性實(shí)驗(yàn)。在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中教師提供部分參考原理圖、程序代碼，學(xué)生根據(jù)教師講解完成原理圖的連接、程序代碼的修改和補(bǔ)全、利用虛擬儀器測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在開(kāi)放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，教師發(fā)布不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生自由選擇任務(wù)，完成原理圖設(shè)計(jì)、程序代碼編寫(xiě)、硬軟件調(diào)試等過(guò)程，充分提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，具體流程如圖2所示。

1.1.3? 實(shí)驗(yàn)課后

實(shí)驗(yàn)課后，教師發(fā)布實(shí)驗(yàn)報(bào)告任務(wù)要求，學(xué)生提交報(bào)告，教師根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況、課中實(shí)驗(yàn)操作情況和課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告按照一定的比例，給出最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

1.2? 線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

基于“微機(jī)接口技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，結(jié)合課堂內(nèi)容重難點(diǎn)，在學(xué)生掌握微機(jī)系統(tǒng)原理和匯編語(yǔ)言編程原理基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)，包括：I/O端口地址譯碼和8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器2個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，交通燈（可響應(yīng)緊急情況）、信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字電壓表等多個(gè)開(kāi)放綜合設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)，具體的實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)及內(nèi)容如表1所示。實(shí)驗(yàn)操作中使用的仿真軟件為Proteus，該軟件是英國(guó)Labcenter Electronics公司研發(fā)的EDA軟件，不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，其支持的處理器模型有8051、HC11、PIC、DSPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型，在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種市場(chǎng)流行的編譯器[5]。本線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)，基于8086處理器，利用MASM32編譯器完成所有線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)課程。

1.3? “微機(jī)接口線(xiàn)技術(shù)”課程上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)

1.3.1? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)層次化

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，將以往實(shí)驗(yàn)箱硬件電路的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容壓縮，增加了綜合設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可利用教師提供的初始虛擬仿真資源，進(jìn)行微機(jī)接口系統(tǒng)的拓展設(shè)計(jì)，逐步實(shí)現(xiàn)從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的層次性轉(zhuǎn)化，改變了原有硬件系統(tǒng)“黑盒子”[6]操作和無(wú)法自由設(shè)計(jì)的弊端，有利于學(xué)生二次開(kāi)發(fā)，提升學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

1.3.2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化

該教學(xué)模式的課程建立、學(xué)生管理、課程資源上傳、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和報(bào)告發(fā)布、課堂教學(xué)、報(bào)告批閱、成績(jī)管理等環(huán)節(jié)為線(xiàn)上操作，全程數(shù)字化模式可以幫助教師系統(tǒng)性地管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、評(píng)判實(shí)驗(yàn)報(bào)告，綜合掌握學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)和存在的問(wèn)題，提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，增強(qiáng)師生溝通的實(shí)時(shí)性與便捷性。

1.3.3? 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供有力支撐

為了有效改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)受場(chǎng)地和時(shí)間限制的缺陷，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究的能力，設(shè)計(jì)了一套基于Proteus軟件的微機(jī)原理與接口技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使得在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)成為可能[7]。在實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生能夠基于Proteus軟件繪制實(shí)驗(yàn)原理圖，利用MASM32軟件編寫(xiě)8086匯編程序，并編譯生成可執(zhí)行文件。該仿真軟件幫助學(xué)生更快地了解知識(shí)原理，更靈活方便地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試仿真儀器，實(shí)現(xiàn)了教師和學(xué)生僅用電腦就可實(shí)現(xiàn)所有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的目的。

2? 交互式線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用效果分析

根據(jù)2020年春季學(xué)期該模式的使用情況可看出，90%以上的學(xué)生對(duì)這個(gè)教學(xué)模式很滿(mǎn)意，教師在使用這個(gè)模式之后感覺(jué)實(shí)驗(yàn)管理更靈活便捷。2018—2020年（2019和2018年為線(xiàn)下教學(xué)，2020年為線(xiàn)上教學(xué)）本學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)6個(gè)班同學(xué)的“微機(jī)接口技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)對(duì)比如圖3所示，由圖4可以看出，優(yōu)良（80～100分）學(xué)生人數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分比：2018年為78%、2019年為74%，2020年為82%;在2020年數(shù)據(jù)中，70分以下的學(xué)生人數(shù)減為零，80～90分的學(xué)生人數(shù)明顯增加;根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到三年平均分，2018年82分、2019年83分、2020年85分。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可得出，2020年采用線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后，有效激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

3? 結(jié)? 論

“微機(jī)接口技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，依托層次化仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)智慧樹(shù)、騰訊會(huì)議、實(shí)驗(yàn)課程群等線(xiàn)上平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)效果。通過(guò)疫情期間的實(shí)踐證明，該模式使教師教學(xué)管理更靈活便捷，使學(xué)生知識(shí)掌握更牢固、實(shí)驗(yàn)興趣更濃厚，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。在測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)師生使用過(guò)程中，該模式取得了很好的成效，如何實(shí)現(xiàn)定制化的針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的模式結(jié)構(gòu)，是下一步需要探索改進(jìn)的方向。

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作者簡(jiǎn)介：劉麗娟（1989—），女，漢族，陜西渭南人，助理工程師，碩士，研究方向：微機(jī)原理、嵌入式等實(shí)驗(yàn)教學(xué)。