《微機(jī)原理與接口技術(shù)》中的“三性”實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

成　運(yùn)　伍鐵斌　謝四蓮　譚甲凡

摘要：結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)程，對(duì)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》中的“三性”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式進(jìn)行了有益的探索，通過(guò)創(chuàng)新型“三性”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，使學(xué)生解決問(wèn)題的能力得到加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：“三性”；實(shí)驗(yàn)；微機(jī)原理與接口技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Research on "Three Properties" Experiments for Microcomputer and Interface

CHENG Yun, WU Tie-bin, XIE Si-lian, TAN Jia-fan

(Department of Communications & Control Engineering,Hunan Institute of Humanities,Science and Technology,Loudi 417000,China)

Abstract:Combining with the innovation of experimental teaching of our university, the paper rmade useful exploration in innovated experimental teaching mode with“three properties”in Microcomputer Theory and Interface. With the innovated experimental teaching with“three properties”, the consciousness and capabilities of students are cultivated and the stuudents' abilities to solve problems are gradually strengthened and improved.

Key words:"Three Properties";Experiments;Microcomputer Theory and Interface

1 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以加深和鞏固所學(xué)到的理論知識(shí)，提高動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)技能、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，為培養(yǎng)富有實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力人才打下牢靠的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大弊端，就是開(kāi)設(shè)大量?jī)H為理論教學(xué)服務(wù)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏培養(yǎng)工程應(yīng)用能力的實(shí)驗(yàn)，這樣的實(shí)驗(yàn)往往只是一個(gè)“裝配”實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)的也只是一個(gè)裝配工，不能鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，創(chuàng)新更無(wú)從談起。如何發(fā)揮好實(shí)驗(yàn)的作用，什么樣的實(shí)驗(yàn)更能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，值得我們深入研究。我們認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，應(yīng)該以創(chuàng)新為主線，開(kāi)設(shè)一些與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有本質(zhì)區(qū)別的綜合性、設(shè)計(jì)性和研究探索性的“三性”實(shí)驗(yàn)，以此推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，使實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正成為實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)基地。下面我們就《微機(jī)原理與接口技術(shù)》中的“三性”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討。

2 “三性”實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵與特征

“三性”實(shí)驗(yàn)一般指綜合性、設(shè)計(jì)性和研究探索性實(shí)驗(yàn)[1]。

綜合性實(shí)驗(yàn)就是“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及本課程的綜合知識(shí)或與本課程相關(guān)課程知識(shí)的實(shí)驗(yàn)”，

綜合性實(shí)驗(yàn)并不局限于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合。綜合是相對(duì)單一而言的，綜合的內(nèi)涵應(yīng)該包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合、實(shí)驗(yàn)方法的綜合、實(shí)驗(yàn)手段的綜合。通過(guò)內(nèi)容、方法和手段的綜合，對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)形成綜合的學(xué)習(xí)與培養(yǎng)[1]。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)方法、選擇實(shí)驗(yàn)器材、擬定實(shí)驗(yàn)操作程序，自己加以實(shí)現(xiàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理的實(shí)驗(yàn)。與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比較，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一般具有學(xué)生設(shè)計(jì)主動(dòng)性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有挑戰(zhàn)性和實(shí)現(xiàn)方法多樣性等特征。

研究探索性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生在導(dǎo)師指導(dǎo)下，在自己的研究領(lǐng)域或?qū)熯x定的學(xué)科方向，針對(duì)某一或某些選定研究目標(biāo)所進(jìn)行的具有研究、探索性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生早期參加科學(xué)研究，教學(xué)科研早期結(jié)合的一種重要形式[1]。顯然，研究性實(shí)驗(yàn)也屬于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的范疇，是具有科學(xué)研究和探索創(chuàng)新性質(zhì)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。與一般的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比較，研究性實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的自主性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的未知性和實(shí)驗(yàn)方法、手段的探索性的基本特征。

3 制定《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原則

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》本身就是一門(mén)開(kāi)放性很強(qiáng)的課程，所以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)不應(yīng)拘泥于教材，拘泥于一個(gè)具體的芯片。為了提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)提高學(xué)習(xí)者興趣，所有的實(shí)驗(yàn)和微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)均為綜合性與設(shè)計(jì)性及研究探索性[2][3]相結(jié)合的。每個(gè)實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)只給出課題，只提供基本的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，不提供具體的、詳細(xì)的電路與程序。學(xué)生通過(guò)自己查閱有關(guān)資料，自定設(shè)計(jì)方案，自行安排、調(diào)試接口電路及相應(yīng)的軟件。這樣，每做完一個(gè)實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)于完成一個(gè)小課題的研究。這種全新的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提供了施展自己創(chuàng)造能力的空間，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高漲，學(xué)習(xí)興趣濃厚，許多學(xué)生自覺(jué)地把課余時(shí)間花在實(shí)驗(yàn)上，深入地研究他們各自感興趣的課題。學(xué)生通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，提高了理論付諸于實(shí)踐的能力，提高了工程設(shè)計(jì)能力和處理實(shí)際問(wèn)題的能力，開(kāi)發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。很多學(xué)生在歷次設(shè)計(jì)競(jìng)賽中取得了佳績(jī)。

4 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方法

在微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)教師主要引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生分析設(shè)計(jì)方案，根據(jù)電路的設(shè)計(jì)分級(jí)檢查各點(diǎn)的數(shù)據(jù)與波形，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器觀察、判斷波形是否正確，從而尋找、發(fā)展、排除故障。每次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都要經(jīng)過(guò)教師認(rèn)真的驗(yàn)收、打分，防止出現(xiàn)弄虛作假、蒙混過(guò)關(guān)的情況。實(shí)驗(yàn)完成后，要求學(xué)生認(rèn)真總結(jié)、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)的可行性進(jìn)行認(rèn)真的論證，對(duì)電路的安裝、調(diào)試過(guò)程進(jìn)行認(rèn)真的總結(jié)，對(duì)故障的排除進(jìn)行理論分析。教師通過(guò)批改報(bào)告，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與報(bào)告質(zhì)量與水平記入平時(shí)成績(jī)。對(duì)于不同層次的學(xué)生，采用不同的教學(xué)方法。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生，要求他們完成課程規(guī)定的基本實(shí)驗(yàn)。對(duì)于部分基礎(chǔ)較好的學(xué)生，在完成好基本實(shí)驗(yàn)的前提下，開(kāi)創(chuàng)第二課堂，讓他們自擬一些自己感興趣的課題，甚至可以與其畢業(yè)設(shè)計(jì)掛鉤，充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造能力。

為更好的檢驗(yàn)課程教學(xué)的效果，強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，我們對(duì)“微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)”課的考試方法進(jìn)行了改革，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作考試和實(shí)驗(yàn)理論考試相結(jié)合。操作考試的做法是，根據(jù)所做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，我們總結(jié)綜合了多套軟硬件結(jié)合的考題，在考試前對(duì)學(xué)生公布。考試時(shí)，以班為單位隨機(jī)抽取其中的一套試題?？荚囈袁F(xiàn)場(chǎng)操作為主，以實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和完成的時(shí)間評(píng)定分?jǐn)?shù)。這種考試既督促學(xué)生對(duì)課程進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的復(fù)習(xí)與總結(jié)，使學(xué)生自覺(jué)、認(rèn)真地對(duì)待每次實(shí)驗(yàn)，又真正檢驗(yàn)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。書(shū)面考試則主要檢查工程調(diào)試能力、理論分析計(jì)算能力、測(cè)試方法與手段等基本技能。實(shí)驗(yàn)的綜合成績(jī)包括：平時(shí)成績(jī)占20%、操作考試占40%、理論考試占40%。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐證明，此種考試方法符合考試規(guī)律，成績(jī)近似正態(tài)分布。要切實(shí)保證實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的效果，提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的質(zhì)量，必須建立一套先進(jìn)的管理機(jī)制。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，我們建立了一套開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制，實(shí)驗(yàn)基地和實(shí)驗(yàn)元件器對(duì)學(xué)生全方位開(kāi)放，實(shí)驗(yàn)時(shí)保證學(xué)生每人一塊實(shí)驗(yàn)板、一套元器件、一臺(tái)計(jì)算機(jī)和測(cè)試儀器，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室這塊小天地里充分施展自己的才能。

5 綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)例--貨物計(jì)費(fèi)計(jì)數(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)

我們精選了一些實(shí)驗(yàn)做為“三性”實(shí)驗(yàn)，這些課題都有基本要求和自由發(fā)揮部分，這些課題都具有實(shí)際意義，如“綜合性實(shí)驗(yàn)”有貨物計(jì)費(fèi)計(jì)數(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)，飯卡管理系統(tǒng)，超市收銀系統(tǒng)，溫度采集系統(tǒng)等，“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”有光控路燈系統(tǒng)，公司點(diǎn)到系統(tǒng)，家庭智能報(bào)警系統(tǒng)等，“探索性實(shí)驗(yàn)”有人工降雨系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存包系統(tǒng)、潛水艇升降控制系統(tǒng)等。下面就綜合性實(shí)驗(yàn)“貨物計(jì)費(fèi)計(jì)數(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)”做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

5.1 設(shè)計(jì)要求

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)一微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)綜合應(yīng)用并行接口、串行接口、其它接口（定時(shí)器接口、中斷接口、模擬接口可選）、編制對(duì)應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)主控中心微機(jī)與下位機(jī)遠(yuǎn)距離傳送以及遠(yuǎn)程控制或監(jiān)測(cè)功能。

由一個(gè)主控機(jī)監(jiān)控和若干個(gè)下位機(jī)組成，主控機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，下位機(jī)負(fù)責(zé)訪問(wèn)接口。

主控機(jī)：在顯示屏上用數(shù)字、圖形、表格、曲線等直觀數(shù)據(jù)處理的過(guò)程。

下位機(jī)：在顯示屏上或用實(shí)驗(yàn)臺(tái)的聲光描述當(dāng)前監(jiān)控的工作狀態(tài)。

5.2 設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)

(1)系統(tǒng)硬件由主控機(jī)（其中一臺(tái)微機(jī)）、下位機(jī)（另一臺(tái)位微機(jī)）和執(zhí)行部件組成。主控機(jī)與下位機(jī)通過(guò)串行通信線連接。

(2)執(zhí)行部件：由接口電路等組成，將接收的數(shù)據(jù)送入到下位機(jī)或?qū)⑾挛粰C(jī)輸出的數(shù)

據(jù)送到執(zhí)行部件。

(3)下位機(jī)：與主控機(jī)通信，控制執(zhí)行部件。

(4)主控機(jī)：與所有下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，必要時(shí)需建數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等。

(5)主控機(jī)程序：串行（RS232/RS485）通信程序，數(shù)據(jù)處理程序等。

(6)下位機(jī)程序：串行（RS232/RS485）通信程序，執(zhí)行部件控制程序。

(7)上貨時(shí)產(chǎn)生貨物號(hào)和貨物密碼，傳到下位機(jī)；下貨時(shí)產(chǎn)生貨物的運(yùn)輸費(fèi)用；用LED顯示貨物量，用聲音提示上貨下貨。

5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

上貨下貨C口控制聲光系統(tǒng)進(jìn)行聲音提示。

上貨時(shí)B 口控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)模擬上貨。

下貨時(shí)A口控制LED燈顯示貨物量。

5.4 程序

由于篇幅所限，具體程序略，只講思想。本實(shí)驗(yàn)程序由主控程序和下位機(jī)程序構(gòu)成。

主控程序功能：

(1)主控機(jī)與下位機(jī)通信：主控機(jī)接到下位機(jī)請(qǐng)求后，產(chǎn)生貨號(hào)和密碼，完成后發(fā)往下位機(jī)。

(2)主控機(jī)數(shù)據(jù)處理：產(chǎn)生隨機(jī)貨號(hào)和密碼，并且只在數(shù)字范圍內(nèi)。

下位機(jī)程序功能：

(1)下位機(jī)與主控機(jī)通信：下位機(jī)向主控機(jī)發(fā)送請(qǐng)求后等待主控機(jī)響應(yīng)，接收主控機(jī)傳來(lái)的有關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)下位機(jī)控制有關(guān)接口：上貨下貨聲音提示。上貨時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)模擬上貨。下貨時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)模擬下貨。下貨時(shí)用戶核對(duì)貨號(hào)和密碼。下貨時(shí)產(chǎn)生貨物的運(yùn)輸費(fèi)用。用LED顯示貨物量。

6 小結(jié)

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)、自動(dòng)化、

電子、機(jī)電等工科專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)學(xué)生微機(jī)程控制設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力設(shè)計(jì)的一門(mén)必修課。筆者依據(jù)大專(zhuān)院校學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，就《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的“三性”實(shí)驗(yàn)做了一個(gè)探討，旨在提高實(shí)踐教學(xué)效果，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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收稿日期：2008-04-02

基金項(xiàng)目：湖南人文科技學(xué)院教改課題（RKJGZ0706）、（RKJGY0721）、（RKJGY0720）。