“微機接口技術(shù)”課程線上實驗教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用

劉麗娟 寇科 張祖漪

摘? 要：針對線上實驗教學(xué)，基于“微機接口技術(shù)”課程研究構(gòu)建了一種利于師生互動，利于學(xué)生自主式、合作式、研究式學(xué)習(xí)的新型線上實驗教學(xué)模式。該模式以智慧樹、騰訊會議、課程群等線上平臺為依托，以層次化仿真實驗內(nèi)容為支撐，使學(xué)生可以“隨時、隨地”開展實驗。實踐證明，該模式有助于充分挖掘?qū)W生實驗興趣，開拓數(shù)字化教學(xué)管理方式，提高實驗教學(xué)靈活性、延續(xù)性，實現(xiàn)實驗課程的資源共享。

關(guān)鍵詞：線上實驗教學(xué);虛擬仿真實驗;交互式;層次化;“微機接口技術(shù)”課程

中圖分類號：TP301-42? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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，中國教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》中積極推動“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化教育[1]。在2020年疫情期間，教育部多次號召各大中小院校不斷探索線上教學(xué)和課堂教學(xué)有機結(jié)合的新方法[2]。線上教學(xué)與線下教學(xué)不同，需要教師針對課程特色和教學(xué)對象特點，利用互聯(lián)網(wǎng)思維重新組織和設(shè)計教學(xué)過程，還需要把握不同教學(xué)對象的學(xué)習(xí)情境和環(huán)境，更好、更快地開展教學(xué)[3，4]。在信息化教育的大趨勢下，構(gòu)建一種適合工科實驗教學(xué)的新模式尤為重要。

“微機接口技術(shù)”課程作為西安理工大學(xué)儀器類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，其實驗教學(xué)由于較強的師生互動性、對實驗器材設(shè)備的依附性、團隊合作性、實踐性等特殊情況，對線上教學(xué)提出了更高要求。目前多所高校嘗試了線上實驗教學(xué)，但是存在以下問題：（1）部分線上實驗設(shè)計零碎化，忽視了學(xué)生個性化需求，學(xué)生無法針對性選擇課程資源，影響學(xué)習(xí)效率。（2）線上實驗師生互動性缺乏，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)情況無法實時反饋給教師。

針對上述問題，基于“微機接口技術(shù)”實驗課程，探索出一種“以學(xué)生為主，教師全程指導(dǎo)”的新型交互式線上實驗教學(xué)模式，該模式以線上教學(xué)平臺為依托，以層次化實驗項目的設(shè)計、更新和實施為載體，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、隨地”與教師交流、開展實驗，該模式有力強化了學(xué)生的實踐能力，有力培養(yǎng)了學(xué)生的自主創(chuàng)新意識?！拔C接口技術(shù)”課程線上實驗教學(xué)有利于將資源分享給更多專業(yè)，受益面廣，資源利用率高。

1? 交互式線上實驗教學(xué)模式構(gòu)建

1.1? 線上實驗教學(xué)實施過程

該線上實驗課程利用先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過智慧樹、雨課堂、騰訊會議、課程群等線上平臺，實現(xiàn)智慧教學(xué)的目的。借助智慧樹平臺，教師可以建立以及管理課堂、上傳實驗課程資源、發(fā)布預(yù)習(xí)以及報告任務(wù)、評閱實驗報告等，學(xué)生可以下載以及觀看教學(xué)資源、提交報告等。通過騰訊會議和課程群，教師在學(xué)生實驗操作的過程中了解學(xué)生實驗操作動態(tài)，根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)給出實驗操作成績，學(xué)生實時反饋自己的學(xué)習(xí)進度。最后教師通過智慧樹平臺發(fā)布實驗報告任務(wù)，學(xué)生提交實驗報告，教師根據(jù)學(xué)生的實驗操作成績和報告成績給出最終的實驗總成績。師生交流溝通過程通過雨課堂、騰訊會議、課程群進行，整個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，具體實施過程如圖1所示。

在新的實驗教學(xué)模式中，為了確保課程建設(shè)的質(zhì)量，該實驗教學(xué)過程共分三個階段：實驗課前，實驗課中和實驗課后。

1.1.1? 實驗課前

在本階段，教師的準備工作較多，首先在智慧樹平臺中設(shè)立課程，然后上傳實驗課程資源的課程PPT、仿真軟件、仿真設(shè)計平臺介紹視頻、驗證性實驗范例內(nèi)容、開放設(shè)計綜合性實驗任務(wù)和知識點講解視頻等資源上傳至智慧樹平臺。

1.1.2? 實驗課中

在實驗課程進行中，教師統(tǒng)一在騰訊會議上講解課程內(nèi)容，實驗課程包括兩部分：驗證性實驗和開放綜合性實驗。在驗證性實驗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全、利用虛擬儀器測試實驗結(jié)果。在開放設(shè)計性實驗中，教師發(fā)布不同的設(shè)計任務(wù)，學(xué)生自由選擇任務(wù)，完成原理圖設(shè)計、程序代碼編寫、硬軟件調(diào)試等過程，充分提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，具體流程如圖2所示。

1.1.3? 實驗課后

實驗課后，教師發(fā)布實驗報告任務(wù)要求，學(xué)生提交報告，教師根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況、課中實驗操作情況和課后實驗報告按照一定的比例，給出最終實驗成績。

1.2? 線上實驗平臺

基于“微機接口技術(shù)”課程實驗教學(xué)大綱，結(jié)合課堂內(nèi)容重難點，在學(xué)生掌握微機系統(tǒng)原理和匯編語言編程原理基礎(chǔ)上，對實驗內(nèi)容進行循序漸進地設(shè)計，包括：I/O端口地址譯碼和8253定時/計數(shù)器2個驗證性實驗，交通燈（可響應(yīng)緊急情況）、信號發(fā)生器和數(shù)字電壓表等多個開放綜合設(shè)計類實驗，具體的實驗名稱及內(nèi)容如表1所示。實驗操作中使用的仿真軟件為Proteus，該軟件是英國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等多種市場流行的編譯器[5]。本線上實驗，基于8086處理器，利用MASM32編譯器完成所有線上實驗課程。

1.3? “微機接口線技術(shù)”課程上實驗教學(xué)模式優(yōu)勢

1.3.1? 實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計層次化

在實驗內(nèi)容設(shè)計方面，將以往實驗箱硬件電路的驗證性實驗內(nèi)容壓縮，增加了綜合設(shè)計類實驗項目，學(xué)生可利用教師提供的初始虛擬仿真資源，進行微機接口系統(tǒng)的拓展設(shè)計，逐步實現(xiàn)從驗證性實驗到綜合設(shè)計性實驗的層次性轉(zhuǎn)化，改變了原有硬件系統(tǒng)“黑盒子”[6]操作和無法自由設(shè)計的弊端，有利于學(xué)生二次開發(fā)，提升學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力。

1.3.2? 實驗教學(xué)管理實現(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、實驗預(yù)習(xí)和報告發(fā)布、課堂教學(xué)、報告批閱、成績管理等環(huán)節(jié)為線上操作，全程數(shù)字化模式可以幫助教師系統(tǒng)性地管理實驗教學(xué)資源、評判實驗報告，綜合掌握學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)和存在的問題，提高實驗課程的教學(xué)效果，增強師生溝通的實時性與便捷性。

1.3.3? 虛擬仿真實驗提供有力支撐

為了有效改善實驗教學(xué)受場地和時間限制的缺陷，激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究的能力，設(shè)計了一套基于Proteus軟件的微機原理與接口技術(shù)仿真實驗系統(tǒng)，使得在線實驗成為可能[7]。在實驗操作中，學(xué)生能夠基于Proteus軟件繪制實驗原理圖，利用MASM32軟件編寫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)生更快地了解知識原理，更靈活方便地設(shè)計實驗、調(diào)試仿真儀器，實現(xiàn)了教師和學(xué)生僅用電腦就可實現(xiàn)所有實驗環(huán)節(jié)的目的。

2? 交互式線上實驗教學(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)生對這個教學(xué)模式很滿意，教師在使用這個模式之后感覺實驗管理更靈活便捷。2018—2020年（2019和2018年為線下教學(xué)，2020年為線上教學(xué)）本學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)6個班同學(xué)的“微機接口技術(shù)”課程實驗成績對比如圖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)計得到三年平均分，2018年82分、2019年83分、2020年85分。通過數(shù)據(jù)對比可得出，2020年采用線上實驗教學(xué)之后，有效激發(fā)了學(xué)生實驗積極性，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

3? 結(jié)? 論

“微機接口技術(shù)”課程實驗教學(xué)模式，依托層次化仿真實驗系統(tǒng)，通過智慧樹、騰訊會議、實驗課程群等線上平臺，實現(xiàn)了強互動的實驗效果。通過疫情期間的實踐證明，該模式使教師教學(xué)管理更靈活便捷，使學(xué)生知識掌握更牢固、實驗興趣更濃厚，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。在測控技術(shù)與儀器專業(yè)師生使用過程中，該模式取得了很好的成效，如何實現(xiàn)定制化的針對不同專業(yè)的模式結(jié)構(gòu)，是下一步需要探索改進的方向。

參考文獻：

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[2] 中華人民共和國教育部.部署統(tǒng)籌做好教育系統(tǒng)新冠肺炎疫情防控和教育改革發(fā)展工作 [EB/OL].（2020-02-28）.http：// www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200 228_425542.html.

[3] 陳旭玲，陸鳳霞.疫情時期基于網(wǎng)絡(luò)的精準教學(xué)研究——以《工程圖學(xué)》課程線上教學(xué)為例 [J].中國教育信息化，2020（23）：72-75.

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[6] 許雪林.微機原理接口技術(shù)仿真實驗平臺設(shè)計及應(yīng)用 [J].福建電腦，2020，36（4）：85-87.

[7] 蔡釩，陳愛城，王明茲，等.虛擬仿真實驗教學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)體系的構(gòu)建 [J].實驗室科學(xué)，2018，21（1）：121-123+127.

作者簡介：劉麗娟（1989—），女，漢族，陜西渭南人，助理工程師，碩士，研究方向：微機原理、嵌入式等實驗教學(xué)。