“微機接口技術”課程線上實驗教學模式構建與應用

劉麗娟 寇科 張祖漪

摘? 要：針對線上實驗教學，基于“微機接口技術”課程研究構建了一種利于師生互動，利于學生自主式、合作式、研究式學習的新型線上實驗教學模式。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容為支撐，使學生可以“隨時、隨地”開展實驗。實踐證明，該模式有助于充分挖掘學生實驗興趣，開拓數字化教學管理方式，提高實驗教學靈活性、延續性，實現實驗課程的資源共享。

關鍵詞：線上實驗教學;虛擬仿真實驗;交互式;層次化;“微機接口技術”課程

中圖分類號：TP301-42? ? ? 文獻標識碼：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，中國教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》中積極推動“互聯網+”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和課堂教學有機結合的新方法[2]。線上教學與線下教學不同，需要教師針對課程特色和教學對象特點，利用互聯網思維重新組織和設計教學過程，還需要把握不同教學對象的學習情境和環境，更好、更快地開展教學[3，4]。在信息化教育的大趨勢下，構建一種適合工科實驗教學的新模式尤為重要。

“微機接口技術”課程作為西安理工大學儀器類專業的核心專業基礎課程，其實驗教學由于較強的師生互動性、對實驗器材設備的依附性、團隊合作性、實踐性等特殊情況，對線上教學提出了更高要求。目前多所高校嘗試了線上實驗教學，但是存在以下問題：（1）部分線上實驗設計零碎化，忽視了學生個性化需求，學生無法針對性選擇課程資源，影響學習效率。（2）線上實驗師生互動性缺乏，導致學生的學習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”實驗課程，探索出一種“以學生為主，教師全程指導”的新型交互式線上實驗教學模式，該模式以線上教學平臺為依托，以層次化實驗項目的設計、更新和實施為載體，利于學生自主式、合作式、研究式學習，使得學生可以“隨時、隨地”與教師交流、開展實驗，該模式有力強化了學生的實踐能力，有力培養了學生的自主創新意識。“微機接口技術”課程線上實驗教學有利于將資源分享給更多專業，受益面廣，資源利用率高。

1? 交互式線上實驗教學模式構建

1.1? 線上實驗教學實施過程

該線上實驗課程利用先進的互聯網技術，通過智慧樹、雨課堂、騰訊會議、課程群等線上平臺，實現智慧教學的目的。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、發布預習以及報告任務、評閱實驗報告等，學生可以下載以及觀看教學資源、提交報告等。通過騰訊會議和課程群，教師在學生實驗操作的過程中了解學生實驗操作動態，根據學生的表現給出實驗操作成績，學生實時反饋自己的學習進度。最后教師通過智慧樹平臺發布實驗報告任務，學生提交實驗報告，教師根據學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，學生全程反饋的教學方式，這種交互式教學方式保證師生的靈活溝通，確保教學工作高質高量完成，具體實施過程如圖1所示。

在新的實驗教學模式中，為了確保課程建設的質量，該實驗教學過程共分三個階段：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立課程，然后上傳實驗課程資源的課程PPT、仿真軟件、仿真設計平臺介紹視頻、驗證性實驗范例內容、開放設計綜合性實驗任務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，教師統一在騰訊會議上講解課程內容，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，學生根據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果。在開放設計性實驗中，教師發布不同的設計任務，學生自由選擇任務，完成原理圖設計、程序代碼編寫、硬軟件調試等過程，充分提高學生的動手能力和創新設計能力，具體流程如圖2所示。

1.1.3? 實驗課后

實驗課后，教師發布實驗報告任務要求，學生提交報告，教師根據學生課前預習情況、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”課程實驗教學大綱，結合課堂內容重難點，在學生掌握微機系統原理和匯編語言編程原理基礎上，對實驗內容進行循序漸進地設計，包括：I/O端口地址譯碼和8253定時/計數器2個驗證性實驗，交通燈（可響應緊急情況）、信號發生器和數字電壓表等多個開放綜合設計類實驗，具體的實驗名稱及內容如表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”課程上實驗教學模式優勢

1.3.1? 實驗教學內容設計層次化

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

1.3.2? 實驗教學管理實現數字化

該教學模式的課程建立、學生管理、課程資源上傳、實驗預習和報告發布、課堂教學、報告批閱、成績管理等環節為線上操作，全程數字化模式可以幫助教師系統性地管理實驗教學資源、評判實驗報告，綜合掌握學生在實驗中的表現和存在的問題，提高實驗課程的教學效果，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受場地和時間限制的缺陷，激勵學生自主學習和研究的能力，設計了一套基于Proteus軟件的微機原理與接口技術仿真實驗系統，使得在線實驗成為可能[7]。在實驗操作中，學生能夠基于Proteus軟件繪制實驗原理圖，利用MASM32軟件編寫8086匯編程序，并編譯生成可執行文件。該仿真軟件幫助學生更快地了解知識原理，更靈活方便地設計實驗、調試仿真儀器，實現了教師和學生僅用電腦就可實現所有實驗環節的目的。

2? 交互式線上實驗教學應用效果分析

根據2020年春季學期該模式的使用情況可看出，90%以上的學生對這個教學模式很滿意，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，2020年為線上教學）本學院測控技術與儀器專業6個班同學的“微機接口技術”課程實驗成績對比如圖3所示，由圖4可以看出，優良（80～100分）學生人數占總人數的百分比：2018年為78%、2019年為74%，2020年為82%;在2020年數據中，70分以下的學生人數減為零，80～90分的學生人數明顯增加;根據數據統計得到三年平均分，2018年82分、2019年83分、2020年85分。通過數據對比可得出，2020年采用線上實驗教學之后，有效激發了學生實驗積極性，提高了實驗教學質量。

3? 結? 論

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

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知 [EB/OL].（2018-04-18）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[2] 中華人民共和國教育部.部署統籌做好教育系統新冠肺炎疫情防控和教育改革發展工作 [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.疫情時期基于網絡的精準教學研究——以《工程圖學》課程線上教學為例 [J].中國教育信息化，2020（23）：72-75.

[4] 劉玉秀，崔良中.疫情下線上教學精細化管理探索和實踐 [J].計算機教育，2020（7）：14-18.

[5] 李珍香，李全福.Proteus仿真軟件在微機原理與接口技術課程實驗教學中的應用 [J].計算機教育，2015（9）：56-60.

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

[7] 蔡釩，陳愛城，王明茲，等.虛擬仿真實驗教學中心網絡化實驗教學體系的構建 [J].實驗室科學，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。