微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程在線操控探索

李慧敏 何勇 李艷 陳廣鋒 李培波

摘? 要：《微機(jī)原理及應(yīng)用》是機(jī)械工程學(xué)科的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)它也是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)課程，需要更多的實(shí)踐類(lèi)實(shí)驗(yàn)去幫助學(xué)生。該文主要對(duì)《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程中實(shí)驗(yàn)課的遠(yuǎn)程在線操控進(jìn)行了有益的探索。主要通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)儀器直接進(jìn)行操作，利用網(wǎng)絡(luò)縮短在家和實(shí)驗(yàn)室的距離，完成遠(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。這是對(duì)單片機(jī)線上實(shí)驗(yàn)課的一種嘗試，課內(nèi)的實(shí)驗(yàn)課實(shí)踐證明這種實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)可以滿足課程對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的要求。它不僅有利于老師直觀地了解學(xué)生掌握程度，并可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步優(yōu)化和精煉上課內(nèi)容，指導(dǎo)后面課程設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理? 在線教育? 實(shí)踐教學(xué)? 遠(yuǎn)程操控

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0;TP368.1? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）04（b）-0045-03

Exploration on Remote Online Control of Microcomputer Principle Experiments

LI Huimin? HE Yong? LI Yan? CHEN Guangfeng? LI Peibo

（College of Mechanical Engineering， Donghua University， Shanghai， 201620? china）

Abstract： "Microcomputer Principle and Application" is a professional basic course of mechanical engineering， and it is also a practical course. More practical experiments are needed to help students. This paper mainly explores the remote online control of the experimental course in the course of Microcomputer Principle and Application. Mainly through the remote monitoring software to operate the laboratory instruments directly， using the network to shorten the distance between home and laboratory， to complete the remote experimental course content. This is an attempt to the online experimental course of single chip microcomputer. The practice of the experimental course in the course proves that the design of the experimental framework can meet the requirements of the course for experimental operation. It is not only helpful for teachers to intuitively understand the students' mastery， but also can carry out data analysis according to the experimental situation， further optimize and refine the course content， and guide the later course design.

Key Words： Microcomputer principle; Online education; Practical teaching; Remote control

《微機(jī)原理及應(yīng)用》是機(jī)械工程學(xué)科的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)它也是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)課程。相對(duì)于電子系的學(xué)生，機(jī)械工程學(xué)科的學(xué)生在掌握知識(shí)點(diǎn)方面，需要更多的實(shí)踐類(lèi)實(shí)驗(yàn)。在不改變課時(shí)設(shè)置的前提下有效加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是非常重要和必不可少的[1]。

此外，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前形勢(shì)的全球教育，在線教育已經(jīng)不可避免地進(jìn)入我們的課程教育規(guī)劃中，當(dāng)然課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也需要進(jìn)行在線開(kāi)展。關(guān)于本科階段實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置，已經(jīng)有很多的教學(xué)工作者對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐驗(yàn)證[2-10]。其中提出的虛擬實(shí)驗(yàn)方案[11-12]，使學(xué)生可以在自己搭建的虛擬平臺(tái)對(duì)自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。這樣不僅引起了學(xué)生的興趣（興趣是學(xué)習(xí)的第一動(dòng)力），而且為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的靈活設(shè)計(jì)提供了好的平臺(tái)。但是對(duì)于機(jī)械工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)際的動(dòng)手能力可能還是會(huì)有所欠缺。機(jī)械工科學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以動(dòng)手進(jìn)行真正的實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)增強(qiáng)他們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但是由于疫情的影響，實(shí)驗(yàn)課程無(wú)法做到現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，為此，相關(guān)教學(xué)人員進(jìn)行了一次以遠(yuǎn)程操控為主的，落地式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)，并開(kāi)展了第一次學(xué)生線上的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的初衷是使學(xué)生在家里通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)操控學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里的實(shí)驗(yàn)儀，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在老師的配合下完成實(shí)驗(yàn)課程。這樣不僅可以直接觀察到每個(gè)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作情況，而且可以真正實(shí)現(xiàn)一對(duì)一老師的實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)。以下將從具體操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析該探索的實(shí)效。

1? 線上實(shí)驗(yàn)課

微機(jī)原理的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課通常都需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器上完成，屬于典型的實(shí)踐類(lèi)工科課程。如何將它改為線上操作？采用虛擬平臺(tái)是一個(gè)辦法。但考慮到有些學(xué)生的電腦里不方便安裝虛擬軟件，或者軟件與學(xué)校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境不同等因素，在設(shè)計(jì)線上實(shí)驗(yàn)的時(shí)候還是決定在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里的實(shí)驗(yàn)儀上進(jìn)行操控。為此提出了線上的單片機(jī)“落地”實(shí)驗(yàn)，其構(gòu)架如圖1所示。學(xué)生們?cè)诩依锘蛘咂渌胤?，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中通過(guò)電腦上的遠(yuǎn)程控制軟件，可以直接操作實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的電腦，該電腦與實(shí)驗(yàn)儀器直接相連，可以完成課程中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。任課老師或?qū)嶒?yàn)室老師可以直接通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)室電腦里同學(xué)的操作來(lái)了解學(xué)生的掌握情況。老師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以通過(guò)其他即時(shí)通信軟件將實(shí)驗(yàn)儀器上的結(jié)果反饋給學(xué)生，讓學(xué)生隨時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)果并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行修正，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)就像學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作一樣，真正實(shí)現(xiàn)老師和學(xué)生之間的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)目標(biāo)。

2? 線上實(shí)驗(yàn)探索

根據(jù)線上實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)框架，師生們對(duì)其落地實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了第一次嘗試。首先要選擇遠(yuǎn)程操控軟件。網(wǎng)上遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件很多，此次課程選取了某款軟件進(jìn)行了測(cè)試。學(xué)生可以很容易地在自己的移動(dòng)端或電腦端進(jìn)行安裝，然后連接到實(shí)驗(yàn)室的電腦中。當(dāng)時(shí)班級(jí)里有80個(gè)同學(xué)，其中76個(gè)同學(xué)進(jìn)行了測(cè)試，經(jīng)過(guò)測(cè)試全部連上實(shí)驗(yàn)室電腦。

其次要將實(shí)驗(yàn)室的電腦和實(shí)驗(yàn)儀器DP51PRO連接起來(lái)，因?yàn)閷W(xué)生是遠(yuǎn)程監(jiān)控，所以實(shí)驗(yàn)儀上的硬件由老師和助管完成，老師將連接過(guò)程拍成小視頻，在上實(shí)驗(yàn)課前給同學(xué)們講解。

準(zhǔn)備工作完成后進(jìn)行第三步：遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)儀。學(xué)生們通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室電腦，在上面找到編程軟件，打開(kāi)并編寫(xiě)程序，然后編譯、硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試。整個(gè)過(guò)程就和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)操作一樣，老師可以很直觀地看到學(xué)生的操作情況，并及時(shí)給予指導(dǎo)。當(dāng)硬件調(diào)試時(shí)，可以通過(guò)其他即時(shí)通信軟件與學(xué)生進(jìn)行交流，交換實(shí)驗(yàn)情況。

最后老師給出學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以拍小視頻給學(xué)生看，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。班級(jí)76個(gè)同學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，3個(gè)本科生單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的完成情況見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)一由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，僅是單片機(jī)的IO口輸入輸出實(shí)驗(yàn)，所以基本上每個(gè)同學(xué)都完成了，完成人數(shù)76人，完成率為100%，完成最短時(shí)間為10 min，完成最長(zhǎng)時(shí)間為20 min，整體速度比較快。實(shí)驗(yàn)二內(nèi)容稍難，是AD0809的采集實(shí)驗(yàn)，完成人數(shù)72人，完成率為95%，完成最短時(shí)間為15 min，最長(zhǎng)時(shí)間為35 min，速度差異比較明顯。實(shí)驗(yàn)三為DAC0832的使用，由于時(shí)間有限、實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)人手的原因，完成人數(shù)50人，完成率僅為65%，有35%的同學(xué)沒(méi)有完成實(shí)驗(yàn)，最短時(shí)間為15 min，最長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到40 min，暴露出這次實(shí)驗(yàn)的不足，也正是課程需要改進(jìn)的地方。

3? 結(jié)論

此次遠(yuǎn)程操控實(shí)驗(yàn)課是對(duì)線上單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課的一種嘗試，主要通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)儀器直接進(jìn)行操作，并在一對(duì)一老師的實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)下利用網(wǎng)絡(luò)縮短在家和實(shí)驗(yàn)室的距離，完成遠(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。實(shí)踐證明，這種實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)可以滿足該門(mén)課程對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的要求，也非常有利于老師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況。在此基礎(chǔ)上，老師可以根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步優(yōu)化和精煉上課內(nèi)容，并對(duì)經(jīng)典部分進(jìn)行更加深刻的講解和剖析，使同學(xué)們可以更好地掌握單片機(jī)的重點(diǎn)知識(shí)和理論。但是在整個(gè)操作過(guò)程中也存在一些問(wèn)題：（1）當(dāng)同學(xué)比較多的時(shí)候，需要考慮如何有效組織實(shí)驗(yàn)，并安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間;（2）有些同學(xué)的網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，使得在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)延遲，甚至不能順利進(jìn)行下去的情況;（3）有些遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件涉及到使用費(fèi)用，使得課程實(shí)驗(yàn)面臨著操作平臺(tái)使用連貫性的問(wèn)題。但總體來(lái)看，在線實(shí)驗(yàn)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，課堂理論和實(shí)踐達(dá)到了充分結(jié)合，提高了教學(xué)效果，也很出色地完成了教學(xué)計(jì)劃，極大地提高了學(xué)生們的實(shí)踐能力和水平。

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