微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程在線操控探索

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)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)它也是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，需要更多的實(shí)踐類實(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)。Key：微機(jī)原理

在線教育

實(shí)踐教學(xué)

遠(yuǎn)程操控：G642.0;TP368.1

：A：1672-3791（2021）04（b）-0045-03ExplorationonRemoteOnlineControlofMicrocomputerPrincipleExperimentsLIHuimin

HEYong

LIYan

CHENGuangfeng

LIPeibo（CollegeofMechanicalEngineering，DonghuaUniversity，Shanghai，201620

china）Abstract："MicrocomputerPrincipleandApplication"isaprofessionalbasiccourseofmechanicalengineering，anditisalsoapracticalcourse.Morepracticalexperimentsareneededtohelpstudents.ThispapermainlyexplorestheremoteonlinecontroloftheexperimentalcourseinthecourseofMicrocomputerPrincipleandApplication.Mainlythroughtheremotemonitoringsoftwaretooperatethelaboratoryinstrumentsdirectly，usingthenetworktoshortenthedistancebetweenhomeandlaboratory，tocompletetheremoteexperimentalcoursecontent.Thisisanattempttotheonlineexperimentalcourseofsinglechipmicrocomputer.Thepracticeoftheexperimentalcourseinthecourseprovesthatthedesignoftheexperimentalframeworkcanmeettherequirementsofthecourseforexperimentaloperation.Itisnotonlyhelpfulforteacherstointuitivelyunderstandthestudents'mastery，butalsocancarryoutdataanalysisaccordingtotheexperimentalsituation，furtheroptimizeandrefinethecoursecontent，andguidethelatercoursedesign.KeyWords：Microcomputerprinciple;Onlineeducation;Practicalteaching;Remotecontrol《微機(jī)原理及應(yīng)用》是機(jī)械工程學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)它也是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程。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，打開并編寫程序，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10min，完成最長(zhǎng)時(shí)間為20min，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15min，最長(zhǎng)時(shí)間為35min，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)沒有完成實(shí)驗(yàn)，最短時(shí)間為15min，最長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到40min，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。Reference[1]金國(guó)華，畢勝，翟朝霞，等.單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)模式的改革與構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015（12）：80-82.[2]梁絨香.微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].中國(guó)成人教育，2006（5）：34-35.[3]王鑫國(guó).本科生單片機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)模式改革與思考[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，24（6）：104-106.[4]鄭春喃.單片機(jī)教學(xué)改革的實(shí)踐分析[J].中國(guó)校外教育，2014（2）：102-103.[5]王國(guó)明.淺談單片機(jī)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].信息系統(tǒng)工程，2016（4）：156-158.[6]李敏，陳麗霞，張欣.基于工程能力培養(yǎng)的單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)[J].滄州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，36（2）：125-128.[7]王楠，陳應(yīng)舒.基于創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)模式的單片機(jī)課程教改方法研究[J].教育教學(xué)論壇，2017，2（8）：93-95.[8]張?zhí)祜w，龍海燕，丁嬌，等.基于項(xiàng)目化教學(xué)的單片機(jī)課程改革[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018（4）：119-120.[9]CHENGuangfeng，WANGLinxia，YANGXiangping，etal.CaseDesignfortheDataTransmissionInstructionofTeachingofSCM[C]//Proceedingsof2018InternationalConferenceonAdvancesinSocialSciencesandSustainableDe