微機原理實驗的遠程在線操控探索

微機原理實驗的遠程在線操控探索

李慧敏何勇李艷陳廣鋒李培波摘

要：《微機原理及應用》是機械工程學科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時它也是實踐性很強的一門課程，需要更多的實踐類實驗去幫助學生。該文主要對《微機原理及應用》課程中實驗課的遠程在線操控進行了有益的探索。主要通過遠程監(jiān)控軟件對實驗室的實驗儀器直接進行操作，利用網(wǎng)絡(luò)縮短在家和實驗室的距離，完成遠程的實驗課程內(nèi)容。這是對單片機線上實驗課的一種嘗試，課內(nèi)的實驗課實踐證明這種實驗框架設(shè)計可以滿足課程對實驗操作的要求。它不僅有利于老師直觀地了解學生掌握程度，并可以根據(jù)實驗情況進行數(shù)據(jù)分析，進一步優(yōu)化和精煉上課內(nèi)容，指導后面課程設(shè)計。Key：微機原理

在線教育

實踐教學

遠程操控：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《微機原理及應用》是機械工程學科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時它也是實踐性很強的一門課程。相對于電子系的學生，機械工程學科的學生在掌握知識點方面，需要更多的實踐類實驗。在不改變課時設(shè)置的前提下有效加強實驗實踐環(huán)節(jié)，是非常重要和必不可少的[1]。此外，為了應對當前形勢的全球教育，在線教育已經(jīng)不可避免地進入我們的課程教育規(guī)劃中，當然課程的實驗環(huán)節(jié)也需要進行在線開展。關(guān)于本科階段實驗內(nèi)容的設(shè)置，已經(jīng)有很多的教學工作者對其進行了長時間的實踐驗證[2-10]。其中提出的虛擬實驗方案[11-12]，使學生可以在自己搭建的虛擬平臺對自己設(shè)計的系統(tǒng)進行評估。這樣不僅引起了學生的興趣（興趣是學習的第一動力），而且為實驗內(nèi)容的靈活設(shè)計提供了好的平臺。但是對于機械工科學生來說，實際的動手能力可能還是會有所欠缺。機械工科學生應當可以動手進行真正的實驗，以此來增強他們的實踐經(jīng)驗。但是由于疫情的影響，實驗課程無法做到現(xiàn)場教學，為此，相關(guān)教學人員進行了一次以遠程操控為主的，落地式單片機實驗課程的設(shè)計，并開展了第一次學生線上的單片機實驗，積累了一些經(jīng)驗。該實驗內(nèi)容設(shè)計的初衷是使學生在家里通過互聯(lián)網(wǎng)操控學校實驗室里的實驗儀，根據(jù)實驗內(nèi)容，在老師的配合下完成實驗課程。這樣不僅可以直接觀察到每個同學的實驗操作情況，而且可以真正實現(xiàn)一對一老師的實驗輔導。以下將從具體操作過程和實驗結(jié)果來分析該探索的實效。1

線上實驗課微機原理的單片機實驗課通常都需要在實驗室內(nèi)的實驗儀器上完成，屬于典型的實踐類工科課程。如何將它改為線上操作？采用虛擬平臺是一個辦法。但考慮到有些學生的電腦里不方便安裝虛擬軟件，或者軟件與學校實驗室內(nèi)環(huán)境不同等因素，在設(shè)計線上實驗的時候還是決定在學校實驗室里的實驗儀上進行操控。為此提出了線上的單片機“落地”實驗，其構(gòu)架如圖1所示。學生們在家里或者其他地方，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中通過電腦上的遠程控制軟件，可以直接操作實驗室內(nèi)的電腦，該電腦與實驗儀器直接相連，可以完成課程中設(shè)計的實驗內(nèi)容，達成學習目標。任課老師或?qū)嶒炇依蠋熆梢灾苯油ㄟ^觀察實驗室電腦里同學的操作來了解學生的掌握情況。老師在實驗過程中可以通過其他即時通信軟件將實驗儀器上的結(jié)果反饋給學生，讓學生隨時掌握實驗結(jié)果并根據(jù)結(jié)果進行修正，使得整個實驗就像學生在實驗室進行操作一樣，真正實現(xiàn)老師和學生之間的無縫對接，實現(xiàn)課程的教學目標。2

線上實驗探索根據(jù)線上實驗課的設(shè)計框架，師生們對其落地實驗進行了第一次嘗試。首先要選擇遠程操控軟件。網(wǎng)上遠程監(jiān)控軟件很多，此次課程選取了某款軟件進行了測試。學生可以很容易地在自己的移動端或電腦端進行安裝，然后連接到實驗室的電腦中。當時班級里有80個同學，其中76個同學進行了測試，經(jīng)過測試全部連上實驗室電腦。其次要將實驗室的電腦和實驗儀器DP51PRO連接起來，因為學生是遠程監(jiān)控，所以實驗儀上的硬件由老師和助管完成，老師將連接過程拍成小視頻，在上實驗課前給同學們講解。準備工作完成后進行第三步：遠程操作實驗儀。學生們通過遠程監(jiān)控軟件進入實驗室電腦，在上面找到編程軟件，打開并編寫程序，然后編譯、硬件聯(lián)機調(diào)試。整個過程就和學生在實驗室現(xiàn)場操作一樣，老師可以很直觀地看到學生的操作情況，并及時給予指導。當硬件調(diào)試時，可以通過其他即時通信軟件與學生進行交流，交換實驗情況。最后老師給出學生實驗的結(jié)果，可以拍小視頻給學生看，完成整個實驗過程。班級76個同學進行了實驗，3個本科生單片機實驗的完成情況見表1。實驗一由于實驗內(nèi)容簡單，僅是單片機的IO口輸入輸出實驗，所以基本上每個同學都完成了，完成人數(shù)76人，完成率為100%，完成最短時間為10min，完成最長時間為20min，整體速度比較快。實驗二內(nèi)容稍難，是AD0809的采集實驗，完成人數(shù)72人，完成率為95%，完成最短時間為15min，最長時間為35min，速度差異比較明顯。實驗三為DAC0832的使用，由于時間有限、實驗室現(xiàn)場人手的原因，完成人數(shù)50人，完成率僅為65%，有35%的同學沒有完成實驗，最短時間為15min，最長時間達到40min，暴露出這次實驗的不足，也正是課程需要改進的地方。3

結(jié)論此次遠程操控實驗課是對線上單片機實驗課的一種嘗試，主要通過遠程監(jiān)控軟件對實驗室的實驗儀器直接進行操作，并在一對一老師的實驗輔導下利用網(wǎng)絡(luò)縮短在家和實驗室的距離，完成遠程的實驗課程內(nèi)容。實踐證明，這種實驗框架設(shè)計可以滿足該門課程對實驗操作的要求，也非常有利于老師掌握學生學習的具體情況。在此基礎(chǔ)上，老師可以根據(jù)此次實驗的數(shù)據(jù)分析進一步優(yōu)化和精煉上課內(nèi)容，并對經(jīng)典部分進行更加深刻的講解和剖析，使同學們可以更好地掌握單片機的重點知識和理論。但是在整個操作過程中也存在一些問題：（1）當同學比較多的時候，需要考慮如何有效組織實驗，并安排實驗時間;（2）有些同學的網(wǎng)絡(luò)可能會出現(xiàn)問題，使得在實驗的過程中會出現(xiàn)延遲，甚至不能順利進行下去的情況;（3）有些遠程監(jiān)控軟件涉及到使用費用，使得課程實驗面臨著操作平臺使用連貫性的問題。但總體來看，在線實驗調(diào)動了學生的學習興趣和學習主動性，課堂理論和實踐達到了充分結(jié)合，提高了教學效果，也很出色地完成了教學計劃，極大地提高了學生們的實踐能力和水平。Reference[1]金國華，畢勝，翟朝霞，等.單片機課程實踐教學模式的改革與構(gòu)建[J].實驗科學與技術(shù)，2015（12）：80-82.[2]梁絨香.微機原理與接口技術(shù)實驗教學[J].中國成人教育，2006（5）：34-35.[3]王鑫國.本科生單片機應用能力培養(yǎng)模式改革與思考[J].甘肅聯(lián)合大學學報：自然科學版，2010，24（6）：104-106.[4]鄭春喃.單片機教學改革的實踐分析[J].中國校外教育，2014（2）：102-103.[5]王國明.淺談單片機教學改革與實踐[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)的單片機原理及應用實驗項目設(shè)計[J].滄州師范學院學報，2020，36（2）：125-128.[7]王楠，陳應舒.基于創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)模式的單片機課程教改方法研究[J].教育教學論壇，2017，2（8）：93-95.[8]張?zhí)祜w，龍海燕，丁嬌，等.基于項目化教學的單片機課程改革[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018（4）：119-120.[9]CHENGuangfeng，WANGLinxia，YANGXiangping，etal.CaseDesignfortheDataTransmissionInstructionofTeachingofSCM[C]//Proceedingsof2018InternationalConferenceonAdvancesinSocialSciencesandSustainableDe