微机原理实验的远程在线操控探索

微机原理实验的远程在线操控探索

李慧敏何勇李艳陈广锋李培波摘

要：《微机原理及应用》是机械工程学科的一门专业基础课程，同时它也是实践性很强的一门课程，需要更多的实践类实验去帮助学生。该文主要对《微机原理及应用》课程中实验课的远程在线操控进行了有益的探索。主要通过远程监控软件对实验室的实验仪器直接进行操作，利用网络缩短在家和实验室的距离，完成远程的实验课程内容。这是对单片机线上实验课的一种尝试，课内的实验课实践证明这种实验框架设计可以满足课程对实验操作的要求。它不仅有利于老师直观地了解学生掌握程度，并可以根据实验情况进行数据分析，进一步优化和精炼上课内容，指导后面课程设计。Key：微机原理

在线教育

实践教学

远程操控：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《微機原理及应用》是机械工程学科的一门专业基础课程，同时它也是实践性很强的一门课程。相对于电子系的学生，机械工程学科的学生在掌握知识点方面，需要更多的实践类实验。在不改变课时设置的前提下有效加强实验实践环节，是非常重要和必不可少的[1]。此外，为了应对当前形势的全球教育，在线教育已经不可避免地进入我们的课程教育规划中，当然课程的实验环节也需要进行在线开展。关于本科阶段实验内容的设置，已经有很多的教学工作者对其进行了长时间的实践验证[2-10]。其中提出的虚拟实验方案[11-12]，使学生可以在自己搭建的虚拟平台对自己设计的系统进行评估。这样不仅引起了学生的兴趣（兴趣是学习的第一动力），而且为实验内容的灵活设计提供了好的平台。但是对于机械工科学生来说，实际的动手能力可能还是会有所欠缺。机械工科学生应当可以动手进行真正的实验，以此来增强他们的实践经验。但是由于疫情的影响，实验课程无法做到现场教学，为此，相关教学人员进行了一次以远程操控为主的，落地式单片机实验课程的设计，并开展了第一次学生线上的单片机实验，积累了一些经验。该实验内容设计的初衷是使学生在家里通过互联网操控学校实验室里的实验仪，根据实验内容，在老师的配合下完成实验课程。这样不仅可以直接观察到每个同学的实验操作情况，而且可以真正实现一对一老师的实验辅导。以下将从具体操作过程和实验结果来分析该探索的实效。1

线上实验课微机原理的单片机实验课通常都需要在实验室内的实验仪器上完成，属于典型的实践类工科课程。如何将它改为线上操作？采用虚拟平台是一个办法。但考虑到有些学生的电脑里不方便安装虚拟软件，或者软件与学校实验室内环境不同等因素，在设计线上实验的时候还是决定在学校实验室里的实验仪上进行操控。为此提出了线上的单片机“落地”实验，其构架如图1所示。学生们在家里或者其他地方，在网络环境中通过电脑上的远程控制软件，可以直接操作实验室内的电脑，该电脑与实验仪器直接相连，可以完成课程中设计的实验内容，达成学习目标。任课老师或实验室老师可以直接通过观察实验室电脑里同学的操作来了解学生的掌握情况。老师在实验过程中可以通过其他即时通信软件将实验仪器上的结果反馈给学生，让学生随时掌握实验结果并根据结果进行修正，使得整个实验就像学生在实验室进行操作一样，真正实现老师和学生之间的无缝对接，实现课程的教学目标。2

线上实验探索根据线上实验课的设计框架，师生们对其落地实验进行了第一次尝试。首先要选择远程操控软件。网上远程监控软件很多，此次课程选取了某款软件进行了测试。学生可以很容易地在自己的移动端或电脑端进行安装，然后连接到实验室的电脑中。当时班级里有80个同学，其中76个同学进行了测试，经过测试全部连上实验室电脑。其次要将实验室的电脑和实验仪器DP51PRO连接起来，因为学生是远程监控，所以实验仪上的硬件由老师和助管完成，老师将连接过程拍成小视频，在上实验课前给同学们讲解。准备工作完成后进行第三步：远程操作实验仪。学生们通过远程监控软件进入实验室电脑，在上面找到编程软件，打开并编写程序，然后编译、硬件联机调试。整个过程就和学生在实验室现场操作一样，老师可以很直观地看到学生的操作情况，并及时给予指导。当硬件调试时，可以通过其他即时通信软件与学生进行交流，交换实验情况。最后老师给出学生实验的结果，可以拍小视频给学生看，完成整个实验过程。班级76个同学进行了实验，3个本科生单片机实验的完成情况见表1。实验一由于实验内容简单，仅是单片机的IO口输入输出实验，所以基本上每个同学都完成了，完成人数76人，完成率为100%，完成最短时间为10min，完成最长时间为20min，整体速度比较快。实验二内容稍难，是AD0809的采集实验，完成人数72人，完成率为95%，完成最短时间为15min，最长时间为35min，速度差异比较明显。实验三为DAC0832的使用，由于时间有限、实验室现场人手的原因，完成人数50人，完成率仅为65%，有35%的同学没有完成实验，最短时间为15min，最长时间达到40min，暴露出这次实验的不足，也正是课程需要改进的地方。3

结论此次远程操控实验课是对线上单片机实验课的一种尝试，主要通过远程监控软件对实验室的实验仪器直接进行操作，并在一对一老师的实验辅导下利用网络缩短在家和实验室的距离，完成远程的实验课程内容。实践证明，这种实验框架设计可以满足该门课程对实验操作的要求，也非常有利于老师掌握学生学习的具体情况。在此基础上，老师可以根据此次实验的数据分析进一步优化和精炼上课内容，并对经典部分进行更加深刻的讲解和剖析，使同学们可以更好地掌握单片机的重点知识和理论。但是在整个操作过程中也存在一些问题：（1）当同学比较多的时候，需要考虑如何有效组织实验，并安排实验时间;（2）有些同学的网络可能会出现问题，使得在实验的过程中会出现延迟，甚至不能顺利进行下去的情况;（3）有些远程监控软件涉及到使用费用，使得课程实验面临着操作平台使用连贯性的问题。但总体来看，在线实验调动了学生的学习兴趣和学习主动性，课堂理论和实践达到了充分结合，提高了教学效果，也很出色地完成了教学计划，极大地提高了学生们的实践能力和水平。Reference[1]金国华，毕胜，翟朝霞，等.单片机课程实践教学模式的改革与构建[J].实验科学与技术，2015（12）：80-82.[2]梁绒香.微机原理与接口技术实验教学[J].中国成人教育，2006（5）：34-35.[3]王鑫国.本科生单片机应用能力培养模式改革与思考[J].甘肃联合大学学报：自然科学版，2010，24（6）：104-106.[4]郑春喃.单片机教学改革的实践分析[J].中国校外教育，2014（2）：102-103.[5]王国明.浅谈单片机教学改革与实践[J].信息系统工程，2016（4）：156-158.[6]李敏，陈丽霞，张欣.基于工程能力培养的单片机原理及应用实验项目设计[J].沧州师范学院学报，2020，36（2）：125-128.[7]王楠，陈应舒.基于创新型应用人才培养模式的单片机课程教改方法研究[J].教育教学论坛，2017，2（8）：93-95.[8]张天飞，龙海燕，丁娇，等.基于项目化教学的单片机课程改革[J].物联网技术，2018（4）：119-120.[9]CHENGuangfeng，WANGLinxia，YANGXiangping，etal.CaseDesignfortheDataTransmissionInstructionofTeachingofSCM[C]//Proceedingsof2018InternationalConferenceonAdvancesinSocialSciencesandSustainableDe