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摘要：实验教学是微机原理及接口技术课程的重要组成部分。分析了当前实验教学过程中存在的问题，并针对这些问题提出了基于多层次的实验教学改革方法，进一步培养学生动手操作能力，激发学习兴趣，提高学习动力，取得良好的学习效果，达到预期教学目标。
关键词：微机原理与接口技术；机械工程；实验教学；教学改革
本文引用格式：徐斌，等.机械工程专业微机原理及接口技术课程实验教学改革探讨[J].教育现代化,2019,6(16):53-55.
微机原理与接口技术是一门实践性很强的专业课[1]。结合我校机械工程专业实际情况，选择MCS-51单片微型机为主要研究对象。授课内容主要涉及微机型计算机基础、单片机硬件结构、汇编语言程序设计以及I/O接口技术等。该课程主要包括理论授课和课内实验两部分。由于课时较少，因此课内实验主要采用开发软件Keil以及高度集成的DVCC-51JB多功能微机/单片机实验装置进行的一种验证性实验。学生在实验过程中只需参照实验指导书，按操作提示进行连线、输入程序、编译仿真即可完成整个实验过程。这类实验相对简单，在帮助学生了解实验过程具有重要的意义。但是在培养学生动手操作和独立思考能力等方面，却有一定的不足。如果简单地更改实验内容和方式，由于课时和实验场地限制，学生可能无法在规定的时间内完成实验内容，反而影响学生的学习积极性，不能达到预期教学目标。因此，有必要针对实际情况，合理地选择实验内容，满足绝大多数学生的需求[2]。同时考虑学生学习能力、兴趣爱好以及实验需求等差异因素，设计一些多层次、多样式、多角度的扩展实验项目，可满足不同学生的需求。随着计算机仿真技术的不断发展，在实物实验的同时积极引入虚拟实验，可有效地解决当前传统式实验教学过程中存在的场地有限、设备不足等问题[3,4]。虚拟实验是指借助计算机仿真软件，通过计算机模拟技术代替传统实物演示的一种实验方式，具有成本低、操作方便、效率高等特点，目前在电子技术实验中得到了广泛的应用。
一 目前实验教学过程中存在的问题
目前我校机械工程专业微机原理及接口技术课程实验仍然采用传统的实验方式，即采用开发软件Keil以及高度集成的DVCC-51JB多功能微机/单片机实验装置进行的一种验证性实验。由于课时较少，安排了两次课内实验，分别为汇编语言程序设计以及A/D接口实验。通过几次实验发现，学生按照实验指导书，确实能按部就班，很快完成实验。但是当提高实验要求时，进行相应的扩展时，往往感到无从下手。根据作者近年来的教学经验以及和部分学生交流后，总结了部分原因如下。
（一）实验课时较少
由于课程总体学分较少，目前课程安排了两次课内实验，分别为汇编语言程序设计和单片机和A/D接口实验。汇编语言程序设计实验过程中，重点要求学生掌握开发软件Keil的使用，并能根据实验指导书完成简单程序、分支程序、循环程序、子程序以及查表程序的输入、编译和运行，并能记录和分析实验结果。单片机和A/D接口技术实验主要要求学生能动手完成电路连线，系统调试等，从多次实验过程中发现，学生仅仅能够根据实验指导书一步一步操作，如果在实验过程中加入学生程序独立设计环节，通常不能在有限的课内实验期间系统地完成整个实验。
（二）实验方法单一
目前本课程所设置的课内实验都是验证性实验，所谓验证性实验，是指学生在实验之前已经对实验对象以及预期结果有一定的认识,为验证这种认识是否正确而进行的一种实验。该类主要强调演示和证明科学内容的活动,科学知识和科学过程分离。实验过程中，只需要学生按照指导书一步一步输入程序，运行程序即可得到结果，然后记录结果即可。验证性实验在学生入门阶段，可方便学生迅速掌握实验过程中所需的工具，但是这类实验缺乏学生独立思考的环节，一方面导致学生实验的积极性不高，另一方面导致学生学习效果不佳，不能有效地锻炼学生的动手操作能力。
（三）实验考核方式不完善
目前课内实验不进行单独考试和考核，将其纳入平时作业部分，并占期末总评成绩20%。实验安排往往是多人一组，实验过程中很多同学是“走马观花”式，一组中只需个别同学完成，其他同学或依样画瓢，或干脆不动手实验，使学生产生“实验做与不做一个样，做好做坏一个样”的心理，出现学生最终对实验不够重视、敷衍了事的状况。而最终学生实验成绩的判定主要以实验报告或简单结合课堂表现后给出成绩，一定程度上不能直接反映学生的实验情况。这直接导致了学生对实验环节的不重视，认为只要写好实验报告即可，降低了学生动手实验的积极性，影响实验环节的教学效果。
二 实验教学改革探索
针对上述存在的问题，结合作者近年来在教学过程中和同行以及学生交谈，总结了一些针对性的改革措施，期望能通过改革，有效提升课内实验的地位，提高课程教学效率，切实能提高学生动手和操作能力，进一步提升学生学习效率。
（一）精选实验内容
根据当前理论课程教学大纲，设定两次不同的实验。实验一为汇编语言程序设计，仍包含简单程序、分支程序、循环程序、子程序以及查表程序5个部分，并将这5个部分分为3个层次。第一层次为验证性实验，即将完整程序提供给学生，学生只需要输入层序，运行即可。该类试验的主要目的是帮助学生熟悉Keil编程环境，掌握汇编语言输入、编译与运行等基本过程，为后续实验开展打下基础。第二层次为指导性实验，即指导教师提供设计需求和必要的提示信息，学生需要根据提示信息完成实验。如循环程序，可设计如下实验：
要求：内部RAM从30H到60H有一数据块，编程将其传送到外部3000H开始区域。提示：（1）30H到60H共计31H个数据；（2）内部RAM与外部RAM之间不能直接进行数据传送，可将数据先传给累加器A，再由累加器送给外部存储单元；（3）外部数据传送指令可利用MOVX指令，本题主要利用写指令MOVX@DPTR,A；（4）连续区间数据移动可设计为循环程序，如指令DJNZ。
通过这样的提示，可帮助学生一步一步建立程序设计思维，能根据提示完成工作。第三层次为设计性实验，即只提供给学生设计需求，学生需要查阅文献，独立自主完成实验。这主要是为了锻炼学生独立思考和思维能力。同样对于实验二，可设计两个模块。模块一主要要求学生能动手操作，搭建硬件平台，根据指导书上提示完成实验。该模块主要是采用查询方式查询A/D转换是否结束，若EOC变为高电平，则进行数据读取。模块二主要在模块一的基础上，要求学生能自己通过查阅文献资料，自主动手修改程序，将查询方式改为中断连接方式，判断A/D转换过程是否结束。
（二）课外扩展和毕业设计
由于时间和场地有限，课内实验不能很好地锻炼学生的动手操作能力[5]。针对该问题，可建立课外第二课堂和毕业设计环节，作为课内实验的有益补充，如图1所示。第二课堂环节主要是在课内实验的基础上，让学有余力的学生通过多人协作，共同完成一些设计性试验。针对第二课堂，一方面学生可以学习单片机仿真软件Protues通过虚拟仿真，巩固所学课内知识。另一方面，可购买简单的单片机开发板，动手搭建系统，验证仿真结果是否可行。毕业设计是学生在校期间对大学所学知识进行一次全面的知识检验和提升的最后环节。任课教师可提供一些微机原理内容相关毕业设计课题。因此毕业设计环节主要针对少数感兴趣的学生，选择相关课题作为大学四年最后的毕业设计，选做该课题的学生需在指导教师的协助下，自行查阅文献，针对被控对象和控制要求，搭建试验系统，完成课题。
（三）改革实验考核方式
微机原理及接口技术课程是一门实践性很强的课程，要逐步加大实验环节占期末总评成绩的必中。同时，可将实验成绩分为实验平时成绩和实验考核成绩。要注重平时成绩，推行平时考核制度，即学生的平时成绩可占到实验总评成绩的30％-60％。这种办法避免主要由实验报告决定实验成绩的弊端，激励学生将更多功夫用在平时，而不是实验报告，有利于学风建设。在考核方面，实验平时成绩主要包括实验操作和实验结果处理成绩。实验考核成绩主要是针对学生实验项目，采用答辩的方式，学生先进行动手实验并进行讲解，结束后有指导教师和学术提问-回答环节。采用这样的考核方式，可更好地调动学生的实验积极性，学生更愿意参与到实验过程中来，从而取得较好的实验效果。
（四）丰富网络资源
随着个人电脑以及智能手机的日益普及，越来越多的人希望通过互联网获取知识[6,7]。因此，建立微机原理及接口技术课程学习网站，及时公布最新的教学大纲、教学进度以及相关多媒体资料，学生可随时通过互联网获取教学相关资料和信息，这样极大地提高学生学习效率。另外，可在网站上及时公布兄弟院校精品课程网站，课程前沿进展和学术动态，方便学生了解学科动态，为学有余力的学生提供提升知识深度和广度的有效途径。此外，在学习网站上搭建学生在线答疑室也是学生老师沟通和学习的有效途径。学生在在线答疑室能发起问题，老师和其余学生都可以看见问题，并能进行解答。同样，老师通过学生提问，统计和分析学生在学习过程中比较普遍的问题，可进一步帮助老师在后续的教学过程中把握课程难点和重点，改革教学方式，进一步提高教学水平，达到预期教学效果。
（五）强化队伍建设
目前我院机电一体化教学团队主要承担微机原理及接口技术等电气信息类课程的教学工作。多年来学院和团队领导高度重视师资队伍建设。一方面学院积极从国内外高水平大学引进青年教师，及时注入新鲜血液。青年教师朝气蓬勃，易于与学生沟通，容易拉近与学生距离，更方便开展课程教学。另一方面，积极组织团队教师参加各类教育教学培训和交流活动，大力支持中青年教师参与国际合作研究，参加高水平国际会议，增强教师在国际学术界的能见度。此外，学院正以学科建设为引领，鼓励和支持中青年人才制定实施教学、科研能力自我发展计划，形成中青年教师成长、发展的内生动力。鼓励教师在教学过程中积极引入科研项目，以教学促进科研，以科研反哺教学，不断提升教师的综合业务技能。
三 结束语
课程实验是诸多实践教学环节中的重要环节。通过课程实验可以帮助学生巩固所学理论知识，建立科学的实验方法和良好的实验习惯，让学生受益终生。针对我校机械工程专业特色和培养计划课程体系，分析了当前微机原理及接口技术课程实验教学过程存在的一些问题。针对这些问题，根据近年的教学经验，提出了一些有效可行的实验教学改革和创新方案，以此能调动学生的实验积极性，增加学生学习动力，进一步提升学生的动手操作能力。只有不断地进行实验程改革和探索，才能建立一套能有效配合理论教学的实验方案，进一步丰富教学过程、激发学生兴趣，取得预期培养目标。
参考文献
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[2]王正初,范剑,李军.机械专业单片机课程案例教学研究[J].中国教育技术装备,2015(2):81-83.
[3]高庆华,崔承毅,周晓丹,等.虚实结合单片机综合设计实验教学探索[J].工业和信息化教育,2018,(1)：17-21
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[5]李彤,肖大薇,姜立秋.基于项目导向的单片机实践教学模式研究[J].科技创新导报,2014,11(5):7-8.
[6]郭亚琴,王青,顾娜.单片机技术及系统设计多媒体网络教学平台的构建[J].信息系统工程,2015(4):152-153.
[7]邹宪军,李孟仁,毛建中.机械工程实验教学改革实践与探索[J].实验科学与技术,2011,09(1):82-84.
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