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摘 要：针对线上实验教学，基于“微机接口技术”课程研究构建了一种利于师生互动，利于学生自主式、合作式、研究式学习的新型线上实验教学模式。该模式以智慧树、腾讯会议、课程群等线上平台为依托，以层次化仿真实验内容为支撑，使学生可以“随时、随地”开展实验。实践证明，该模式有助于充分挖掘学生实验兴趣，开拓数字化教学管理方式，提高实验教学灵活性、延续性，实现实验课程的资源共享。
关键词：线上实验教学;虚拟仿真实验;交互式;层次化;“微机接口技术”课程
中图分类号：TP301-42 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）24-0178-04
The Construction and Application of Online Experiment Teaching Mode of “Microcomputer Interface Technology” Course
LIU Lijuan，KOU Ke，ZHANG Zuyi
（School of Mechanical and Precision Instrument Engineering，Xi’an University of Technology，Xi’an 710048，China）
Abstract：Aiming at online experimental teaching，a new online experimental teaching mode is constructed based on the research of “Microcomputer Interface Technology” course，which is conducive to the interaction between teachers and students，and to autonomous，cooperative and research-based learning for students. Based on the online platforms such as smart tree，Tencent Meeting and course group，and supported by hierarchical simulation experiment content，it is enable for students to carry out experiments “anytime and anywhere”. Practice has proved that this mode is helpful to fully tap students’interest in experiment，develop digital teaching management mode，improve the flexibility and continuity of experiment teaching，and realize the resource sharing of experiment course.
Keywords：online experimental teaching;virtual simulation experiment;interactive;hierarchical;“Microcomputer Interface Technology” course
0 引 言
2018年4月，中国教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》中积极推动“互联网+”信息化教育[1]。在2020年疫情期间，教育部多次号召各大中小院校不断探索线上教学和课堂教学有机结合的新方法[2]。线上教学与线下教学不同，需要教师针对课程特色和教学对象特点，利用互联网思维重新组织和设计教学过程，还需要把握不同教学对象的学习情境和环境，更好、更快地开展教学[3，4]。在信息化教育的大趋势下，构建一种适合工科实验教学的新模式尤为重要。
“微机接口技术”课程作为西安理工大学仪器类专业的核心专业基础课程，其实验教学由于较强的师生互动性、对实验器材设备的依附性、团队合作性、实践性等特殊情况，对线上教学提出了更高要求。目前多所高校尝试了线上实验教学，但是存在以下问题：（1）部分线上实验设计零碎化，忽视了学生个性化需求，学生无法针对性选择课程资源，影响学习效率。（2）线上实验师生互动性缺乏，导致学生的学习情况无法实时反馈给教师。
针对上述问题，基于“微机接口技术”实验课程，探索出一种“以学生为主，教师全程指导”的新型交互式线上实验教学模式，该模式以线上教学平台为依托，以层次化实验项目的设计、更新和实施为载体，利于学生自主式、合作式、研究式学习，使得学生可以“随时、随地”与教师交流、开展实验，该模式有力强化了学生的实践能力，有力培养了学生的自主创新意识。“微机接口技术”课程线上实验教学有利于将资源分享给更多专业，受益面广，资源利用率高。
1 交互式线上实验教学模式构建
1.1 线上实验教学实施过程
该线上实验课程利用先进的互联网技术，通过智慧树、雨课堂、腾讯会议、课程群等线上平台，实现智慧教学的目的。借助智慧树平台，教师可以建立以及管理课堂、上传实验课程资源、发布预习以及报告任务、评阅实验报告等，学生可以下载以及观看教学资源、提交报告等。通过腾讯会议和课程群，教师在学生实验操作的过程中了解学生实验操作动态，根据学生的表现给出实验操作成绩，学生实时反馈自己的学习进度。最后教师通过智慧树平台发布实验报告任务，学生提交实验报告，教师根据学生的实验操作成绩和报告成绩给出最终的实验总成绩。师生交流沟通过程通过雨课堂、腾讯会议、课程群进行，整个模式采用教师全程指导，学生全程反馈的教学方式，这种交互式教学方式保证师生的灵活沟通，确保教学工作高質高量完成，具体实施过程如图1所示。 在新的实验教学模式中，为了确保课程建设的质量，该实验教学过程共分三个阶段：实验课前，实验课中和实验课后。
1.1.1 实验课前
在本阶段，教师的准备工作较多，首先在智慧树平台中设立课程，然后上传实验课程资源的课程PPT、仿真软件、仿真设计平台介绍视频、验证性实验范例内容、开放设计综合性实验任务和知识点讲解视频等资源上传至智慧树平台。
1.1.2 实验课中
在实验课程进行中，教师统一在腾讯会议上讲解课程内容，实验课程包括两部分：验证性实验和开放综合性实验。在验证性实验中教师提供部分参考原理图、程序代码，学生根据教师讲解完成原理图的连接、程序代码的修改和补全、利用虚拟仪器测试实验结果。在开放设计性实验中，教师发布不同的设计任务，学生自由选择任务，完成原理图设计、程序代码编写、硬软件调试等过程，充分提高学生的动手能力和创新设计能力，具体流程如图2所示。
1.1.3 实验课后
实验课后，教师发布实验报告任务要求，学生提交报告，教师根据学生课前预习情况、课中实验操作情况和课后实验报告按照一定的比例，给出最终实验成绩。
1.2 线上实验平台
基于“微机接口技术”课程实验教学大纲，结合课堂内容重难点，在学生掌握微机系统原理和汇编语言编程原理基础上，对实验内容进行循序渐进地设计，包括：I/O端口地址译码和8253定时/计数器2个验证性实验，交通灯（可响应紧急情况）、信号发生器和数字电压表等多个开放综合设计类实验，具体的实验名称及内容如表1所示。实验操作中使用的仿真软件为Proteus，该软件是英国Labcenter Electronics公司研发的EDA软件，不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，其支持的处理器模型有8051、HC11、PIC、DSPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种市场流行的编译器[5]。本线上实验，基于8086处理器，利用MASM32编译器完成所有线上实验课程。
1.3 “微机接口线技术”课程上实验教学模式优势
1.3.1 实验教学内容设计层次化
在实验内容设计方面，将以往实验箱硬件电路的验证性实验内容压缩，增加了综合设计类实验项目，学生可利用教师提供的初始虚拟仿真资源，进行微机接口系统的拓展设计，逐步实现从验证性实验到综合设计性实验的层次性转化，改变了原有硬件系统“黑盒子”[6]操作和无法自由设计的弊端，有利于学生二次开发，提升学生创新设计能力。
1.3.2 实验教学管理实现数字化
该教学模式的课程建立、学生管理、课程资源上传、实验预习和报告发布、课堂教学、报告批阅、成绩管理等环节为线上操作，全程数字化模式可以帮助教师系统性地管理实验教学资源、评判实验报告，综合掌握学生在实验中的表现和存在的问题，提高实验课程的教学效果，增强师生沟通的实时性与便捷性。
1.3.3 虚拟仿真实验提供有力支撑
为了有效改善实验教学受场地和时间限制的缺陷，激励学生自主学习和研究的能力，设计了一套基于Proteus软件的微机原理与接口技术仿真实验系统，使得在线实验成为可能[7]。在实验操作中，学生能够基于Proteus软件绘制实验原理图，利用MASM32软件编写8086汇编程序，并编译生成可执行文件。该仿真软件帮助学生更快地了解知识原理，更灵活方便地设计实验、调试仿真仪器，实现了教师和学生仅用电脑就可实现所有实验环节的目的。
2 交互式线上实验教学应用效果分析
根据2020年春季学期该模式的使用情况可看出，90%以上的学生对这个教学模式很满意，教师在使用这个模式之后感觉实验管理更灵活便捷。2018—2020年（2019和2018年为线下教学，2020年为线上教学）本学院测控技术与仪器专业6个班同学的“微机接口技术”课程实验成绩对比如图3所示，由图4可以看出，优良（80～100分）学生人数占总人数的百分比：2018年为78%、2019年为74%，2020年为82%;在2020年数据中，70分以下的学生人数减为零，80～90分的学生人数明显增加;根据数据统计得到三年平均分，2018年82分、2019年83分、2020年85分。通过数据对比可得出，2020年采用线上实验教学之后，有效激发了学生实验积极性，提高了实验教学质量。
3 结 论
“微机接口技术”课程实验教学模式，依托层次化仿真实验系统，通过智慧树、腾讯会议、实验课程群等线上平台，实现了强互动的实验效果。通过疫情期间的实践证明，该模式使教师教学管理更灵活便捷，使学生知识掌握更牢固、实验兴趣更浓厚，提高了实验教学质量。在测控技术与仪器专业师生使用过程中，该模式取得了很好的成效，如何实现定制化的针对不同专业的模式结构，是下一步需要探索改进的方向。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知 [EB/OL].（2018-04-18）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.
[2] 中华人民共和国教育部.部署统筹做好教育系统新冠肺炎疫情防控和教育改革发展工作 [EB/OL].（2020-02-28）.http：// www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200 228_425542.html.
[3] 陈旭玲，陆凤霞.疫情时期基于网络的精准教学研究——以《工程图学》课程线上教学为例 [J].中国教育信息化，2020（23）：72-75.
[4] 刘玉秀，崔良中.疫情下线上教学精细化管理探索和实践 [J].计算机教育，2020（7）：14-18.
[5] 李珍香，李全福.Proteus仿真软件在微机原理与接口技术课程实验教学中的应用 [J].计算机教育，2015（9）：56-60.
[6] 许雪林.微机原理接口技术仿真实验平台设计及应用 [J].福建电脑，2020，36（4）：85-87.
[7] 蔡钒，陈爱城，王明兹，等.虚拟仿真实验教学中心网络化实验教学体系的构建 [J].实验室科学，2018，21（1）：121-123+127.
作者简介：刘丽娟（1989—），女，汉族，陕西渭南人，助理工程师，碩士，研究方向：微机原理、嵌入式等实验教学。
关键词：线上实验教学;虚拟仿真实验;交互式;层次化;“微机接口技术”课程
中图分类号：TP301-42 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）24-0178-04
The Construction and Application of Online Experiment Teaching Mode of “Microcomputer Interface Technology” Course
LIU Lijuan，KOU Ke，ZHANG Zuyi
（School of Mechanical and Precision Instrument Engineering，Xi’an University of Technology，Xi’an 710048，China）
Abstract：Aiming at online experimental teaching，a new online experimental teaching mode is constructed based on the research of “Microcomputer Interface Technology” course，which is conducive to the interaction between teachers and students，and to autonomous，cooperative and research-based learning for students. Based on the online platforms such as smart tree，Tencent Meeting and course group，and supported by hierarchical simulation experiment content，it is enable for students to carry out experiments “anytime and anywhere”. Practice has proved that this mode is helpful to fully tap students’interest in experiment，develop digital teaching management mode，improve the flexibility and continuity of experiment teaching，and realize the resource sharing of experiment course.
Keywords：online experimental teaching;virtual simulation experiment;interactive;hierarchical;“Microcomputer Interface Technology” course
0 引 言
2018年4月，中国教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》中积极推动“互联网+”信息化教育[1]。在2020年疫情期间，教育部多次号召各大中小院校不断探索线上教学和课堂教学有机结合的新方法[2]。线上教学与线下教学不同，需要教师针对课程特色和教学对象特点，利用互联网思维重新组织和设计教学过程，还需要把握不同教学对象的学习情境和环境，更好、更快地开展教学[3，4]。在信息化教育的大趋势下，构建一种适合工科实验教学的新模式尤为重要。
“微机接口技术”课程作为西安理工大学仪器类专业的核心专业基础课程，其实验教学由于较强的师生互动性、对实验器材设备的依附性、团队合作性、实践性等特殊情况，对线上教学提出了更高要求。目前多所高校尝试了线上实验教学，但是存在以下问题：（1）部分线上实验设计零碎化，忽视了学生个性化需求，学生无法针对性选择课程资源，影响学习效率。（2）线上实验师生互动性缺乏，导致学生的学习情况无法实时反馈给教师。
针对上述问题，基于“微机接口技术”实验课程，探索出一种“以学生为主，教师全程指导”的新型交互式线上实验教学模式，该模式以线上教学平台为依托，以层次化实验项目的设计、更新和实施为载体，利于学生自主式、合作式、研究式学习，使得学生可以“随时、随地”与教师交流、开展实验，该模式有力强化了学生的实践能力，有力培养了学生的自主创新意识。“微机接口技术”课程线上实验教学有利于将资源分享给更多专业，受益面广，资源利用率高。
1 交互式线上实验教学模式构建
1.1 线上实验教学实施过程
该线上实验课程利用先进的互联网技术，通过智慧树、雨课堂、腾讯会议、课程群等线上平台，实现智慧教学的目的。借助智慧树平台，教师可以建立以及管理课堂、上传实验课程资源、发布预习以及报告任务、评阅实验报告等，学生可以下载以及观看教学资源、提交报告等。通过腾讯会议和课程群，教师在学生实验操作的过程中了解学生实验操作动态，根据学生的表现给出实验操作成绩，学生实时反馈自己的学习进度。最后教师通过智慧树平台发布实验报告任务，学生提交实验报告，教师根据学生的实验操作成绩和报告成绩给出最终的实验总成绩。师生交流沟通过程通过雨课堂、腾讯会议、课程群进行，整个模式采用教师全程指导，学生全程反馈的教学方式，这种交互式教学方式保证师生的灵活沟通，确保教学工作高質高量完成，具体实施过程如图1所示。 在新的实验教学模式中，为了确保课程建设的质量，该实验教学过程共分三个阶段：实验课前，实验课中和实验课后。
1.1.1 实验课前
在本阶段，教师的准备工作较多，首先在智慧树平台中设立课程，然后上传实验课程资源的课程PPT、仿真软件、仿真设计平台介绍视频、验证性实验范例内容、开放设计综合性实验任务和知识点讲解视频等资源上传至智慧树平台。
1.1.2 实验课中
在实验课程进行中，教师统一在腾讯会议上讲解课程内容，实验课程包括两部分：验证性实验和开放综合性实验。在验证性实验中教师提供部分参考原理图、程序代码，学生根据教师讲解完成原理图的连接、程序代码的修改和补全、利用虚拟仪器测试实验结果。在开放设计性实验中，教师发布不同的设计任务，学生自由选择任务，完成原理图设计、程序代码编写、硬软件调试等过程，充分提高学生的动手能力和创新设计能力，具体流程如图2所示。
1.1.3 实验课后
实验课后，教师发布实验报告任务要求，学生提交报告，教师根据学生课前预习情况、课中实验操作情况和课后实验报告按照一定的比例，给出最终实验成绩。
1.2 线上实验平台
基于“微机接口技术”课程实验教学大纲，结合课堂内容重难点，在学生掌握微机系统原理和汇编语言编程原理基础上，对实验内容进行循序渐进地设计，包括：I/O端口地址译码和8253定时/计数器2个验证性实验，交通灯（可响应紧急情况）、信号发生器和数字电压表等多个开放综合设计类实验，具体的实验名称及内容如表1所示。实验操作中使用的仿真软件为Proteus，该软件是英国Labcenter Electronics公司研发的EDA软件，不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，其支持的处理器模型有8051、HC11、PIC、DSPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种市场流行的编译器[5]。本线上实验，基于8086处理器，利用MASM32编译器完成所有线上实验课程。
1.3 “微机接口线技术”课程上实验教学模式优势
1.3.1 实验教学内容设计层次化
在实验内容设计方面，将以往实验箱硬件电路的验证性实验内容压缩，增加了综合设计类实验项目，学生可利用教师提供的初始虚拟仿真资源，进行微机接口系统的拓展设计，逐步实现从验证性实验到综合设计性实验的层次性转化，改变了原有硬件系统“黑盒子”[6]操作和无法自由设计的弊端，有利于学生二次开发，提升学生创新设计能力。
1.3.2 实验教学管理实现数字化
该教学模式的课程建立、学生管理、课程资源上传、实验预习和报告发布、课堂教学、报告批阅、成绩管理等环节为线上操作，全程数字化模式可以帮助教师系统性地管理实验教学资源、评判实验报告，综合掌握学生在实验中的表现和存在的问题，提高实验课程的教学效果，增强师生沟通的实时性与便捷性。
1.3.3 虚拟仿真实验提供有力支撑
为了有效改善实验教学受场地和时间限制的缺陷，激励学生自主学习和研究的能力，设计了一套基于Proteus软件的微机原理与接口技术仿真实验系统，使得在线实验成为可能[7]。在实验操作中，学生能够基于Proteus软件绘制实验原理图，利用MASM32软件编写8086汇编程序，并编译生成可执行文件。该仿真软件帮助学生更快地了解知识原理，更灵活方便地设计实验、调试仿真仪器，实现了教师和学生仅用电脑就可实现所有实验环节的目的。
2 交互式线上实验教学应用效果分析
根据2020年春季学期该模式的使用情况可看出，90%以上的学生对这个教学模式很满意，教师在使用这个模式之后感觉实验管理更灵活便捷。2018—2020年（2019和2018年为线下教学，2020年为线上教学）本学院测控技术与仪器专业6个班同学的“微机接口技术”课程实验成绩对比如图3所示，由图4可以看出，优良（80～100分）学生人数占总人数的百分比：2018年为78%、2019年为74%，2020年为82%;在2020年数据中，70分以下的学生人数减为零，80～90分的学生人数明显增加;根据数据统计得到三年平均分，2018年82分、2019年83分、2020年85分。通过数据对比可得出，2020年采用线上实验教学之后，有效激发了学生实验积极性，提高了实验教学质量。
3 结 论
“微机接口技术”课程实验教学模式，依托层次化仿真实验系统，通过智慧树、腾讯会议、实验课程群等线上平台，实现了强互动的实验效果。通过疫情期间的实践证明，该模式使教师教学管理更灵活便捷，使学生知识掌握更牢固、实验兴趣更浓厚，提高了实验教学质量。在测控技术与仪器专业师生使用过程中，该模式取得了很好的成效，如何实现定制化的针对不同专业的模式结构，是下一步需要探索改进的方向。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知 [EB/OL].（2018-04-18）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.
[2] 中华人民共和国教育部.部署统筹做好教育系统新冠肺炎疫情防控和教育改革发展工作 [EB/OL].（2020-02-28）.http：// www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200 228_425542.html.
[3] 陈旭玲，陆凤霞.疫情时期基于网络的精准教学研究——以《工程图学》课程线上教学为例 [J].中国教育信息化，2020（23）：72-75.
[4] 刘玉秀，崔良中.疫情下线上教学精细化管理探索和实践 [J].计算机教育，2020（7）：14-18.
[5] 李珍香，李全福.Proteus仿真软件在微机原理与接口技术课程实验教学中的应用 [J].计算机教育，2015（9）：56-60.
[6] 许雪林.微机原理接口技术仿真实验平台设计及应用 [J].福建电脑，2020，36（4）：85-87.
[7] 蔡钒，陈爱城，王明兹，等.虚拟仿真实验教学中心网络化实验教学体系的构建 [J].实验室科学，2018，21（1）：121-123+127.
作者简介：刘丽娟（1989—），女，汉族，陕西渭南人，助理工程师，碩士，研究方向：微机原理、嵌入式等实验教学。