《微機原理與接口技術》中的“三性”實驗教學探討

成　運　伍鐵斌　謝四蓮　譚甲凡

摘要：結合我校實驗教學改革進程，對《微機原理與接口技術》中的“三性”實驗的教學模式進行了有益的探索，通過創新型“三性”實驗教學，培養了學生的創新意識和創新能力，使學生解決問題的能力得到加強。

關鍵詞：“三性”；實驗；微機原理與接口技術

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Research on "Three Properties" Experiments for Microcomputer and Interface

CHENG Yun, WU Tie-bin, XIE Si-lian, TAN Jia-fan

(Department of Communications & Control Engineering,Hunan Institute of Humanities,Science and Technology,Loudi 417000,China)

Abstract:Combining with the innovation of experimental teaching of our university, the paper rmade useful exploration in innovated experimental teaching mode with“three properties”in Microcomputer Theory and Interface. With the innovated experimental teaching with“three properties”, the consciousness and capabilities of students are cultivated and the stuudents' abilities to solve problems are gradually strengthened and improved.

Key words:"Three Properties";Experiments;Microcomputer Theory and Interface

1 引言

實驗教學是高校教學中一個重要環節。學生通過實驗，可以加深和鞏固所學到的理論知識，提高動手能力、實驗技能、分析問題與解決問題能力，培養嚴肅認真、實事求是的科學態度，為培養富有實踐能力、創新能力人才打下牢靠的基礎。傳統實驗教學的最大弊端，就是開設大量僅為理論教學服務的驗證性實驗，缺乏培養工程應用能力的實驗，這樣的實驗往往只是一個“裝配”實驗，培養的也只是一個裝配工，不能鍛煉和培養學生解決問題的能力，創新更無從談起。如何發揮好實驗的作用，什么樣的實驗更能培養學生的實踐能力、創新能力，值得我們深入研究。我們認為在實驗教學上，應該以創新為主線，開設一些與傳統的驗證性實驗有本質區別的綜合性、設計性和研究探索性的“三性”實驗，以此推進實驗教學改革，使實驗室和實驗教學真正成為實踐能力和創新能力的培養基地。下面我們就《微機原理與接口技術》中的“三性”實驗進行探討。

2 “三性”實驗的內涵與特征

“三性”實驗一般指綜合性、設計性和研究探索性實驗[1]。

綜合性實驗就是“實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗”，

綜合性實驗并不局限于實驗內容的綜合。綜合是相對單一而言的，綜合的內涵應該包括實驗內容的綜合、實驗方法的綜合、實驗手段的綜合。通過內容、方法和手段的綜合，對學生的知識、能力、素質形成綜合的學習與培養[1]。

設計性實驗是學生在教師的指導下，根據給定的實驗目的和實驗條件，自己設計實驗方案、選擇實驗方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，自己加以實現并對實驗結果進行分析處理的實驗。與傳統的驗證性實驗比較，設計性實驗一般具有學生設計主動性、實驗內容具有挑戰性和實現方法多樣性等特征。

研究探索性實驗是指學生在導師指導下，在自己的研究領域或導師選定的學科方向，針對某一或某些選定研究目標所進行的具有研究、探索性質的實驗，是學生早期參加科學研究，教學科研早期結合的一種重要形式[1]。顯然，研究性實驗也屬于設計性實驗的范疇，是具有科學研究和探索創新性質的設計性實驗。與一般的設計性實驗比較，研究性實驗具有實驗內容的自主性、實驗結果的未知性和實驗方法、手段的探索性的基本特征。

3 制定《微機原理與接口技術》實驗項目的原則

《微機原理與接口技術》本身就是一門開放性很強的課程，所以設計實驗不應拘泥于教材，拘泥于一個具體的芯片。為了提高教學質量，同時提高學習者興趣，所有的實驗和微機應用系統均為綜合性與設計性及研究探索性[2][3]相結合的。每個實驗和系統設計只給出課題，只提供基本的設計思想和設計方法，不提供具體的、詳細的電路與程序。學生通過自己查閱有關資料，自定設計方案，自行安排、調試接口電路及相應的軟件。這樣，每做完一個實驗，相當于完成一個小課題的研究。這種全新的設計性實驗，給學生提供了施展自己創造能力的空間，大大激發了學生學習的積極性和主動性。學生的學習熱情高漲，學習興趣濃厚，許多學生自覺地把課余時間花在實驗上，深入地研究他們各自感興趣的課題。學生通過這門課程的學習，提高了理論付諸于實踐的能力，提高了工程設計能力和處理實際問題的能力，開發了學生的創新能力。很多學生在歷次設計競賽中取得了佳績。

4 實驗指導方法

在微機原理與接口技術實驗教學過程中，指導教師主要引導和啟發學生分析設計方案，根據電路的設計分級檢查各點的數據與波形，運用實驗儀器觀察、判斷波形是否正確，從而尋找、發展、排除故障。每次實驗的結果都要經過教師認真的驗收、打分，防止出現弄虛作假、蒙混過關的情況。實驗完成后，要求學生認真總結、撰寫設計性實驗報告，對實驗的可行性進行認真的論證，對電路的安裝、調試過程進行認真的總結，對故障的排除進行理論分析。教師通過批改報告，將實驗結果與報告質量與水平記入平時成績。對于不同層次的學生，采用不同的教學方法。對于大多數學生，要求他們完成課程規定的基本實驗。對于部分基礎較好的學生，在完成好基本實驗的前提下，開創第二課堂，讓他們自擬一些自己感興趣的課題，甚至可以與其畢業設計掛鉤，充分發揮他們的創造能力。

為更好的檢驗課程教學的效果，強化學生的動手能力和獨立分析問題、解決問題的能力，我們對“微機原理與接口技術實驗”課的考試方法進行了改革，采用現場實際操作考試和實驗理論考試相結合。操作考試的做法是，根據所做的實驗內容，我們總結綜合了多套軟硬件結合的考題，在考試前對學生公布?？荚嚂r，以班為單位隨機抽取其中的一套試題?？荚囈袁F場操作為主，以實驗的結果和完成的時間評定分數。這種考試既督促學生對課程進行全面的、系統的復習與總結，使學生自覺、認真地對待每次實驗，又真正檢驗了學生的實際動手能力。書面考試則主要檢查工程調試能力、理論分析計算能力、測試方法與手段等基本技能。實驗的綜合成績包括：平時成績占20%、操作考試占40%、理論考試占40%。經過多年的實踐證明，此種考試方法符合考試規律，成績近似正態分布。要切實保證實驗課教學的效果，提高實驗課教學的質量，必須建立一套先進的管理機制。經過多年的實踐，我們建立了一套開放性實驗室管理機制，實驗基地和實驗元件器對學生全方位開放，實驗時保證學生每人一塊實驗板、一套元器件、一臺計算機和測試儀器，讓學生在實驗室這塊小天地里充分施展自己的才能。

5 綜合性實驗實例--貨物計費計數運輸系統

我們精選了一些實驗做為“三性”實驗，這些課題都有基本要求和自由發揮部分，這些課題都具有實際意義，如“綜合性實驗”有貨物計費計數運輸系統，飯卡管理系統，超市收銀系統，溫度采集系統等，“設計性實驗”有光控路燈系統，公司點到系統，家庭智能報警系統等，“探索性實驗”有人工降雨系統、遠程存包系統、潛水艇升降控制系統等。下面就綜合性實驗“貨物計費計數運輸系統”做個簡單的介紹。

5.1 設計要求

結合實際應用，設計一微機應用系統，要求該系統綜合應用并行接口、串行接口、其它接口（定時器接口、中斷接口、模擬接口可選）、編制對應的程序，實現主控中心微機與下位機遠距離傳送以及遠程控制或監測功能。

由一個主控機監控和若干個下位機組成，主控機負責數據處理，下位機負責訪問接口。

主控機：在顯示屏上用數字、圖形、表格、曲線等直觀數據處理的過程。

下位機：在顯示屏上或用實驗臺的聲光描述當前監控的工作狀態。

5.2 設計的總體結構

(1)系統硬件由主控機（其中一臺微機）、下位機（另一臺位微機）和執行部件組成。主控機與下位機通過串行通信線連接。

(2)執行部件：由接口電路等組成，將接收的數據送入到下位機或將下位機輸出的數

據送到執行部件。

(3)下位機：與主控機通信，控制執行部件。

(4)主控機：與所有下位機進行數據交換，必要時需建數據庫，進行數據處理等。

(5)主控機程序：串行（RS232/RS485）通信程序，數據處理程序等。

(6)下位機程序：串行（RS232/RS485）通信程序，執行部件控制程序。

(7)上貨時產生貨物號和貨物密碼，傳到下位機；下貨時產生貨物的運輸費用；用LED顯示貨物量，用聲音提示上貨下貨。

5.3 系統結構框圖

上貨下貨C口控制聲光系統進行聲音提示。

上貨時B 口控制步進電機正轉模擬上貨。

下貨時A口控制LED燈顯示貨物量。

5.4 程序

由于篇幅所限，具體程序略，只講思想。本實驗程序由主控程序和下位機程序構成。

主控程序功能：

(1)主控機與下位機通信：主控機接到下位機請求后，產生貨號和密碼，完成后發往下位機。

(2)主控機數據處理：產生隨機貨號和密碼，并且只在數字范圍內。

下位機程序功能：

(1)下位機與主控機通信：下位機向主控機發送請求后等待主控機響應，接收主控機傳來的有關數據。

(2)下位機控制有關接口：上貨下貨聲音提示。上貨時步進電機正轉模擬上貨。下貨時步進電機反轉模擬下貨。下貨時用戶核對貨號和密碼。下貨時產生貨物的運輸費用。用LED顯示貨物量。

6 小結

《微機原理與接口技術》是一門理論性和實踐性都很強的課程，是計算機專業、自動化、

電子、機電等工科專業的專業基礎課，是培養學生微機程控制設計與應用能力、創新能力設計的一門必修課。筆者依據大專院校學生的特點，結合教學實踐，就《微機原理與接口技術》的“三性”實驗做了一個探討，旨在提高實踐教學效果，加強對學生實踐能力、創新能力的培養。

參考文獻：

[1]曹中一.“三性”實驗的內涵與特征[J].實驗室研究與探索,2003,22(4):10-12.

[2]王紅,林衛.微機原理實驗教學改革的探索與實踐[J].電氣電子教學學報,2002,24(2):76-78.

[3]劉明良,曹大有,周兵.微機原理與接口技術實驗教學改革探討[J].福建電腦,2008(1):207-208.

收稿日期：2008-04-02

基金項目：湖南人文科技學院教改課題（RKJGZ0706）、（RKJGY0721）、（RKJGY0720）。