陳宜建, 楊全會, 張素琴

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，江蘇 常州 213164)

自制實驗平臺的應(yīng)用

陳宜建, 楊全會, 張素琴

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，江蘇 常州 213164)

實驗室在培養(yǎng)學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力中發(fā)揮重要作用。自制實驗教學(xué)平臺旨在服務(wù)于實驗教學(xué)，完善實驗設(shè)備，加強實驗室建設(shè)。結(jié)合高校教師自主研制的實驗平臺在教學(xué)中的應(yīng)用，以及在實驗室建設(shè)中的作用，分析了開展自主研制實驗設(shè)備的必要性與重要意義。以 “智能小產(chǎn)品實驗平臺”為例，論述了自制實驗設(shè)備在提高教學(xué)質(zhì)量，促進教改，加強開放實驗建設(shè)，提高教師科研水平等方面的應(yīng)用成效。

實驗平臺； 教學(xué)改革； 創(chuàng)新能力； 科研水平； 開放性實驗

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展、信息技術(shù)興起，高新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使得產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和崗位需求不斷調(diào)整變化，社會對應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力人才的需求在不斷增加[1]。以培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力為宗旨的實驗項目建設(shè)，對實驗教學(xué)提出了更高的要求[2-3]。

面對不同高校、不同專業(yè)，實驗設(shè)備生產(chǎn)廠商很難按照客戶的需求，研發(fā)實驗設(shè)備的效益很難得到保障。有時企業(yè)開發(fā)出的實驗設(shè)備由于技術(shù)較先進，投資大，專用性強，價格較貴，而高校往往因資金不足，所需實驗設(shè)備經(jīng)常無法直接購買[4-6]。并且這些實驗設(shè)備在使用和功能上也不能完全滿足實驗教學(xué)需求，往往與教學(xué)內(nèi)容有些不一致。

解決實驗教學(xué)設(shè)備問題的有效辦法是高校教師自主研制。高校教師根據(jù)本校專業(yè)實踐教學(xué)的要求進行實驗設(shè)備設(shè)計，自制實驗設(shè)備具有很強的實用性、先進性、低成本，易維護[7]。

1 實驗教學(xué)平臺設(shè)計

自制實驗設(shè)備是教學(xué)改革的重要內(nèi)容。根據(jù)我校應(yīng)用電子技術(shù)人才培養(yǎng)方案和電子行業(yè)對人才需求，從現(xiàn)有實驗教學(xué)項目中發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備存在的問題[8]，組織老師進行深入調(diào)研論證，集思廣益，提出自制實驗設(shè)備的技術(shù)路線。組織團隊積極申報項目，協(xié)同攻關(guān)，解決了研發(fā)中遇到的技術(shù)難題,必要時與相關(guān)企業(yè)合作，進行聯(lián)合研發(fā)。以下是教學(xué)團隊自主研制的一款“智能小產(chǎn)品實驗平臺”。

1.1 實驗平臺設(shè)計方案

自制實驗平臺應(yīng)具有資源豐富、功能全面、運行穩(wěn)定、成本低廉等特點，既能夠滿足教學(xué)、科研的需求，具有一定的前瞻性，能及時跟蹤熱點技術(shù)。實驗平臺選用STC公司生產(chǎn)的STC89C52RC單片機。STC89C52RC是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8Kbyte系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash[9]。軟件系統(tǒng)包括STC89C52RC驅(qū)動程序、實驗程序、ISP下載編程軟件、集成開發(fā)環(huán)境 Keil uVision4以及實驗項目文檔。自制實驗平臺整體框圖如圖1所示。

圖1 總體框圖

1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)學(xué)生技能訓(xùn)練要求，自制實驗平臺適合做驗證型、設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗[10]。硬件系統(tǒng)主要由電源電路、單片機電路、蜂鳴器電路、按鍵電路、LED指示電路、串口電路、LCD顯示電路、溫度傳感器電路、實時時鐘電路組成。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 硬件系統(tǒng)框圖

根據(jù)硬件系統(tǒng)要求，設(shè)計電路原理圖，并轉(zhuǎn)換成PCB板圖。PCB板布局以就近原則，按模塊排布，每個元器件標(biāo)注清晰，元器件采用直插式，焊接在電路板正面，便于學(xué)生對資源分類學(xué)習(xí)。實驗平臺見圖3。

圖3 實驗平臺實物圖

1.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

實驗平臺軟件系統(tǒng)主要包括集成開發(fā)環(huán)境、ISP下載軟件和實驗項目程序。項目程序分為驅(qū)動函數(shù)庫和應(yīng)用程序，能實現(xiàn)對硬件資源控制。驅(qū)動函數(shù)庫實現(xiàn)對蜂鳴器、按鍵、LED燈、LCD顯示屏、溫度傳感器和實時時鐘驅(qū)動。每個應(yīng)用程序都有詳細完整的說明文檔，主要包括程序設(shè)計流程圖，典型子程序說明，程序代碼，功能測試過程和分析等。

2 應(yīng)用案例

本實驗設(shè)備可用作電子類多門課程的實踐教學(xué)平臺。比如：單片機原理與應(yīng)用，電子產(chǎn)品制作工藝與實訓(xùn)，智能電子系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計實訓(xùn)，接口技術(shù)，電子制作與工藝等。利用教學(xué)實踐平臺進行實驗，可根據(jù)學(xué)生自身特點采用不同層次進行[11]。圖4、5給出了自制實驗平臺在部分不同課程中所開展的實驗。

(1) 層次1為基本實驗項目。理論知識的基本應(yīng)用，一般是驗證性實驗，學(xué)生參考實驗指導(dǎo)書，按照實驗步驟就可完成實驗。學(xué)生基本不需要自由發(fā)揮。

(2) 層次2為拓展實驗項目。要求學(xué)生在掌握基本原理的基礎(chǔ)上，完成一個有明確目標(biāo)的實驗項目，不再明確規(guī)定具體的實驗內(nèi)容和實驗步驟，學(xué)生有一定的自由性，可進行項目創(chuàng)新和發(fā)揮。

圖4 單片機原理與應(yīng)用課程實驗項目結(jié)構(gòu)圖

圖5 電子產(chǎn)品制作工藝課程實驗項目結(jié)構(gòu)圖

(3) 層次3為探索實驗項目。實驗?zāi)繕?biāo)不明確的，有指導(dǎo)思想，實驗內(nèi)容更多與實際應(yīng)用相關(guān)，通過實驗可找到新的解決現(xiàn)實問題的方法和途徑，或發(fā)現(xiàn)某種規(guī)律性； 主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

通過分層次實驗，不僅掌握了基本知識，還可以接觸先進技術(shù)。從理論驗證到設(shè)計性實驗的編程練習(xí)，探索性實驗進行相似的產(chǎn)品設(shè)計等，使學(xué)生有很大收獲?，F(xiàn)以實驗平臺在“單片機原理與應(yīng)用”課程中的運用為實例進行說明。

傳統(tǒng)的單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)體系和方法是先原理后實驗，其授課順序多數(shù)為單片機硬件結(jié)構(gòu)、尋址方式與指令系統(tǒng)、匯編語言、系統(tǒng)構(gòu)成、外圍接口芯片原理與應(yīng)用、綜合系統(tǒng)設(shè)計等[12]。實驗教學(xué)環(huán)節(jié)多數(shù)在匯編語言程序設(shè)計之后開始，軟件設(shè)計和硬件設(shè)計教學(xué)很難融合。這將導(dǎo)致學(xué)生，該課程入門困難，對所學(xué)理論知識也不知有何用途和怎樣用，從而感到課程學(xué)習(xí)非?？菰锖头ξ叮W(xué)習(xí)興趣和熱情[13]。

要解決以上問題，應(yīng)在理論講解的過程中，不斷融入實踐環(huán)節(jié)。教學(xué)過程中，充分運用自制實驗平臺。首先演示“小小氣溫測試儀”，學(xué)生對于這種直觀的教學(xué)方式很容易接受。將課程分成5個學(xué)習(xí)單元，每個單元又分為若干項目，每個項目都包含軟件和硬件。學(xué)生先進行模仿，做層次1的實驗項目；隨著能力的增加，然后做層次2的項目。對于學(xué)有余力的同學(xué)，還可以進行層次3中實驗項目。

自制實驗設(shè)備體積小，便攜，使用方便，學(xué)生只需在個人電腦上安裝相應(yīng)集成開發(fā)環(huán)境keil和ISP下載工具軟件即可。學(xué)生可以把實驗設(shè)備帶到宿舍，利用課余時間進行開放實驗和創(chuàng)新研究。

3 應(yīng)用成效

自制實驗平臺充分與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，在實踐教學(xué)過程中得到很好應(yīng)用，對高校專業(yè)建設(shè)，教學(xué)改革發(fā)揮了很大作用。節(jié)約經(jīng)費，提高了教師科研水平，為學(xué)生提供了開放實驗平臺，取得了良好效果。

(1) 增加了實驗設(shè)備，完善實驗室建設(shè)。自制實驗平臺投資少，加工制作方便，有利于擴大實驗室規(guī)模，改善實驗條件。因?qū)嶒炘O(shè)備由學(xué)校老師自行研制，設(shè)備的維修方便，改進快捷，能有效跟上技術(shù)發(fā)展；設(shè)備的操作使用熟練，提高了實驗室利用率。

(2) 豐富了實踐教學(xué)內(nèi)容，促進了實踐教學(xué)改革，提高了教學(xué)質(zhì)量。自制實驗平臺與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合緊密，針對性強，能突顯本校專業(yè)特色，實驗設(shè)備功能齊全, 能滿足不同層次學(xué)生的實驗需要[14]。同時也改變了實踐教學(xué)模式，增加了實踐環(huán)節(jié)和過程，有效提高了學(xué)生實踐技能。

(3) 鍛煉了教師隊伍，提高專業(yè)教師科研水平。 實驗平臺在研制過程中，教師積極參與，通過查閱大量文獻資料、到企業(yè)和高校調(diào)研，制定了切實可行的設(shè)計方案。制作與調(diào)試過程要應(yīng)用理論知識，同時也要工程實踐經(jīng)驗。實驗設(shè)備生產(chǎn)過程中，教師要參與指導(dǎo)和監(jiān)督和團結(jié)協(xié)作, 不僅專業(yè)水平和創(chuàng)新能力得到提高，獲得了國家專利，也加強了科研團隊建設(shè)。

(4) 提供開放實驗，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。自制實驗設(shè)備的使用提供了開放式實驗，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的有效途徑，學(xué)習(xí)熱情和興趣得到很大提高,學(xué)生的創(chuàng)新意識也得到培養(yǎng)。實踐操作能力得到鍛煉，專業(yè)技能得到提高。多年來，我系學(xué)生利用自制實驗設(shè)備進行畢業(yè)設(shè)計，開展江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目研究，參加各類大學(xué)生電子競賽，并多次獲獎。

4 結(jié) 語

高校教師自制實驗平臺是實驗教學(xué)改革的重要舉措，是根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)來解決實踐教學(xué)之需。自制實驗平臺是對教學(xué)設(shè)備的有效補充，成本低，使用和維護方便，提高了實驗設(shè)備利用率，針對性強，不但滿足了學(xué)生專業(yè)課的實驗要求, 而且為學(xué)生的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、自選實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新實驗提供了實驗平臺，為產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。自制實驗設(shè)備不但引進了新的技術(shù)，還有利于完善實訓(xùn)室建設(shè)。在實驗設(shè)備研制過程中，教師積極解決了工程中所存在的一些實際問題，專業(yè)能力既得到鍛煉，又提高了科研水平。

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Application of the Self-Made Experimental Platform

CHENYijian，YANGQuanhui,ZHANGSuqin

(Department of Electronical Engineering, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, Jiangsu, China)

Laboratory plays an important role in cultivating students’ practical ability and innovation ability. The self-made experiment teaching platform aims at serving the experimental teaching, improving the experimental equipment and strengthening the construction of the laboratory. Based on the application of the experimental platform in teaching, and the function of the laboratory construction, the necessity and significance of developing the self-developed experimental equipment are analyzed. With an example of the self-made training equipment of “intelligent product training platform”, this paper discusses the application effect of self-made experimental equipment in improving teaching quality, promoting teaching reform, strengthening the construction of open experiment, and improving the level of scientific research of teachers.

experimental platform; reform in education； innovation ability; scientific research level; open experiment

2016-05-28

江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程項目(PPZY2015C237)；2015年江蘇省大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(201512317019X)；高等職業(yè)學(xué)校提升專業(yè)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力項目(1-1-2012-2)

陳宜建(1979-),男,安徽阜陽人，碩士,高級工程師，主要研究方向: 信號處理，嵌入式系統(tǒng)。

Tel.：15961239880； E-mail: cyjscama@163.com

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1006-7167(2017)02-0276-03