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摘 要： 本文针对当前高职高专院校的实验实训设施的建设中存在的问题，结合为高职高专电子信息和通信类专业相关课程的实验实训设计的一个开放式的低速数据通信实验平台，探讨如何实现一种开放式的实验实训教学模式，将软件仿真和硬件系统有机结合，既有软件仿真的便利，又有硬件实践的效果。不但有利于教师自主、灵活的使用，而且能够激发学生的学习兴趣，充分发挥其能动性，引导并培养其实践及创新能力。
关键词： 高职高专 实验实训 教学模式
在高职高专的电子信息和通信类专业的教学计划中，实验实训的课时占总课时的比重很大，各院校对如何开展实验实训教学非常重视，希望不仅能够满足课时的数量要求，更能够达到理想的教学效果。但在多数高职高专院校的实验实训设施的建设中存在以下问题。
高职高专院校的实验实训设施的建设通常分为两种方式。一是通过采购专门针对某类课程的实验箱建设各门课程的实验实训室。目前不少生产教学仪器的公司瞄准这块市场，推出各种针对不同专业或课程的实验箱，我们在以往教学中，也使用过一些电子信息或通信类专业实验和实训的综合实验箱，完成某一专业课程相关的一系列实验。学生利用实验箱，按照实验指导书要求，通过简单连线即可完成某个实验并看到预期的实验结果。由于学生在实验中的参与性和能动性受限，影响了学习积极性，并制约了创造热情，不利于创新能力的培养。有的公司的售后服务跟不上，甚至没过多长时间，连这家公司都找不到了，造成维修困难，影响实验实训课程的正常开课率。二是采用仿真软件构建虚拟实验室。现在有一些仿真软件如MATLAB，SYSTEMVIEW，PROTEUS，MULTISIM，ADS等常常被用于实验实训教学中，尤其是在实验实训教学设备缺乏的情况下，仿真软件应用得更多一些。虽然采用仿真软件构建虚拟实验室具有投资省，无器件损耗，便于输出分析结果等优点，但由于仿真软件功能的局限性，虚拟实验环境仿真和实际的硬件系统的实现有时也存在不一致性，并且单靠仿真实验很难培养学生的实际动手能力和对硬件故障的处理能力。
可见，寻求一种新的实验实训教学模式，既有利于教师在教学中灵活使用，又能够激发学生的学习兴趣，充分发挥其能动性，培养其实践创新能力。
我们承担了一个河北省高等学校科学技术研究项目—《基于MCU的积木式数据传输实验平台的研究》，该项目针对上述问题，为电子信息和通信类相关课程设计了一个基于MCU的积木式的数据传输实验平台，将软件仿真和硬件系统有机结合，硬件系统利用MCU及其扩展电路可实现多种通信形式、多种传输媒介、多种调制方式、多种通信协议之下的数据的通信、控制和处理。项目基于MCU进行开发，成本低，灵活性强；将多个MCU进行积木式组合实现不同的实验目的；学生的参与度比较好，不仅可以使用已有的实验平台完成实验，还可以根据自己的需要进行二次开发，修改和扩展实验平台的功能，这样学生可以参与到实验平台开发的每个环节中。自己开发的实验平台维护方便，并具有经济性、灵活性和可扩展性等优点。项目不仅实现了一个具体的可应用到实验实训教学中的实验平台，更重要的是探索一种开放式的实验实训教学模式。
该实验平台的开放性体现在以下方面。
首先，这是一个功能可开放式扩展的实验平台。该项目研究时将通信原理、单片机的应用与开发、传输线路和终端设备有机结合起来，实现理论与实践、软件与硬件的结合。作为一个复杂的开放式系统，在研究时采用模块化的设计思想将整个系统分成几个子模块，以便将复杂问题简单化，且易于实现，还便于团队开发时进行分工合作，并且通过增加新的功能模块进行系统扩展，所以说它具有开放性。
其次，这是一个可以由使用者自己搭建的实验平台。该项目在设计时为了让使用者（包括教师和学生）能够自己动手搭建实验平台，因此采用轻便、经济的单片机实现核心模块，外围模块可以根据需要灵活选择。这样使用者可以真正拥有自己的实验平台，在该实验平台的基础上还可以有所创新，并且可以方便地带到实验室外的其他地方使用，比如课余时间可以在宿舍，假期可以在家里等。
再次，这是一个将理论与实践、软件与硬件相结合的实验平台。该项目在设计时采用了软件仿真与硬件系统相结合的研究方法。先在利用Keil C51和Proteus 仿真软件搭建的虚拟实验环境中仿真实现，再由实际的硬件系统进行验证，不仅大大加快了开发进程，而且在课堂教学时将软件仿真演示植入到了理论教学中，这样可使理论教学与实验实训教学做到无缝连接。这样，课堂上很容易调动学生的积极性，培养学生的兴趣，从而在后面的实验实训环节收到更好的教学效果。
该实验平台的开发和使用都可以分为以下三个阶段。
第一阶段对系统进行模块化分析，在此基础上，利用仿真软件进行功能模块的系统仿真，着重于模块功能的仿真实现。这一阶段加深学生对原理的理解掌握，增强系统的分析能力，并及早发现设计方案存在的主要问题，进一步完善系统设计。
第二阶段在系统仿真的基础上，将系统功能模块利用仿真软件进行电路仿真，着眼于电路仿真实现。这一阶段主要增强学生对元器件的了解及应用，并对模块实现时存在的主要问题能够及早发现，节约实际硬件实现的调测时间。
第三阶段在电路仿真的基础上，进行硬件电路实现。这一阶段主要加强学生的实际动手能力及对实践中遇到的各种意想不到的问题的解决能力。
将实验平台开发分为层次递进的三个阶段，各阶段的任务清晰，实现起来更简单。实验实训教学可以按照这三个阶段顺序进行，或根据课程安排将不同阶段任务分别同相关课程结合起来进行，在具体课程的实验实训教学中着重于某一阶段任务的完成。虽然平时学习时，每个学生都应力求全面发展，但对于学生以小组完成开发任务时，可以根据每个人的能力特点进行分工合作，比如，可以由理论基础好且系统分析能力强的学生主要做第一阶段的任务，由对元器件和仿真软件比较熟悉的学生主要做第二阶段的任务，而动手能力强或实践经验丰富的学生主要做第三阶段的任务，这样，使每个学生都能更好地发挥长处。
采用该开放式的实验平台进行实验实训教学，使用者不仅在教学内容上有很大的自主选择的余地，还使每个使用者在每个环节都有创新的空间。该实验平台在实际教学中使用时很受欢迎，希望该实训实验教学模式也能够对其他专业有借鉴意义，更希望能够把这种新模式推广到各高等院校实验实训教学实践中，产生更多的社会效益。
参考文献：
[1]李学礼，林海峰.基于Proteus软件的单片机实验室建设[J].单片机与嵌入式系统应用，2005（9）.
[2]孙群中，李学海等.《开放式低速数据通信实验平台开发》研究报告[J].中国科教创新导刊，2009（31）.
[3]孙群中，李辉.《Proteus虚拟仿真软件在数字通信课堂教学中的应用及研究》[J].《数字技术与应用》，2009（10）.
[4]陈仁安，陈朝阳，廖河树.创新实践加强通信实验室建设[J].实验室研究与探索，2002（2）.
[5]黄红兵，侯利娟.高校通信工程专业实验教学模式的研究[J].中国教育技术装备，2006（4）.
[6]哈聪颖，闫兆文，胡国英，王祖林.通信网络工程实验系统二次开发实验探索与实践.北京高教学会实验室工作研究会2007年学术研讨会论文集，2007.
河北省高等学校科学技术研究项目资助/Supported by science and technology research projects of colleges and universities in Hebei province
项目名称：基于MCU的积木式数据传输实验平台的研究 项目编号：Z2010316
项目名称：多用途广适配模块化单片机综合开发实验平台 项目编号：Z2010315
河北省科技计划项目 项目名称：基于ARDUINO的物联网和嵌入式技术开发和实训平台的创建 项目编号：12210331
关键词： 高职高专 实验实训 教学模式
在高职高专的电子信息和通信类专业的教学计划中，实验实训的课时占总课时的比重很大，各院校对如何开展实验实训教学非常重视，希望不仅能够满足课时的数量要求，更能够达到理想的教学效果。但在多数高职高专院校的实验实训设施的建设中存在以下问题。
高职高专院校的实验实训设施的建设通常分为两种方式。一是通过采购专门针对某类课程的实验箱建设各门课程的实验实训室。目前不少生产教学仪器的公司瞄准这块市场，推出各种针对不同专业或课程的实验箱，我们在以往教学中，也使用过一些电子信息或通信类专业实验和实训的综合实验箱，完成某一专业课程相关的一系列实验。学生利用实验箱，按照实验指导书要求，通过简单连线即可完成某个实验并看到预期的实验结果。由于学生在实验中的参与性和能动性受限，影响了学习积极性，并制约了创造热情，不利于创新能力的培养。有的公司的售后服务跟不上，甚至没过多长时间，连这家公司都找不到了，造成维修困难，影响实验实训课程的正常开课率。二是采用仿真软件构建虚拟实验室。现在有一些仿真软件如MATLAB，SYSTEMVIEW，PROTEUS，MULTISIM，ADS等常常被用于实验实训教学中，尤其是在实验实训教学设备缺乏的情况下，仿真软件应用得更多一些。虽然采用仿真软件构建虚拟实验室具有投资省，无器件损耗，便于输出分析结果等优点，但由于仿真软件功能的局限性，虚拟实验环境仿真和实际的硬件系统的实现有时也存在不一致性，并且单靠仿真实验很难培养学生的实际动手能力和对硬件故障的处理能力。
可见，寻求一种新的实验实训教学模式，既有利于教师在教学中灵活使用，又能够激发学生的学习兴趣，充分发挥其能动性，培养其实践创新能力。
我们承担了一个河北省高等学校科学技术研究项目—《基于MCU的积木式数据传输实验平台的研究》，该项目针对上述问题，为电子信息和通信类相关课程设计了一个基于MCU的积木式的数据传输实验平台，将软件仿真和硬件系统有机结合，硬件系统利用MCU及其扩展电路可实现多种通信形式、多种传输媒介、多种调制方式、多种通信协议之下的数据的通信、控制和处理。项目基于MCU进行开发，成本低，灵活性强；将多个MCU进行积木式组合实现不同的实验目的；学生的参与度比较好，不仅可以使用已有的实验平台完成实验，还可以根据自己的需要进行二次开发，修改和扩展实验平台的功能，这样学生可以参与到实验平台开发的每个环节中。自己开发的实验平台维护方便，并具有经济性、灵活性和可扩展性等优点。项目不仅实现了一个具体的可应用到实验实训教学中的实验平台，更重要的是探索一种开放式的实验实训教学模式。
该实验平台的开放性体现在以下方面。
首先，这是一个功能可开放式扩展的实验平台。该项目研究时将通信原理、单片机的应用与开发、传输线路和终端设备有机结合起来，实现理论与实践、软件与硬件的结合。作为一个复杂的开放式系统，在研究时采用模块化的设计思想将整个系统分成几个子模块，以便将复杂问题简单化，且易于实现，还便于团队开发时进行分工合作，并且通过增加新的功能模块进行系统扩展，所以说它具有开放性。
其次，这是一个可以由使用者自己搭建的实验平台。该项目在设计时为了让使用者（包括教师和学生）能够自己动手搭建实验平台，因此采用轻便、经济的单片机实现核心模块，外围模块可以根据需要灵活选择。这样使用者可以真正拥有自己的实验平台，在该实验平台的基础上还可以有所创新，并且可以方便地带到实验室外的其他地方使用，比如课余时间可以在宿舍，假期可以在家里等。
再次，这是一个将理论与实践、软件与硬件相结合的实验平台。该项目在设计时采用了软件仿真与硬件系统相结合的研究方法。先在利用Keil C51和Proteus 仿真软件搭建的虚拟实验环境中仿真实现，再由实际的硬件系统进行验证，不仅大大加快了开发进程，而且在课堂教学时将软件仿真演示植入到了理论教学中，这样可使理论教学与实验实训教学做到无缝连接。这样，课堂上很容易调动学生的积极性，培养学生的兴趣，从而在后面的实验实训环节收到更好的教学效果。
该实验平台的开发和使用都可以分为以下三个阶段。
第一阶段对系统进行模块化分析，在此基础上，利用仿真软件进行功能模块的系统仿真，着重于模块功能的仿真实现。这一阶段加深学生对原理的理解掌握，增强系统的分析能力，并及早发现设计方案存在的主要问题，进一步完善系统设计。
第二阶段在系统仿真的基础上，将系统功能模块利用仿真软件进行电路仿真，着眼于电路仿真实现。这一阶段主要增强学生对元器件的了解及应用，并对模块实现时存在的主要问题能够及早发现，节约实际硬件实现的调测时间。
第三阶段在电路仿真的基础上，进行硬件电路实现。这一阶段主要加强学生的实际动手能力及对实践中遇到的各种意想不到的问题的解决能力。
将实验平台开发分为层次递进的三个阶段，各阶段的任务清晰，实现起来更简单。实验实训教学可以按照这三个阶段顺序进行，或根据课程安排将不同阶段任务分别同相关课程结合起来进行，在具体课程的实验实训教学中着重于某一阶段任务的完成。虽然平时学习时，每个学生都应力求全面发展，但对于学生以小组完成开发任务时，可以根据每个人的能力特点进行分工合作，比如，可以由理论基础好且系统分析能力强的学生主要做第一阶段的任务，由对元器件和仿真软件比较熟悉的学生主要做第二阶段的任务，而动手能力强或实践经验丰富的学生主要做第三阶段的任务，这样，使每个学生都能更好地发挥长处。
采用该开放式的实验平台进行实验实训教学，使用者不仅在教学内容上有很大的自主选择的余地，还使每个使用者在每个环节都有创新的空间。该实验平台在实际教学中使用时很受欢迎，希望该实训实验教学模式也能够对其他专业有借鉴意义，更希望能够把这种新模式推广到各高等院校实验实训教学实践中，产生更多的社会效益。
参考文献：
[1]李学礼，林海峰.基于Proteus软件的单片机实验室建设[J].单片机与嵌入式系统应用，2005（9）.
[2]孙群中，李学海等.《开放式低速数据通信实验平台开发》研究报告[J].中国科教创新导刊，2009（31）.
[3]孙群中，李辉.《Proteus虚拟仿真软件在数字通信课堂教学中的应用及研究》[J].《数字技术与应用》，2009（10）.
[4]陈仁安，陈朝阳，廖河树.创新实践加强通信实验室建设[J].实验室研究与探索，2002（2）.
[5]黄红兵，侯利娟.高校通信工程专业实验教学模式的研究[J].中国教育技术装备，2006（4）.
[6]哈聪颖，闫兆文，胡国英，王祖林.通信网络工程实验系统二次开发实验探索与实践.北京高教学会实验室工作研究会2007年学术研讨会论文集，2007.
河北省高等学校科学技术研究项目资助/Supported by science and technology research projects of colleges and universities in Hebei province
项目名称：基于MCU的积木式数据传输实验平台的研究 项目编号：Z2010316
项目名称：多用途广适配模块化单片机综合开发实验平台 项目编号：Z2010315
河北省科技计划项目 项目名称：基于ARDUINO的物联网和嵌入式技术开发和实训平台的创建 项目编号：12210331