汪鳳林 王東霞 溫秀蘭

南京工程學(xué)院 江蘇南京 211167

微機(jī)原理及應(yīng)用課程改革探索*

汪鳳林 王東霞 溫秀蘭

南京工程學(xué)院 江蘇南京 211167

根據(jù)對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化及數(shù)控專業(yè)的教學(xué)改革要求，對(duì)微機(jī)原理及應(yīng)用這門課程進(jìn)行了改革，著重介紹了理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課及課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法的教學(xué)改革。實(shí)踐證明，這些教學(xué)改革效果良好，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力有很大幫助。

微機(jī)原理及應(yīng)用；教學(xué)改革；教學(xué)方法；實(shí)踐環(huán)節(jié)

微機(jī)原理及應(yīng)用是一門理論聯(lián)系實(shí)際、難度較大的課程，學(xué)生普遍感到這門課程難學(xué)、難懂。為了滿足社會(huì)對(duì)工科學(xué)生工程應(yīng)用能力越來(lái)越高的要求，結(jié)合我校測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化及數(shù)控技術(shù)專業(yè)的教學(xué)工作，根據(jù)該課程的特點(diǎn)，我們對(duì)該課程的教學(xué)與實(shí)踐進(jìn)行了改革，大量壓縮理論教學(xué)的學(xué)時(shí)，同時(shí)增大實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)比例，取得了良好的教學(xué)效果。

一、優(yōu)化課程內(nèi)容體系，合理安排授課內(nèi)容

隨著微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)中的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性、前沿性的矛盾特別突出。為此，我們選用了由周荷琴主編的教材。該教材能較好地兼顧基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和前沿性，體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想，符合國(guó)內(nèi)外同類課程改革趨勢(shì)和建設(shè)方向。課程總教學(xué)時(shí)數(shù)為64，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)為12學(xué)時(shí)，另外安排1周的課程設(shè)計(jì)。由于該課程知識(shí)點(diǎn)多，涉及面廣，難度大，課時(shí)少。為此，要合理地組織授課內(nèi)容，層次清晰、重點(diǎn)突出，特別注重符合認(rèn)知規(guī)律，富有啟發(fā)性，便于學(xué)習(xí)，還要融會(huì)貫通前后內(nèi)容，具體包括：

1.充分重視第1章緒論和第2章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的講述，建立良好的“第一印象”。在緒論部分，通過(guò)PPT演示大量實(shí)物對(duì)比圖片，引起學(xué)生的興趣，讓學(xué)生了解微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)，避免產(chǎn)生輕視或畏難情緒。第2章是整個(gè)教材的靈魂，要用很多學(xué)時(shí)、不遺余力地介紹微機(jī)系統(tǒng)的基本功能以及各結(jié)構(gòu)部件，使學(xué)生對(duì)微機(jī)有初步的了解，在進(jìn)行后面章節(jié)的教授時(shí)也要將它們與第2章的內(nèi)容有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行教學(xué)。建議從整個(gè)微機(jī)的原理架構(gòu)、硬件組成講起，使學(xué)生對(duì)微機(jī)的系統(tǒng)組成和各部分的功能有初步的概括性的了解，引導(dǎo)學(xué)生建立起本課程的框架結(jié)構(gòu)。同時(shí)注意把本課程的一些基本概念適時(shí)簡(jiǎn)單的傳授給學(xué)生，例如寄存器、存儲(chǔ)器、中斷返回、堆棧和程序狀態(tài)字等。使學(xué)生逐漸熟悉這些專有名詞，然后再講計(jì)算機(jī)中的數(shù)制存儲(chǔ)方式，穿插引入存儲(chǔ)器的用途和工作原理等內(nèi)容。

2.對(duì)于匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，可以先選出一個(gè)形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)較完整的源程序，進(jìn)行各部分的剖析和講述，使學(xué)生對(duì)匯編語(yǔ)言的源程序框架有一個(gè)總體認(rèn)識(shí)；然后按照教材順序逐個(gè)介紹尋址方式、指令助記功能、格式和程序設(shè)計(jì)方法；最后選擇幾個(gè)比較典型的完整的源程序進(jìn)行詳細(xì)介紹，進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的理解。在具體的教學(xué)目標(biāo)上，對(duì)于匯編語(yǔ)言要強(qiáng)調(diào)為后面的應(yīng)用服務(wù)。因此，教學(xué)重點(diǎn)以讀懂程序、弄懂程序框架和熟悉典型程序?yàn)橹?，不拘泥于某些?xì)節(jié)。

3.8086CPU的基本時(shí)序比較抽象，初學(xué)者對(duì)其總是深感棘手。因此，在講解的時(shí)候要以存儲(chǔ)器和I/O的讀、寫4個(gè)周期為重點(diǎn),剖析CPU基本時(shí)序的工作原理,正因?yàn)橛?個(gè)基本時(shí)序,才有CPU與存儲(chǔ)器以及I/O設(shè)備的正確連接?？梢耘e例CPU讀寫存儲(chǔ)器和I/O的指令，運(yùn)用多媒體將時(shí)序的變化和指令的執(zhí)行通過(guò)動(dòng)畫形象生動(dòng)地演示出來(lái)。

4.對(duì)于接口設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是接口芯片內(nèi)部組成、外部引腳、本芯片的功能、芯片的編程等，引腳學(xué)習(xí)的目的是為邏輯設(shè)計(jì)作基礎(chǔ)，芯片的編程是學(xué)習(xí)芯片控制命令字和狀態(tài)字的格式，學(xué)生必須掌握。接口芯片是各自獨(dú)立的，初學(xué)者會(huì)感到零亂，不好掌握。將系統(tǒng)中的3總線與驅(qū)動(dòng)器、鎖存器和譯碼器等正確連接，便可構(gòu)成簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)并行輸入／輸出。在講授可編程芯片時(shí)，不必對(duì)數(shù)字電路接口電路進(jìn)行過(guò)多講授，重點(diǎn)突出每個(gè)芯片有什么作用、用在什么場(chǎng)合、怎么用，在了解基本原理和技術(shù)參數(shù)的情況下，使學(xué)生具備根據(jù)自己設(shè)計(jì)的需要來(lái)選擇相應(yīng)、相似功能芯片的能力。學(xué)生弄清了芯片的功能和它在系統(tǒng)中的使用情況后，引導(dǎo)學(xué)生回到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中找它的位置，進(jìn)一步建立整體概念，明確整體是由部件組成的，各部件并不是孤立的，它們通過(guò)系統(tǒng)總線有機(jī)地連在一起，從而才能從總體上把握這門課程。

二、課堂教學(xué)方法的探索改革

為了保證優(yōu)化后的課程內(nèi)容體系取得理想的教學(xué)效果，課程內(nèi)容體系的優(yōu)化應(yīng)考慮與教學(xué)組織方式、教學(xué)設(shè)計(jì)思想的配合。微機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)組織方式是以課堂講授為主，綜合運(yùn)用多媒體教學(xué)手段和啟發(fā)式、互動(dòng)式和類比法等教學(xué)方法。

1．重視第一堂課的教學(xué)。課堂教學(xué)是使學(xué)生獲得知識(shí)最有效最快捷的方式。對(duì)于抽象的概念和工作原理，教師要精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，使晦澀難懂的知識(shí)變得淺顯易懂；在課程安排上應(yīng)以基本理論為依據(jù)，遵循先簡(jiǎn)后繁，先易后難和循序漸進(jìn)的原則；在教學(xué)過(guò)程中，真正做到“以學(xué)生為本”，通過(guò)自己獨(dú)特的教學(xué)方法逐步吸引學(xué)生。比如，教材中通常先介紹CPU存儲(chǔ)器，后講存儲(chǔ)器分段。由于CPU內(nèi)部寄存器比較抽象，而且涉及存儲(chǔ)器分段，學(xué)生通常都聽不明白。如果調(diào)整一下次序，先介紹存儲(chǔ)器分段，講清楚4種段，段地址、偏移地址、邏輯地址和物理地址的關(guān)系，再介紹CPU存儲(chǔ)器，分別存放4個(gè)段的段地址，地址指針寄存器和指令指針寄存器用來(lái)存放偏移地址，這樣講符合學(xué)生接受知識(shí)的規(guī)律，可以在較短的時(shí)間得到很好的教學(xué)效果。

2．采用啟發(fā)式和互動(dòng)式教學(xué)方法。教師在講課過(guò)程中，注重把講課內(nèi)容用相應(yīng)的思維方法組織、表達(dá)出來(lái)。教師采用誘導(dǎo)的方法提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生跟隨教師一起思考；接著分析這個(gè)問(wèn)題的性質(zhì)是什么，問(wèn)題涉及的主要知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)面；最后解決問(wèn)題，圍繞要講授的課程內(nèi)容，提出解決問(wèn)題的方法。同時(shí)，在講課的課程中，教師還要采用互動(dòng)式教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的見(jiàn)解，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)的效果。這種教學(xué)方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

3．采用比喻法和類比法。對(duì)于同學(xué)們學(xué)習(xí)中難以理解和記憶的知識(shí)點(diǎn)，盡量多地采用比喻教學(xué)法，對(duì)于前后相關(guān)聯(lián)的一些概念采用類比法。如在講解數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)器與CPU內(nèi)部的寄存器的關(guān)系時(shí)，可以把數(shù)據(jù)比作廢紙，CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器比喻成教室里面的垃圾桶，方便快捷但是容量太??；而存儲(chǔ)器可以比喻成垃圾站，容量大但是不方便。

4．采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)方法。微機(jī)原理及應(yīng)用課程信息量過(guò)大，學(xué)時(shí)有限，采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)方法，將內(nèi)容的提綱、重點(diǎn)和難點(diǎn)通過(guò)板書加深學(xué)生的印象，促進(jìn)教師和學(xué)生的互動(dòng)交流；將各種尋址方式、復(fù)雜電路分析以及各種過(guò)程均采用多媒體進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，使枯燥、繁雜的內(nèi)容直觀、易懂，收到事半功倍的教學(xué)效果；同時(shí)多媒體可以演示大量的實(shí)物、實(shí)例和實(shí)際操作過(guò)程，從而取得形象、生動(dòng)、具體以及信息攝入量大的教學(xué)效果。

三、突出實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力

微機(jī)原理及應(yīng)用課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，注重培養(yǎng)學(xué)生本領(lǐng)域思維方法和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

1．注重實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)課是驗(yàn)證理論、應(yīng)用理論和鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)教學(xué)大綱，我們開設(shè)了14個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分為演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)演示性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以初步、直觀地認(rèn)識(shí)微機(jī)系統(tǒng)，了解WAV6000等軟件的基本操作及調(diào)試方法，為后續(xù)理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)；通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)輸入程序，進(jìn)行簡(jiǎn)單的硬件連接，調(diào)試程序和觀察分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初步掌握微機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)方法，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，使他們感覺(jué)到有成就感；通過(guò)設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，訓(xùn)練和提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手、獨(dú)立思考以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

2．精心設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)的時(shí)間為1周，設(shè)計(jì)的題目大都來(lái)自實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，學(xué)生也可以要求自擬題目。指導(dǎo)教師通常提前1周選定課題，下達(dá)任務(wù)，講解系統(tǒng)的工作原理和基本設(shè)計(jì)思想，提出參考書目，布置學(xué)生查閱相關(guān)資料。此外還要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，可讓學(xué)生5人1組，盡量將偏好硬件和軟件的人搭配在一起，這樣既有利于學(xué)生相互之間進(jìn)行討論，又能防止由于分組過(guò)多而使得教師輔導(dǎo)不夠充分。具體的1周進(jìn)度安排如下：第1天，總體設(shè)計(jì)及論證，繪制硬件原理圖；第2天，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，編寫程序，搭建硬件電路；第3天和第4天，系統(tǒng)軟硬件調(diào)試；第5天：教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行驗(yàn)收和考核并讓學(xué)生撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

為了培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生課外自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一些系統(tǒng)，鼓勵(lì)學(xué)生參加學(xué)校每年一度的大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等活動(dòng)。競(jìng)賽的許多題目涉及微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)參加競(jìng)賽的培訓(xùn)和參賽，能深入理解微機(jī)原理與接口技術(shù)的知識(shí)，并能將其運(yùn)用到實(shí)際中去。

四、改革考核方式

微機(jī)原理及應(yīng)用這門課程有4個(gè)學(xué)分，我們采用期末閉卷筆試和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行考核。其中期末筆試占70%，平時(shí)成績(jī)占30%。平時(shí)成績(jī)中實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，出勤、作業(yè)、課堂提問(wèn)和學(xué)習(xí)主動(dòng)性等占10%。實(shí)驗(yàn)成績(jī)又包括預(yù)習(xí)、出勤、操作規(guī)程、結(jié)果驗(yàn)收和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)有1個(gè)學(xué)分，總分按照考勤占15%、設(shè)計(jì)和調(diào)試占25%、答辯驗(yàn)收占30%、報(bào)告占30%，最終成績(jī)分優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格5檔。

五、提高教師的科研開發(fā)能力

微機(jī)原理及應(yīng)用是一門理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的學(xué)科，為了培養(yǎng)應(yīng)用型工科人才，教師除了具備較高的理論水平外，還必須具備一定的科研與技術(shù)開發(fā)能力，因此教師應(yīng)該是“雙師”型。為此，學(xué)校除了要求教師重視課堂教學(xué)，要求重視實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，還經(jīng)常組織教師參觀培訓(xùn)學(xué)習(xí)，指導(dǎo)大學(xué)生科技創(chuàng)新等活動(dòng)，設(shè)立獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制來(lái)督促教師參與實(shí)踐環(huán)節(jié)。

六、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改革與實(shí)踐，微機(jī)原理及應(yīng)用這門課程的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量有了顯著的提高。提高了學(xué)生的理論知識(shí)水平，增強(qiáng)了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為后續(xù)單片機(jī)等專業(yè)課程奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]潘春林，敖廣武.高職微機(jī)原理相關(guān)課程整合的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].遼寧高職學(xué)報(bào)，2006，8（6）

[2]周荷琴，吳秀清.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2008

[3]陽(yáng)光.微機(jī)原理與接口課教學(xué)方法探討[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009，5（2）：407～416

[4]陸紅偉，孫來(lái)業(yè).微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006

Curriculum reform of microcomputer principle and application

Wang Fenglin, Wang Dongxia, Wen Xiulan
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China

Based on the teaching reform demands for the measurement and control technologies and equipment,automation and numerical control professional, the reform of ‘microcomputer principle and application’ is carried out, which focused on the content and methods of about theoretical and experimental courses in teaching and curriculum design. Practice proves that these teaching reform works well, which helps studentsl to develop project awareness and capability of analyzing and solving engineering problems.

computer theory and application; teaching reform; teaching methods; practice links

2010-03-26

汪鳳林，博士，講師。王東霞，博士，講師。溫秀蘭，博士，教授。

*本文獲南京工程學(xué)院基金資助(項(xiàng)目號(hào)：QKJA2009005)以及南京工程學(xué)院品牌專業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)資助。