張 妍，王詠梅

(華北電力大學(xué) 自動(dòng)化系，河北 保定 071003)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在微機(jī)原理及應(yīng)用課程中的應(yīng)用

張 妍，王詠梅

(華北電力大學(xué) 自動(dòng)化系，河北 保定 071003)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法。針對(duì)微機(jī)原理及應(yīng)用課程內(nèi)容抽象枯燥、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)以及傳統(tǒng)教學(xué)法難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的缺點(diǎn)，在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中對(duì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法進(jìn)行了有益的探索。實(shí)踐證明在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高，學(xué)習(xí)有創(chuàng)造性且課程知識(shí)系統(tǒng)化了，有效提高了動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的綜合素質(zhì)，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)法引入微機(jī)原理課程的教學(xué)是一項(xiàng)行之有效的教學(xué)改革。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)；微機(jī)原理及應(yīng)用；課堂教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，以探索問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)和維持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生帶著具體的任務(wù)學(xué)習(xí)，在完成任務(wù)的過(guò)程中，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力[1-4]。如今，這種任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式已經(jīng)得到眾人的廣泛關(guān)注，也已應(yīng)用于各學(xué)科的教學(xué)之中，其中在計(jì)算機(jī)相關(guān)學(xué)科的教學(xué)中的運(yùn)用效果尤為突出[5-6]。微機(jī)原理及應(yīng)用作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是自動(dòng)化專業(yè)后繼專業(yè)課如單片機(jī)、計(jì)算機(jī)控制、分散控制系統(tǒng)等專業(yè)課程學(xué)習(xí)的紐帶和橋梁。但由于該課程教學(xué)內(nèi)容多、細(xì)、零散且抽象不易理解以及教學(xué)方法的局限性，使得這門課程的授課效果難以令人滿意。鑒于此，華北電力大學(xué)自動(dòng)化系微機(jī)原理及應(yīng)用課程組對(duì)該課程基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的研究型教學(xué)方法進(jìn)行了探索與實(shí)踐。

1 課程基本情況和教學(xué)現(xiàn)狀

微機(jī)原理及應(yīng)用的先修課程為數(shù)字電路和模擬電路，對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)來(lái)說(shuō)，又融合了計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、微機(jī)接口設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容，是一門綜合性很強(qiáng)的課程。該課程主要講述基于80x86的微型計(jì)算機(jī)基本編程結(jié)構(gòu)、指令和偽指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、總線操作、內(nèi)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及擴(kuò)展、數(shù)據(jù)輸入輸出方式、中斷控制及各種常用接口的應(yīng)用方法。這些內(nèi)容大多枯燥，需要學(xué)生不斷去思考與體會(huì)才能掌握相關(guān)的知識(shí)，對(duì)這門課程學(xué)生普遍反映入門難、內(nèi)容不易理解。

該課程的教學(xué)方式主要以傳統(tǒng)的“傳授-接受”式教學(xué)為主，這樣的教學(xué)方式使學(xué)生處在被動(dòng)狀態(tài)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的教學(xué)方法講究“循序漸進(jìn)”“按部就班”，使得學(xué)生不易建立起“微機(jī)系統(tǒng)”的概念，對(duì)課程內(nèi)容沒(méi)有整體上的把握。而且，現(xiàn)在的學(xué)生出生在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，對(duì)微型計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)的獲取早已不局限于學(xué)校的教師，甚至部分學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平還高于教師，對(duì)學(xué)生的因材施教也迫切需要改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法。另外，由于師資的原因，該課程課堂容量大，少則2個(gè)班，多則4個(gè)班，使得一些教學(xué)和實(shí)驗(yàn)改革措施難以具體展開。而近兩年，本課程組教師增加，使小班授課成為可能，也為任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的引入創(chuàng)造了條件。

2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的含義與特點(diǎn)

2.1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)的含義

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)是建立在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上，以學(xué)生為中心，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式。其教學(xué)的理念是針對(duì)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)任務(wù)，將所要學(xué)的概念、技能蘊(yùn)含在所要解決的任務(wù)之中，通過(guò)任務(wù)的完成，使學(xué)生從中獲得有關(guān)知識(shí)、掌握相應(yīng)技能[6]。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)在教學(xué)過(guò)程中，以完成任務(wù)為主線，巧妙地將知識(shí)點(diǎn)隱含在任務(wù)中，學(xué)生在同學(xué)的幫助和教師的引導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性，通過(guò)完成任務(wù)達(dá)到掌握所學(xué)知識(shí)的目的。

2.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)將傳統(tǒng)的以傳授知識(shí)為主的再現(xiàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí)[7]，使學(xué)生處于一種積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)。其最根本的特點(diǎn)就是“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”[8-9]。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)特別適用于集知識(shí)與技能為一體，實(shí)踐與操作性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)類課程教學(xué)，而微機(jī)原理及應(yīng)用屬于這類課程。這種教學(xué)模式有利于對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析和解決問(wèn)題能力、交流與合作能力以及研究和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)給學(xué)生提出了明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)后有一定的成就感，因而提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立的學(xué)習(xí)能力。在任務(wù)完成的過(guò)程中，學(xué)生的主體地位得到了充分體現(xiàn)，與此同時(shí)還給學(xué)生提供了創(chuàng)新的空間。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，變傳統(tǒng)的“教學(xué)”為“求學(xué)”[6]。

3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施

3.1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)課程特點(diǎn)，選擇一個(gè)實(shí)用的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)作為課程總?cè)蝿?wù)，通過(guò)對(duì)總?cè)蝿?wù)進(jìn)行分解，引導(dǎo)學(xué)生在具體的子任務(wù)驅(qū)動(dòng)下開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，由簡(jiǎn)到繁、由易到難、循序漸進(jìn)，逐漸掌握本課程的知識(shí)內(nèi)容，并在完成任務(wù)的過(guò)程當(dāng)中培養(yǎng)其工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。一個(gè)合適的任務(wù)應(yīng)當(dāng)基本涵蓋本課程核心知識(shí)點(diǎn)，難易程度適中，與生活實(shí)際結(jié)合緊密，易于理解。鑒于此，我們選擇基于8086的交通信號(hào)燈系統(tǒng)作為貫穿本課程的總?cè)蝿?wù)。

(1)首先在課堂上演示一個(gè)完整的交通燈系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生分析該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生建立起“微機(jī)系統(tǒng)”的概念。讓學(xué)生思考利用已學(xué)過(guò)的模擬電路和數(shù)字電路可不可以實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的功能，從而理解數(shù)字邏輯電路和微型計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系。

(2)微型計(jì)算機(jī)數(shù)制表示及CPU工作原理部分的課程內(nèi)容比較抽象，對(duì)這部分內(nèi)容，引入如下問(wèn)題：交通信號(hào)燈的狀態(tài)在計(jì)算機(jī)中如何表示？交通信號(hào)系統(tǒng)中需要傳遞的信息都有哪些？這些信息如何存儲(chǔ)？CPU如何找到這些信息并執(zhí)行？通過(guò)這些問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考，并組織學(xué)生分組討論，最終掌握計(jì)算機(jī)中的數(shù)制表示、存儲(chǔ)器組織、三總線結(jié)構(gòu)、CPU工作過(guò)程等知識(shí)點(diǎn)。

(3)交通信號(hào)燈系統(tǒng)的CPU及總線部分設(shè)計(jì)。通過(guò)這個(gè)任務(wù)的完成，可以讓學(xué)生結(jié)合Proteus軟件，學(xué)習(xí)8086最小模式配置電路的設(shè)計(jì)。目標(biāo)是熟悉CPU引腳信號(hào)，理解地址鎖存器、數(shù)據(jù)緩沖器的作用，進(jìn)一步熟悉微機(jī)系統(tǒng)三總線的結(jié)構(gòu)以及這樣做的好處。對(duì)于難以理解的總線工作時(shí)序，可以指導(dǎo)學(xué)生在最小模式配置電路上加上簡(jiǎn)單外設(shè)，并裝載教師給出的程序，利用Proteus的邏輯分析儀來(lái)觀察CPU的讀寫時(shí)序，過(guò)程直觀明了。

(4)交通信號(hào)燈系統(tǒng)中的軟件定時(shí)程序。通過(guò)這個(gè)任務(wù)讓學(xué)生熟悉指令系統(tǒng)和匯編程序設(shè)計(jì)，教師不再用大量學(xué)時(shí)講解指令的使用，而是在介紹常用指令后，布置幾個(gè)典型的程序設(shè)計(jì)(包括軟件定時(shí)程序)作為驅(qū)動(dòng)任務(wù)，在程序編寫過(guò)程中學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，教師指導(dǎo)學(xué)生解決，并以課后作業(yè)的形式讓學(xué)生在電腦上調(diào)試成功，出現(xiàn)的問(wèn)題可以在課堂上討論解決。

(5)交通信號(hào)燈系統(tǒng)外部設(shè)備的尋址。通過(guò)這個(gè)任務(wù)讓學(xué)生掌握外部設(shè)備和存儲(chǔ)器的譯碼電路設(shè)計(jì)。該任務(wù)完成后，已經(jīng)可以借助Proteus軟件設(shè)計(jì)出具有基本紅綠燈亮滅規(guī)律的信號(hào)燈系統(tǒng)。這時(shí)可以提出問(wèn)題：如果CPU還有其他任務(wù)需要完成，現(xiàn)有系統(tǒng)該如何處理？引入中斷的概念，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)中斷過(guò)程的思考。

(6)信號(hào)燈系統(tǒng)擴(kuò)充功能的設(shè)計(jì)。再次提出如下任務(wù)：讓系統(tǒng)具備紅綠燈等待時(shí)間倒計(jì)時(shí)功能；有急救車通過(guò)時(shí)四個(gè)路口均為紅燈的緊急情況處理；不同時(shí)段等待時(shí)間不同的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在這些任務(wù)問(wèn)題完成的過(guò)程中，引入對(duì)并行接口8255、硬件定時(shí)芯片8253、中斷管理器8259的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

可見通過(guò)對(duì)總?cè)蝿?wù)的分解，在各子任務(wù)完成過(guò)程中，基本上能夠串聯(lián)起該課程的核心知識(shí)，能讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行主動(dòng)探索，并且完成一個(gè)具體的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)有所用，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性?？?cè)蝿?wù)和子任務(wù)是貫穿課程前后的總線索，在具體的課堂授課形式上，對(duì)概念性的知識(shí)仍然要要做適當(dāng)?shù)慕榻B，對(duì)子任務(wù)需要根據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)再進(jìn)行細(xì)化，多輔以例題，以提出問(wèn)題-分析問(wèn)題-解決問(wèn)題的形式掌握知識(shí)。學(xué)生在課堂上以提問(wèn)和分組討論的形式完成部分任務(wù)，在課下自主完成各子任務(wù)最終目標(biāo)，完成的過(guò)程當(dāng)中，每節(jié)課給出一定時(shí)間讓學(xué)生主動(dòng)提問(wèn)，教師引導(dǎo)結(jié)合學(xué)生討論解決問(wèn)題。

3.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為教師給定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、程序流程，部分實(shí)驗(yàn)還給出參考程序，學(xué)生只是編寫部分程序、在實(shí)驗(yàn)箱上連接部分電路，這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)只能完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生缺乏整體上的把握，不具備程序的架構(gòu)能力和調(diào)試能力，遇到問(wèn)題沒(méi)有解決的思路。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，在第一次實(shí)驗(yàn)中熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，對(duì)其后的匯編編程實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器、并口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷實(shí)驗(yàn)等，采用如下的實(shí)施過(guò)程：

(1)實(shí)驗(yàn)前，教師提前給出實(shí)驗(yàn)要求或提供多種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容供學(xué)生選擇，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、程序流程。比如，匯編編程實(shí)驗(yàn)要求必須有人機(jī)交互的操作(即計(jì)算機(jī)顯示提示，鍵盤輸入字符，結(jié)果顯示)、程序結(jié)構(gòu)是循環(huán)結(jié)構(gòu)或多分支結(jié)構(gòu)，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以自己設(shè)計(jì)。這樣學(xué)生要在積極思考及查閱資料和對(duì)問(wèn)題真正理解的條件下才能完成任務(wù).這就大大提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，把很多以前在實(shí)驗(yàn)課堂中完成的工作移到了課外自主完成，無(wú)形中增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。

(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生處于主導(dǎo)地位，老師就學(xué)生提出的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)和答疑，學(xué)生不問(wèn)，老師不進(jìn)行任何講解。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以學(xué)生為主導(dǎo)地位的師生互動(dòng)可以提供一種幫助手段，同時(shí)還可以給學(xué)生提供一些資料、網(wǎng)站、專業(yè)論壇等信息，讓學(xué)生有渠道來(lái)解決自己的問(wèn)題，幫助學(xué)生提高自信心。對(duì)于程序的簡(jiǎn)單語(yǔ)法錯(cuò)誤，學(xué)生在調(diào)試過(guò)程中能更好地掌握基本的指令及偽指令。在沒(méi)語(yǔ)法錯(cuò)誤但運(yùn)行結(jié)果不對(duì)時(shí)，老師要引導(dǎo)學(xué)生采用單步或斷點(diǎn)調(diào)試及思考各種有效的調(diào)試方法，通過(guò)這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生查找問(wèn)題及實(shí)際動(dòng)手的能力[10]。

(3)實(shí)驗(yàn)完成后，老師根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難易程度、實(shí)驗(yàn)完成時(shí)間、程序原創(chuàng)性等綜合因素給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)具有一定的區(qū)分度，努力刻苦且完成了任務(wù)，原創(chuàng)性最高的學(xué)生得高分；參考了其他同學(xué)的程序但在某些地方有原創(chuàng)性的學(xué)生得較高分；大部分程序參考其他同學(xué)的，自己只是讀懂程序的學(xué)生及格；完全抄襲，無(wú)法回答老師提問(wèn)的學(xué)生不及格。

4 實(shí)踐效果

實(shí)踐表明任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)效果明顯好于傳統(tǒng)教學(xué)，教師與學(xué)生圍繞任務(wù)積極互動(dòng)，在精心設(shè)計(jì)的一系列典型的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生分組展開合作學(xué)習(xí)；在教師引導(dǎo)下，學(xué)生由簡(jiǎn)到繁，循序漸進(jìn)地完成一系列任務(wù)。大部分同學(xué)反饋信息表明通過(guò)自主學(xué)習(xí)收獲頗多，有效提高了動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的綜合素質(zhì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高，學(xué)習(xí)有創(chuàng)造性且課程知識(shí)系統(tǒng)化，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)法引入微機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)確實(shí)是一項(xiàng)行之有效的教學(xué)改革。需要注意的是任務(wù)驅(qū)動(dòng)法對(duì)學(xué)生容量較小的小班課堂可操作性更好；在任務(wù)實(shí)施的過(guò)程中要注意兼顧不同水平的學(xué)生，注意分組時(shí)學(xué)生的組合，同時(shí)對(duì)一些能力較差的學(xué)生應(yīng)給出細(xì)化的要求，對(duì)一些能力較強(qiáng)的學(xué)生應(yīng)提出拓展的要求；教學(xué)和實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成情況都要與課程總成績(jī)掛鉤更能有效督促學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

在任務(wù)驅(qū)動(dòng)實(shí)施過(guò)程中還有需要改進(jìn)的地方：總?cè)蝿?wù)的內(nèi)容設(shè)置可以更豐富些，再尋求更多合適的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，兼顧全部課程核心知識(shí)點(diǎn)；必須探求更有效的方法防止學(xué)生抄襲；教師作為課堂任務(wù)的組織者，多采取一些措施激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而不是和學(xué)生一起做任務(wù)的執(zhí)行者，以避免學(xué)生產(chǎn)生依賴性。

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[11]趙丹.以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式探討[J].教育與職業(yè)，2013(12)：98-99.

Application of Task-driven Teaching Method in Microcomputer Principle and Application Course

ZHANG Yan, WANG Yongmei

(Department of Automation, North China Electric Power University, Baoding 071000, China)

The “Task-driven Teaching” method is based on the constructive learning theory.For the content of microcomputer principle and application course is abstract and boring, and traditional teaching method is difficult to stimulate students’ study enthusiasm. An exploration of “Task-driven Teaching” method in the teaching process is made by Microcomputer Principle and Application teaching group. Practice shows “Task-driven Teaching” method has inspired the students’ interest in learning and creativity, and improved their comprehensive ability to solve the problem. Introducing “Task-driven Teaching” method into Microcomputer Principle and Application course is an effective teaching reform.

task-driven teaching method；microcomputer principle and application；classroom teaching; experiment

2013-12-24

張 妍(1980-)，女，碩士，講師，主要從事微機(jī)原理、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)的教學(xué)和科研工作。

G642.0;TP36

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.055