史慶武, 顏兵兵, 劉德勝, 王 鹍

(1. 佳木斯大學(xué) 信息電子技術(shù)學(xué)院, 黑龍江 佳木斯 154007;2. 佳木斯大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 黑龍江 佳木斯 154007)

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提高《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程教學(xué)質(zhì)量的方法與實(shí)踐

史慶武1, 顏兵兵2, 劉德勝1, 王 鹍1

(1. 佳木斯大學(xué) 信息電子技術(shù)學(xué)院, 黑龍江 佳木斯 154007;2. 佳木斯大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 黑龍江 佳木斯 154007)

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程是通信、電子、自動(dòng)化等非計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,在整個(gè)專業(yè)體系中占有重要的地位。由于《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程存在教學(xué)內(nèi)容龐雜、知識(shí)內(nèi)容理論性過強(qiáng)、實(shí)踐不足等特點(diǎn),所以學(xué)生對(duì)重點(diǎn)和脈絡(luò)難以把握,以死記硬背為主,學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力不強(qiáng)。針對(duì)這些問題,以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性為出發(fā)點(diǎn),以提高學(xué)生創(chuàng)新能力和開發(fā)能力為目的,理順課程的知識(shí)脈絡(luò),以中斷方式作為課程的主線串聯(lián)課程各部分內(nèi)容;精選教學(xué)內(nèi)容,增加開發(fā)性實(shí)驗(yàn);以實(shí)際課題作為課程設(shè)計(jì)題目等方式對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng);為了豐富教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)手段,將Proteus仿真工具引入到課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中。結(jié)果表明,在教學(xué)中實(shí)踐這些方法和手段,教學(xué)質(zhì)量得到了明顯提高。

微機(jī)原理與接口技術(shù); 教學(xué)質(zhì)量; 課程建設(shè); 方法與實(shí)踐

0 引 言

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是通信、電子、信息工程、自動(dòng)化等非計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1],是培養(yǎng)學(xué)生具有微機(jī)軟、硬件設(shè)計(jì)與應(yīng)用及工程意識(shí)和工程素養(yǎng)的必修課,也是學(xué)生今后從事智能控制和微機(jī)開發(fā)的重要入門課程[2],具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。課程主要包括微機(jī)原理、匯編語言及接口技術(shù)3部分內(nèi)容,微機(jī)原理是基礎(chǔ),接口技術(shù)是應(yīng)用,匯編語言是中間的橋梁[3]。由于課程中涉及到很多接口芯片,它們引腳多且具有多種工作模式,學(xué)生對(duì)接口芯片又缺乏感性認(rèn)識(shí),學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺抽象難懂,難以建立起興趣,甚至放棄學(xué)習(xí)。因此,如何提高教學(xué)質(zhì)量,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,是這門課程教學(xué)改革和建設(shè)的重要課題[4-7]。

1 合理安排課程體系和選擇教學(xué)內(nèi)容

1.1 合理安排課程體系

為了使課程之間的過渡更合理,知識(shí)之間的銜接更順暢,使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不再感到突兀,并考慮到后續(xù)其他課程的需要,在修訂培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)大綱時(shí),將《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》《電路》《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(印刷電路板設(shè)計(jì))》等先修課程安排在前3個(gè)學(xué)期完成,原來安排在第6個(gè)學(xué)期的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程調(diào)整到第4個(gè)學(xué)期,這樣在講授這門課程時(shí),學(xué)生不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間跨度大,造成知識(shí)的脫節(jié)和遺忘。例如:在講授接口技術(shù)部分內(nèi)容時(shí),涉及到《電路》和《電子技術(shù)》等課程的內(nèi)容,如鎖存器、譯碼器、存儲(chǔ)器等器件的原理等內(nèi)容,課堂上不再重復(fù),更專注于從理論上講解CPU與各種接口芯片連接應(yīng)注意的邏輯與時(shí)序等問題,從而提高了課堂的效率。

1.2 選擇適合的教材

不同學(xué)校不同專業(yè)的學(xué)生,整體的學(xué)習(xí)能力參差不齊,因此,在教學(xué)中要差異性對(duì)待,做到因材施教。不同專業(yè)對(duì)課程的需求及學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備結(jié)果也不一樣,選擇適合專業(yè)和學(xué)生的教材非常重要[8]。目前市面上關(guān)于《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的教材很多,這些教材編寫的體系結(jié)構(gòu)和側(cè)重點(diǎn)各有千秋,甚至有的院校針對(duì)自己的實(shí)際教學(xué)大綱和教學(xué)過程,自己編寫相應(yīng)的教材。佳木斯大學(xué)(下文簡(jiǎn)稱“我?！?在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的教學(xué)中,選擇了電子工業(yè)出版社出版的顧暉老師編寫的《微機(jī)原理與接口技術(shù)----基于8086和Ptoteus仿真》教材,教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)這本教材很適合電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生使用。

1.3 精選教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行更新,精選教學(xué)內(nèi)容,簡(jiǎn)化理論表述,增加實(shí)例和仿真,把抽象的理論融入直觀具體的實(shí)例中,既可以吸引學(xué)生的興趣,同時(shí)也提高了學(xué)生應(yīng)用理論進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)的能力。

在修訂教學(xué)大綱時(shí),將以往沒有的8086微機(jī)原理仿真列為一個(gè)教學(xué)內(nèi)容。Proteus是英國Lab Center Electronics公司研發(fā)的多功能EDA軟件,是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。對(duì)于8086,Proteus可以添加外部匯編編譯工具Emu8086,將編寫好的源程序加入到工程中,利用軟件中的載入程序功能將通過編譯并生成可執(zhí)行程序載入到8086中,進(jìn)而可以進(jìn)行仿真,觀察現(xiàn)象[9-12]。例如在課堂上講解8086最小系統(tǒng)下和8255A的硬件連接電路設(shè)計(jì)及8255A的多種工作模式時(shí),單純的理論講授太抽象模糊,采用以Proteus自帶的實(shí)例作為案例進(jìn)行仿真,仿真電路如圖1所示,學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察到隨著硬件電路的改動(dòng)和程序的不同,8086CPU和8255A的配合工作得到不同的輸出效果,將會(huì)大大調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也可以為后面的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)以及課程設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路,開發(fā)他們的動(dòng)手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

2 豐富教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)手段

2.1 豐富教學(xué)環(huán)節(jié)

教學(xué)環(huán)節(jié),就是在一次課或一門課程的教學(xué)中,從不同的角度有序地安排教學(xué)內(nèi)容的教育活動(dòng),教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)并不能形成模式,要形成自己的教學(xué)風(fēng)格[13]。因此研究課程知識(shí)體系的脈絡(luò),把握課程的切入點(diǎn)變得尤為重要。

圖1 Proteus中模擬8086與8255工作的電路圖Fig.1 Circuit diagram of the simulation of 8086 and 8255 in Proteus

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是理論與實(shí)踐應(yīng)用并重的課程,同學(xué)們普遍反映教學(xué)內(nèi)容中重點(diǎn)和難點(diǎn)多,知識(shí)點(diǎn)比較分散,不容易把握課程的主線,不知道該如何應(yīng)用。因此研究如何從第一堂課導(dǎo)入問題,提高學(xué)生的興趣,一直到課程結(jié)束,使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有清晰的脈絡(luò)變得尤為突出,而通過對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)的改革,可以解決這個(gè)問題。

圖2 課程內(nèi)容相互關(guān)系與脈絡(luò)

中斷機(jī)制是提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和CPU處理效率所普遍采用的一種方式?？偨Y(jié)多年的教學(xué)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),及對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程知識(shí)內(nèi)容的梳理,可以發(fā)現(xiàn),中斷工作方式在該課程中貫穿各部分教學(xué)內(nèi)容;在工程實(shí)踐中,采用中斷方式工作的系統(tǒng)的響應(yīng)速度和效率也明顯優(yōu)于其他工作方式。

基于以上原因,明確了如圖2所示的知識(shí)脈絡(luò),即采用中斷工作方式作為主線,把課程分為3個(gè)大部分,微處理器工作原理部分是基礎(chǔ);接口技術(shù)及應(yīng)用部分是課程要達(dá)到的目的,即完成課程后應(yīng)具有小型微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用的能力;匯編語言是聯(lián)系這2部分的橋梁與紐帶。因此,在講授課程的各部分內(nèi)容時(shí),將中斷工作方式貫穿其中。例如,在微機(jī)原理部分重點(diǎn)突出CPU處理中斷的過程,在匯編語言設(shè)計(jì)部分,重點(diǎn)突出中斷程序的設(shè)計(jì),在接口技術(shù)部分重點(diǎn)突出接口與CPU連接構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)如何從硬件上設(shè)計(jì)為可以使用中斷的方式等。

在明確了教學(xué)的主線和側(cè)重點(diǎn)后,教學(xué)過程中重視教學(xué)的有序性、知識(shí)的連貫性及教學(xué)的鏈接性,精心安排教學(xué)步驟,恰當(dāng)使用教學(xué)手段,靈活運(yùn)用教學(xué)方法,合理分配教學(xué)時(shí)間,使教師的教和學(xué)生的學(xué),相得益彰,和諧融洽[13]。

2.2 豐富教學(xué)手段

圖3 Debug調(diào)試窗口Fig.3 Debug window

靈活多樣的教學(xué)手段也是提高教學(xué)質(zhì)量必不可少的因素之一。在實(shí)踐中,經(jīng)典教學(xué)手段和現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合,充分利用多媒體、網(wǎng)絡(luò)等載具,把教學(xué)真正帶入有興趣有討論的氛圍,使教學(xué)與研究呈現(xiàn)出并進(jìn)局面。課堂上在主要內(nèi)容講授結(jié)束后,可以自由的討論,形成師生互動(dòng)式課堂,同時(shí),借鑒國外先進(jìn)的教學(xué)理念,課堂上不拘泥于古板的傳統(tǒng)模式,允許學(xué)生帶電腦進(jìn)入課堂。在講授匯編語言時(shí),為了使學(xué)生能更直觀地掌握寄存器和存儲(chǔ)器中代碼和數(shù)據(jù)的變化更新,課堂上允許學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),利用debug工具,對(duì)短小的匯編語言代碼進(jìn)行調(diào)試,既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情又鍛煉了他們調(diào)試代碼的能力。例如在講授傳遞指令或者算術(shù)指令時(shí),在debug窗口中編寫如圖3所示的小程序,就可以直觀的看到各個(gè)寄存器值的變化。

3 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門集理論、實(shí)踐、應(yīng)用與一體的核心課程,知識(shí)內(nèi)容理論性過強(qiáng),如果實(shí)踐不夠,難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,只會(huì)事倍功半。因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)必不可少,必須給予十分的重視。

實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),每年都會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室和學(xué)生情況更新實(shí)驗(yàn)大綱,在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目時(shí),既要有理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),也要有開發(fā)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[14]。

目前,大部分高校普遍存在經(jīng)費(fèi)緊張,學(xué)生人數(shù)多,實(shí)驗(yàn)開出率偏低等現(xiàn)象。為了克服供給與需求之間的矛盾,我校在這門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)踐了軟件仿真結(jié)合硬件實(shí)驗(yàn)箱的方式,不僅滿足了教學(xué)的需求,也節(jié)約了經(jīng)費(fèi),提高了教學(xué)質(zhì)量和效率。

軟件仿真可以使用前文提到的Proteus仿真工具。在某些具有開發(fā)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)中,可以利用軟件優(yōu)先對(duì)方案中核心控制部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行論證和仿真。

軟件仿真作為教學(xué)的輔助手段和補(bǔ)充,不能完全代替實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)。結(jié)合我校的實(shí)際情況和教學(xué)需求,自己設(shè)計(jì)開發(fā)了相應(yīng)的硬件實(shí)驗(yàn)箱,使用這些教學(xué)設(shè)備可以做一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外,如果加上其他的配套模塊,也可以進(jìn)行開發(fā)性實(shí)驗(yàn)。

4 課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的最直接途徑。我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生在修完《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程之后,結(jié)合其他先修課程以及自動(dòng)控制原理等理論后,還要完成微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),通過這個(gè)環(huán)節(jié)來檢驗(yàn)他們實(shí)際掌握和運(yùn)用知識(shí)的能力。

課程設(shè)計(jì)大綱每年也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的修訂,更新20%題目。依賴實(shí)驗(yàn)室能夠提供的最大限度,結(jié)合教師的科研以及生產(chǎn)生活中的具體問題,提出難易程度適合的題目,具有代表性的題目得以保留,學(xué)有余力的同學(xué)則進(jìn)行創(chuàng)新性的課題研究。課程設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行答辯,并單獨(dú)考評(píng)給出成績(jī)。通過課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),使學(xué)生掌握了這門課程的核心和實(shí)質(zhì),培養(yǎng)了他們初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力。很多同學(xué)因此轉(zhuǎn)變了學(xué)習(xí)觀念,開始主動(dòng)進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)和參加電子設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng),提高和鍛煉了他們的能力。

5 以培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)向的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

實(shí)踐表明,填鴨式教學(xué)并不能真正提高教學(xué)質(zhì)量,如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也是教學(xué)成敗的關(guān)鍵。提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑之一就是使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,因此,除了從上述各個(gè)方面進(jìn)行改革之外,學(xué)院調(diào)動(dòng)資源,為學(xué)生創(chuàng)建了開放實(shí)驗(yàn)室,鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí),提高了學(xué)生應(yīng)用理論進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)的能力。

通過以上方法和實(shí)踐,我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生成績(jī)大幅度提升,教學(xué)質(zhì)量得到很大地改善,學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新開發(fā)能力得到提高,有越來越多的同學(xué)進(jìn)入信息電子技術(shù)學(xué)院開放實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí),參加不同類型和級(jí)別的競(jìng)賽并獲得了榮譽(yù),如表1所示。

表1 近3年學(xué)生參加比賽及獲得的榮譽(yù)Tab.1 Nearly three years of students to participate in competitions and won the honor

6 結(jié) 語

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程作為信息類非計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心課程,它的地位和基礎(chǔ)作用是由日新月異的科技發(fā)展決定的,是整個(gè)專業(yè)體系中的重要一環(huán)。因此,如何提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和過程、教學(xué)質(zhì)量成果的評(píng)估和結(jié)論等方面進(jìn)行不斷的更新,是每個(gè)從事這門課程教學(xué)老師的一個(gè)重要研究課題。

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Method and practice of improving teaching quality of “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique”

SHIQingwu1,YANBingbing2,LIUDesheng1,WANGKun1

(1. College of Information and Electronic Technology, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China; 2. College of Mechanical Engineering, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China)

The course of “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique” is a professional basic course of communication, electronics, automation and other non-computer professional, which occupies an important position in the whole system of major. Because “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology” course teaching contents are complex, deep theory, and deficient practice, it is difficult for students to grasp the focus and context, based on rote learning. The students’ practical innovation ability is not strong. Aiming at these problems, to enhance students’ learning interest and learning initiative as the starting point, in order to improve the students’ ability of innovation and development, straighten out the course of knowledge context, interrupt mode taken as the main line connecting the all parts of the course content; selected teaching content, increase the development of experiments; to cultivate students’ creative ability by the way of practical subjects, such as curriculum design; in order to enrich the teaching link and teaching means, the Proteus simulation tool is introduced into the classroom teaching and experiment. The results show that the teaching quality has been improved obviously in the practice of these methods and means.

MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique; teaching quality; course construction; method and practice

2016-05-28。

黑龍江省教育廳新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目(JG2014011044)。

史慶武(1974-),男,黑龍江穆棱人,佳木斯大學(xué)副教授,哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士研究生。

1673-5862(2016)04-0494-05

G642; TP36

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.04.024