朱大勇，李樹全，侯曉榮

(電子科技大學 a.信息與軟件工程學院；b.能源與科學工程學院，四川 成都 610054)

大型機匯編語言作為面向大型機的底層編程語言，是大型主機方向的專業(yè)必修課程。盡管通過課堂教學和作業(yè)練習，學生能夠掌握常用的匯編指令和程序結構，加深對大型機內(nèi)部結構和操作系統(tǒng)的理解[1-2]，但是，只有通過編程實踐才能真正將所學知識應用于解決實際問題，同時訓練學生的編程思維，鍛煉編程技能，提高程序設計水平。因此，實驗教學在大型機匯編語言課程中起到了非常重要的作用。

傳統(tǒng)的匯編語言實驗教學通常給出幾個獨立的實驗(如數(shù)值運算、進制轉(zhuǎn)換及字符串處理等)，讓學生自己動腦動手根據(jù)實驗要求編寫程序[3]。實驗題目是課堂上已講過例子的變形，或者是作業(yè)中的類似例題。通常每個實驗只是針對課程的部分知識點進行檢驗和編程訓練，使得各個實驗之間相互脫節(jié)，很難形成一個完成的系統(tǒng)把整個課程的知識及可能涉及的其他課程內(nèi)容連貫起來。雖然學生完成了實驗，卻常常反映自己清楚指令干什么，知道編寫匯編程序的方式，但是在面對實際的工程問題時卻不知道該如何去分析求解。此外，學生在實驗過程中的表現(xiàn)、交流溝通以及創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)也難以在傳統(tǒng)的實驗模式中做出合理的評價。文獻[3]在匯編程序中采用結構化程序設計方法和反匯編方式開展實驗教學，讓學生能以熟悉的編程方式來學習匯編，降低了匯編實驗的入門難度，但是對個性化教學缺少探討。文獻[4]主要分析了匯編實驗教學中存在的教學模式僵化、實驗方法陳舊及難以激發(fā)學生興趣等問題，給出了實驗改革的幾項措施，但對具體的實驗內(nèi)容和過程缺少實例。文獻[5]以MASM宏匯編系統(tǒng)及調(diào)試工具，結合算法給出了實驗實例和授課方法，讓學生對數(shù)據(jù)結構和算法加深了理解。目前大量的匯編語言實驗教學是建立在8086系列系統(tǒng)上，很少有文獻涉及大型主機匯編語言的實驗。

針對以上問題，本文依據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的思路[6]，以靈活應用課程知識，掌握技能，加強編程思維訓練為教學目標，在大型機匯編語言實驗教學中通過不斷探索，逐步總結出了持續(xù)改進的實驗教學模式。通過將傳統(tǒng)實驗課與翻轉(zhuǎn)教學相結合，在實驗課前以視頻方式給出一些實用的示例激發(fā)學生的興趣；在課中，選取學生代表作為實驗輔導員，輔助實驗教師完成個性化指導，讓學生參與到教學活動中實現(xiàn)自我評價和相互評價，通過實驗培養(yǎng)了學生多方面的能力，而不僅僅限于知識的掌握。

1 實驗教學設計

對比傳統(tǒng)教學，在翻轉(zhuǎn)課堂中學生、老師和課堂的角色發(fā)生了轉(zhuǎn)變。學生要在課前預先學習課程內(nèi)容，在課堂上用掌握的知識完成老師布置的學習任務和練習。而老師更多的是引導學生運用知識去分析和解決問題，將所學內(nèi)容吸收。根據(jù)大型機匯編語言的特點，本文以翻轉(zhuǎn)教學的方式重新思考和設計整個實驗過程。首先，以培養(yǎng)學生技能和素質(zhì)，幫助他們學習和訓練為目標，為學生構建一個貼近實際的操作環(huán)境。然后，設計以項目驅(qū)動的實驗內(nèi)容和實驗教學過程。最后，收集學生在整個實驗過程中的各方面信息和數(shù)據(jù)，對學生的能力和掌握的技能進行綜合評價。

傳統(tǒng)的實驗教學通常在實驗前給學生講授或安排實驗內(nèi)容，但是編程類實驗往往需要在動手過程中才能深入掌握所學內(nèi)容。單一的講解和文字信息讓學生不容易上手，而視頻的一步步演示、操作和講解更容易讓學生遵循實驗指導步驟開展自學。改進傳統(tǒng)的實驗教學，采用翻轉(zhuǎn)的教學方式事先錄制編程環(huán)境操作和編程實例的視頻，能夠充分激發(fā)學生的主觀能動性。另外，部分學生可能在實驗課前沒有觀看視頻完成實驗指導的操作，在實驗課上，可以安排已經(jīng)完成實驗預學習的學生來參與老師的實驗輔導工作，實現(xiàn)相互學習和相互評價，提高了實驗課的效率和效果。

在課前，老師準備實驗指導視頻，學生自學部分實驗內(nèi)容；在實驗過程中，學生的“工作”是完成設定的項目任務，而老師作為“教練”指導其完成工作。期間，學生完成技能訓練，包括對項目各種問題的分析、程序設計、實現(xiàn)及調(diào)試，以達到發(fā)現(xiàn)問題、獨立解決問題，開展探究式學習的目的。教師能夠根據(jù)學生的自學情況開展個性化輔導，通過課堂互動幫助不同程度的學生掌握課程內(nèi)容和鍛煉編程技能。

1.1 翻轉(zhuǎn)實驗課堂

翻轉(zhuǎn)課堂[7]的教學方式使課堂變成師生之間和學生之間相互交流、互動的場所。課堂上老師提出問題或布置練習，學生運用提前學習的知識完成學習任務，老師負責組織、指導、答疑解惑和給出評價。借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的思想，改變傳統(tǒng)的實驗教學方式，由教師引導學生完成實驗項目，并通過答疑、學生之間的互評以及完成實驗項目的情況把握學生的實驗進度。

課程實驗設計為一個完整的工程項目實施過程。通過確定工程問題與課程知識的映射關系，安排實驗周期各個階段的實驗教學任務，將工程項目、課程知識與實驗活動連接為一個整體。在實驗課準備期間，老師根據(jù)知識點的難易程度錄制實驗視頻。每個視頻針對單一的知識點進行講解和演示，長度設定為8～10min。視頻從較簡單的程序問題開始，一步步指導學生完成程序編碼、調(diào)試和除錯，讓學生能逐步熟悉匯編程序的開發(fā)環(huán)境和掌握基本的編程思想。在實驗課前學生通過觀看實驗視頻指導，自學部分課程內(nèi)容并完成簡單的編程練習，如十進制運算、十進制與二進制轉(zhuǎn)換及子程序調(diào)用等。實驗課堂設定項目開發(fā)場景，給出項目需求，老師和學生經(jīng)過討論共同完成系統(tǒng)的分析和設計。在編程實現(xiàn)階段，學生獨立完成數(shù)據(jù)結構和算法設計以及程序?qū)崿F(xiàn)；而在調(diào)試和除錯階段由老師指導或?qū)W生協(xié)作來解決程序問題。整個實驗過程體現(xiàn)問題的求解過程，注重訓練學生的思維方式。此外，實驗課后還保留部分系統(tǒng)模塊作為學生進一步提升工程能力的進階練習，讓學生根據(jù)自身情況有選擇地進行學習和訓練，同時將其納入到學生能力和素質(zhì)的考核和評價中。

1.2 面向工程認證的評價方法

通常實驗以完成情況和功能實現(xiàn)作為評價標準，忽視了實驗過程，使得很難量化考核學生所掌握的知識、技能和能力。因此，需要設計新的面向工程教育認證的評價模式，促進學生在實踐中不斷提升各方面能力，同時關注每個學生的特點及其發(fā)展?jié)摿?。實驗的每一階段對應一項考核指標，考核指標細化為課程的知識點，將課程知識的實際運用對應到技能訓練，其結果作為評價依據(jù)。如在項目實現(xiàn)階段，算法設計對應編程思維的訓練、匯編指令的應用等技能考核指標；在糾錯階段，調(diào)試程序?qū)l(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力的考核指標。每項指標反映出學生當前的學習狀態(tài)，幫助學生了解自身情況，發(fā)現(xiàn)問題和促進自我改進。

面向工程教育認證的實驗評價注重學生本人在評價中的作用，關注學生的能力培養(yǎng)過程，強調(diào)個性化學習。大部分學生在基本技能上需要老師指導和花費更多的時間練習編程；而部分學生能較快完成實驗任務，可以協(xié)助老師和幫助其他同學。參與實驗輔導和管理的學生可以在溝通交流、積極性等考核上獲取評分。能力突出的學生需要更多的實驗任務和額外的學習資料來匹配其學習進度。實驗中給出部分創(chuàng)作式學習題目，如設定幾個較困難的項目功能模塊，這些模塊要用到部分沒有講授的指令，學生通過自學來完成練習。老師根據(jù)自學情況和實驗結果對學生的創(chuàng)新能力給出評價。實驗結束后利用實驗教學工具搜集、加工和處理在實驗過程中學生的學習和評價信息，一方面供學生參考以了解自身的學習狀況，另一方面供教師對學生進行持續(xù)的觀察進而開展差異化教學。

2 教學實踐

大型機匯編語言的編程方式與常見的Windows和Linux系統(tǒng)有較大的不同，編寫和調(diào)試更加困難和繁瑣。為了幫助學生掌握并熟練運用各類匯編指令，需改變原有的實驗模式[8-10]，減少老師講授和指導，強調(diào)學生參與問題分析和系統(tǒng)設計。通過實驗視頻學生在課前熟悉編程環(huán)境；在實驗課上老師組織學生討論實驗項目并擬定多個解決方案，讓學生做出選擇并說明原因。實驗過程按照循序漸進的方式引入課程內(nèi)容，做到層層遞進，逐步深入和完善實驗項目。實驗課后，將實驗過程特別是自學能力、互動交流、問題求解能力、編程技能等方面進行量化，納入到實驗考核中。

在實施的過程中，主要的問題是根據(jù)學生的不同層次，編制具有不同難度級別的實驗項目，這也進一步增加了教師的實驗教學工作量。實驗教學的推進更需要實現(xiàn)個性化的教學，具有一定的挑戰(zhàn)性。需在多次的實驗教學中，不斷積累豐富了各種難度的實驗案例。本文設定實驗級別，結合學校開展的綜合課程設計教學，讓學生參與實驗內(nèi)容的開發(fā)，能減少教師的工作量，同時培養(yǎng)學生的協(xié)作和創(chuàng)新能力[11]。對于在實驗過程中的個性化教學，可以通過指定和學生自薦的方式選定實驗輔導員，讓學生參與實驗教學活動，使得在選課人數(shù)較多的實驗中充分發(fā)揮學生的主觀能動性，使開展個性化教學具有可行性。

2.1 實驗視頻開發(fā)

大型機匯編語言的程序入口點和程序出口點代碼，在每個實驗中都是重復的，因此，在實驗課前制作編程示例視頻，對每一個指令在編程環(huán)境中進行講解，同時結合宏指令的教學內(nèi)容，講解對于重復代碼的處理方式，讓學生在實驗課中不再需要花太多的時間理解這部分內(nèi)容，而是直接進入編程模式和編程方法的訓練，很好地實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)教學的思想。

大型機匯編語言[2]除了與X86匯編語言[12-13]一樣需要完成編輯、匯編、連接及調(diào)試4個步驟外，還需要編寫JCL語言提交系統(tǒng)后才能查看實驗結果。由于編程環(huán)境是字符模式而且編輯區(qū)域有比較嚴格的規(guī)定，因此常常由于程序格式問題(如沒有在特定的位置增加續(xù)行標記)出現(xiàn)錯誤。如果出現(xiàn)錯誤，則需要從系統(tǒng)的任務隊列返回到編輯狀態(tài)重新檢查程序源代碼，這對于學生來說需要花費大量的時間來熟悉匯編環(huán)境。本文考慮到大型機匯編語言的特殊性，開發(fā)了實驗視頻讓學生在實驗課前能按照老師的演示步驟進行練習，掌握匯編編程流程。

實驗視頻突出簡單性和易學性。首先講解編程環(huán)境、實驗步驟、編輯技巧(如用HI ASM設置代碼顏色防止寫錯關鍵字)及編寫中要注意的事項(如編輯環(huán)境中終止列的位置)等內(nèi)容。然后給出匯編程序代碼，并演示匯編、連接和調(diào)試步驟，讓學生能看到一個完整的程序?qū)崿F(xiàn)過程。之后，在原有程序中安排一兩個錯誤，如JCL錯誤，告訴學生如何在消息隊列里查看錯誤提示信息，如何分析錯誤原因并找到錯誤出現(xiàn)的位置，最后根據(jù)課程所學知識來解決遇到的各種程序問題。實驗課上如果學生遇到類似的JCL錯誤或者程序錯誤，老師還要引導學生根據(jù)消息隊列的提示信息進行分析，如果不確定是什么問題，要猜測錯誤原因，并對猜測結果進行驗證，看是否能解決問題。通過不斷地嘗試，學生在思考、分析、修改及驗證的過程中鍛煉了解決問題的能力。

2.2 實驗項目分解與實施

實驗項目設定為編寫一個天氣預報系統(tǒng)。

1)首先抽取其核心子系統(tǒng)作為實驗內(nèi)容，其他擴展功能保留作為高階練習。核心系統(tǒng)主要根據(jù)記錄的每小時溫度獲取當天的最低和最高溫度以及發(fā)生的時間，同時計算平均溫度和中間溫度，并顯示這些信息。

2)項目分解采用自頂向下的方法，完成框架設計、模塊劃分及算法實現(xiàn)。項目劃分為主模塊、輸入模塊、排序模塊、計算模塊和顯示模塊。每個模塊分別對應課程的相關知識：主模塊用到模塊化編程知識；輸入模塊需要應用數(shù)據(jù)定義指令；排序模塊要用循環(huán)指令來實現(xiàn)；計算模塊使用十進制運算指令；顯示模塊考察字符與數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換及輸出編輯指令。通過對各種指令的使用和編程實現(xiàn)，鞏固了課程內(nèi)容，將理論知識和編程實踐聯(lián)系到一起。

實驗項目的實施是一個探究性的學習過程。課前老師給出實驗題目(天氣預報系統(tǒng))，讓學生思考如何分解系統(tǒng)、設計系統(tǒng)框架和算法。課堂上，老師一步步引導學生圍繞需求和設計問題進行討論和分析，制定出多個解決方案。經(jīng)過研討后學生按照自己的想法和思路選取實現(xiàn)方案。在實現(xiàn)過程中，學生遇到問題要做出各種猜測，主動去尋找問題的原因，在解決問題的時候，要對問題進行推理、分析，找出解決問題的方向。老師輔助學生將觀察和實驗收集的信息進行整理研究，最終將修正完善的系統(tǒng)方案轉(zhuǎn)化為匯編程序?qū)崿F(xiàn)。探究性學習著重培養(yǎng)學生科學的思維方式，讓學生通過實驗掌握科學探索的方法和技能。

3 結束語

本文依據(jù)工程教育認證的目標，以學生為中心，對大型機匯編語言實驗教學進行改革和探索。在實驗教學中，翻轉(zhuǎn)實驗課堂，改變以往教師指導學生完成實驗的方式，強調(diào)學生的個性化學習和創(chuàng)作式學習。以項目驅(qū)動制定一整套實驗實施方案，引導學生自主學習和技能訓練，促進學生主動去發(fā)現(xiàn)并解決問題。實驗考核明確學生要掌握的基本知識、能力和素質(zhì)要求，并將其與課程知識、實驗表現(xiàn)及項目完成情況等指標對應起來，通過老師評分和學生互評清晰地反映當前學生的學習狀態(tài)、掌握的技能和綜合素質(zhì)，有助于持續(xù)改進學生的工程能力。

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