郭晶晶,梁英杰,劉伯運,史蓓蕾

（1．海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033；2．海軍工程大學 動力工程學院，湖北 武漢 430033）

0 引 言

微機原理與接口技術是電子、自動化、通信、計算機相關專業(yè)理論與實踐聯(lián)系很強的一門專業(yè)基礎課程,具有很高的實用價值。該課程主要學習微型計算機的基本組成和工作原理,典型接口芯片的原理與使用方法,課程的學習可為學生今后從事計算機軟硬件系統(tǒng)設計和應用系統(tǒng)研究奠定技術基礎。微機原理與接口技術課程教學內(nèi)容龐雜、抽象難懂,學生對重點和脈絡的把握比較困難。微機的基本組成和工作原理方面理論性強,而接口芯片的使用方面實踐性較強,存在學生難學、教師難教的現(xiàn)象。微機原理與接口技術實驗教學在課程中極為重要,實驗教學可以加深和提高學生對課程知識的理解,為理論教學提供有力的支撐,同時,可以提高學生的綜合能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

1 課程實驗課時分配

目前,高校的微機原理及接口技術課程一般作為公共基礎課,課程有機地結合微機的硬件和軟件的知識,實踐性是此課程較為重要的性質(zhì),因此,需要學生多動手、多思考,在實踐中理解和掌握理論基礎知識。實踐能力的培養(yǎng)是提高學生全面素質(zhì)的關鍵,以理論知識為基礎,提高實踐能力,才能達到課程目標。

海軍工程大學設置的本課程的實驗學時不到總學時數(shù)的1/4,不利于學生對課程內(nèi)容的學習。建議優(yōu)化調(diào)整課程實驗課時分配,適當?shù)靖拍?、基本原理的講授,強化外部接口及應用,在課程理論和實踐聯(lián)系比較緊密的章節(jié),如匯編語言程序設計、常用數(shù)字接口電路等章節(jié),適當增加實驗課程,注重教學實效,至少使實驗課和理論課的總學時比例達到1:1。

2 實驗設備更新

當下,高校微機原理及接口技術實驗主要采用固定的實驗平臺,實驗箱上已經(jīng)將微處理器芯片及各種接口擴展電路的各個部件全部做好,學生在實驗時會受儀器的限制,無法高效完成實驗,發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。

海軍工程大學在該課程采用的實驗箱是JK-N型16/32位微機原理與接口實驗平臺,采用USB接口與微機通訊方式來實現(xiàn)其基本功能。學生在實驗過程中,實驗箱與微機之間連接的USB接口連接會經(jīng)常性斷開,需要重新啟動實驗箱才能繼續(xù)實驗。由于儀器設備的限制,學生只能依靠試驗箱上固有的一些芯片來完成硬件實驗,無法自己搭建簡單的硬件電路,因此學生的綜合能力、創(chuàng)新能力得不到有效地鍛煉。建議高校加大實驗設備的投入,及時維修或更換實驗設備,保證實驗設備緊跟信息化發(fā)展步伐,讓學生有更多機會提高硬件設計能力、創(chuàng)新能力。

3 實驗教學管理模式改革

高校微機原理及接口技術實驗教學一般采用的是傳統(tǒng)的管理方式,并且實驗室一般不開放,學生需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的實驗,其余時間沒有機會進入實驗室進行實驗。這種管理模式存在較大弊端,一方面會造成實驗資源的閑置,實驗室大部分時間處于空閑狀態(tài);另一方面,對于學生來說,在有限的實驗時間里難以激發(fā)起學習興趣,可能剛剛進入狀態(tài)并產(chǎn)生興趣,實驗就必須草草結束,實驗課之外也沒有其他時間延續(xù)興趣;再者,對于學校來說,這種傳統(tǒng)管理方式也不利于學生綜合能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

開放式管理特別是全開放式管理模式能使學生自主地、有創(chuàng)造性地完成自己的實驗任務,能充分激發(fā)學生的學習興趣,能充分挖掘出學生的潛能,因此,微機原理及接口技術實驗教學應該采用開放式管理,給學生充分的時間和機會激發(fā)學習興趣。同時,加強網(wǎng)上虛擬微機原理及接口技術實驗建設,增加網(wǎng)上實驗室預約、網(wǎng)上實驗室管理甚至網(wǎng)上實驗室自主實驗等功能。

4 實驗內(nèi)容合理規(guī)劃設計

高校微機原理及接口技術實驗內(nèi)容主要是驗證性實驗、原理性實驗,實驗指導書會提供實驗元器件的連線、實驗程序等,學生只要照本宣科,按照實驗步驟就能看到實驗結果。學生的實驗積極性不高,對實驗結果也不重視。

正確合理地設計實驗課程內(nèi)容,不僅可以有效地訓練學生的綜合實踐能力,還可以協(xié)調(diào)實驗課與理論課,實現(xiàn)課程內(nèi)容的互補和互動。針對傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容的不足,實驗內(nèi)容可重新劃分為驗證型實驗、設計型實驗和綜合型實驗3個層次。以8253定時器計數(shù)器芯片為例,針對8253應用編程可以設計3個實驗,這3個實驗之間是層層遞進的關系。

實驗1:原理驗證型實驗。8253計數(shù)器應用實驗的目的是讓學生掌握8253的基本工作原理,教師在實驗時先將實驗原理、連線、源程序、實驗步驟告知學生,由學生驗證、觀察實驗現(xiàn)象并分析結果。

實驗2:設計型實驗。在實驗1的基礎上增加難度,做分頻器實驗,告知學生實驗原理、實驗要求,如實驗臺提供1MHZ的頻率源,利用8253的分頻功能實現(xiàn)LED間隔1秒亮滅;提供部分的源程序,程序的關鍵部分由學生填空完成。實驗的設計要引導學生思考以下問題:需要用到幾個8253的計數(shù)器?各個計數(shù)器的初值是什么?各計數(shù)器的門控信號、時鐘輸入信號及輸出信號應該怎樣連接?在源程序填空的設計中,如何體現(xiàn)控制字是什么,應寫往哪個端口,各個計數(shù)器的計數(shù)初值二進制寫法、十進制寫法及應寫往哪些端口等關鍵問題。

相對于實驗1,實驗2難度有所增加,采用的是任務驅(qū)動式實踐教學方式,可以調(diào)動學生的學習積極性和學習興趣,在實驗1學生熟悉8253基本原理的基礎上,進一步培養(yǎng)學生分析解決問題能力和邏輯思維能力。

實驗3:綜合性實驗。在實驗2的基礎上,引導學生設計一個8253、8259、8255的綜合性實驗,實驗3的實驗現(xiàn)象和實驗2一樣,但實現(xiàn)的原理機制不一樣。實驗2是利用8253的工作方式三輸出的方波波形控制LED間隔1秒亮滅,實驗3是利用8253每隔1秒向8259發(fā)出一個中斷申請信號,在中斷服務子程序中控制8255 PC0,使 LED亮1秒滅1秒地閃爍。

實驗3由指導教師明確提出實驗要求,不向?qū)W生提供實驗電路和程序,純粹任務驅(qū)動。學生要完成實驗任務,必須了解8253、8259、8255的基本原理、基本功能,才能實現(xiàn)準確連線。在程序方面,學生要完全掌握三大芯片的初始化程序、中斷向量表的寫入程序,要清楚中斷服務子程序中的工作程序要實現(xiàn)什么功能以及怎樣去實現(xiàn)。學生必須在之前實驗循序漸進的基礎上,積極思考,積極實踐才能完成實驗3的任務。

此次8253應用編程實驗內(nèi)容設計上遵循了由易到難、循序漸進的認知規(guī)律:由驗證性、基礎性實驗開始熟悉芯片原理、功能結構、外部引腳,鞏固和加強芯片相關知識;實驗2和實驗3難度逐步加大,由1個計數(shù)器到2個計數(shù)器,由單純8253芯片應用編程到3個芯片綜合應用,從程序填空到自行編程、自行連線,能夠逐步激發(fā)學生的學習興趣和求知欲,避免學生在實驗課程中淺嘗輒止,達到培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

5 發(fā)掘優(yōu)秀學生參與競賽與教學輔助

通過日常的逐步推進、實驗內(nèi)容層次化的教學方式,教師可以發(fā)現(xiàn)一部分學生的接受能力、分析能力、綜合素質(zhì)比較好,對于這部分學生,可以開展競賽與項目教學。

鼓勵感興趣的學生參加全國大學生電子設計競賽、機器人設計大賽等,觀摩學習歷年獲獎作品。在課程中開展作品競賽,讓學生自己組隊,開發(fā)搶答器、壓力傳感器等課程作品,并互相探討與學習。設計競賽環(huán)節(jié)的目的不在于比賽本身,而在于讓學生深入了解微型計算機的基本組成與工作原理,在作品開發(fā)過程中實現(xiàn)從了解硬件組成到軟件編程的跨越,培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新精神;在于提高學生參與課題、參與設計、團隊協(xié)作的能力,以便更好地開展后續(xù)教學工作。教師在進行指導競賽和項目教學的過程中,能夠更深刻地體會課程的知識點、脈絡,加深自身的職業(yè)素養(yǎng),在具體的實踐中創(chuàng)新教學模式和工作方法,形成教和學的良性互動。

6 結 語

通過對微機原理與接口技術課程進行實驗教學改革,合理規(guī)劃與設計了實驗內(nèi)容,優(yōu)化了課時分配,同時實驗設備更能保障學生的學習需求,實驗室的開放式管理使得學生自主并有創(chuàng)造性地完成自己的實驗任務,提高了學生的興趣,拓展了學生的知識面,加深學生對理論知識的理解。通過鼓勵學生參加與課程相關的比賽,提高了學生的綜合能力,培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維。實驗教學作為微機原理與接口技術課程的重要組成部分,對培養(yǎng)學生的動手能力、分析問題能力、解決問題的能力、創(chuàng)造能力起著至關重要的作用,有助于充分發(fā)揮微機原理與接口技術實驗教學的作用,培養(yǎng)出能實踐、能分析、能創(chuàng)新的高素質(zhì)學生的目標的實現(xiàn)。

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