淺析微機原理與接口技術(shù)實驗教學改革

摘要:針對目前微機原理與接口技術(shù)實驗的教學現(xiàn)狀,從實驗內(nèi)容、教材建設(shè)、教學方法、考核方式等方面進行有效的改革,以提高該課程的實驗教學水平,培養(yǎng)社會真正需要的計算機人才。

關(guān)鍵詞:微機原理;接口技術(shù);實驗教學;教學改革

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0187-03

《微機原理與接口技術(shù)》是工科學生必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,通過該課程的教學,使學生能夠利用單片微機器件進行硬件電路設(shè)計與軟件編程開發(fā),為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的建設(shè)人才。該門課專業(yè)技術(shù)性極強,無論從課程本身的特點,還是從專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)來看,加強該課程的實驗教學都是很重要的。有關(guān)基礎(chǔ)知識、基本原理、基本方法,必須靠大量的上機實踐和動手實驗,才能加深理解并且較好地掌握。通過實驗可以培養(yǎng)學生利用計算機技術(shù)和編程手段分析、解決專業(yè)領(lǐng)域的各種問題的能力和意識,并進一步感受微機發(fā)展的新技術(shù)和新方法。因此微機實驗教學是整個微機教學中重要的環(huán)節(jié),它與理論課程相得益彰,是課堂教學內(nèi)容的補充、延伸和深化,通過與課堂教學的密切配合,使《微機原理與接口技術(shù)》真正成為專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課。

實驗教學環(huán)節(jié)作為《微機原理與接口技術(shù)》課程的重要組成部分,許多高校已把微機原理與接口技術(shù)實驗單獨列為一門課,緊隨理論課開設(shè),并且單獨計算學分。然而實驗教學還存在著一些教材、教學內(nèi)容、教學方法以及考核方式等方面的問題,不利于學生能力的培養(yǎng)及向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)化,本文結(jié)合我校的實際情況,對微機原理課程的實驗教學改革進行了探討。

一、深化教學內(nèi)容改革,實施高效教學

微機原理與接口技術(shù)實驗作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課實驗,對培養(yǎng)學生今后從事信息系統(tǒng)設(shè)計、研究、開發(fā)和應(yīng)用起著極其關(guān)鍵的作用,結(jié)合其課程特點,充實實驗內(nèi)容,使之集知識性、設(shè)計性和綜合性于一體。微機原理與接口技術(shù)實驗內(nèi)容主要包含以下幾部分:

(一)原理部分

包括8086/8088指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計、存儲器與I/O機理的認知等內(nèi)容,著重幫助學生熟練掌握計算機及其基本組成部分的工作原理和工作機制,訓練和培養(yǎng)學生運用匯編語言編寫應(yīng)用程序,解決實際問題的能力。

(二)接口部分

包括典型的可編程接口芯片的擴展、性能驗證及輸入輸出應(yīng)用等內(nèi)容,主要包括可編程中斷控制器8259、可編程定時器8253、可編程外圍接口芯片8255和8251以及模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換等,著重培養(yǎng)學生應(yīng)用典型可編程接口芯片和數(shù)字電路芯片進行I/O接口設(shè)計和擴展的能力。

(三)綜合應(yīng)用

包括多種接口芯片的組合、自動實時控制等方面的內(nèi)容,著重培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用微機原理和接口技術(shù)進行設(shè)計、調(diào)試微機應(yīng)用系統(tǒng)的能力,解決實際問題。

參考以上實驗內(nèi)容,我校編訂的實驗教材分為軟件部分和硬件部分兩部分實驗內(nèi)容。軟件部分為匯編語言程序設(shè)計,主要讓學生熟悉8086的指令系統(tǒng)、DOS功能調(diào)用以及BIOS中斷調(diào)用,要求學生掌握基本的程序設(shè)計和調(diào)試方法,能熟練掌握基本的編程與調(diào)試技巧。硬件部分為接口部分,是根據(jù)學校購買的硬件接口實驗箱以及所配套的軟件等進行編制而成的,主要讓學生熟悉各種接口芯片的編程方法,實驗涵蓋了基本的接口技術(shù),包含驗證性實驗以及綜合設(shè)計類實驗。驗證性實驗要求學生根據(jù)接口電路圖編寫實驗程序、驗證實驗功能。設(shè)計性實驗要求學生自己設(shè)計接口電路、畫出流程圖并編寫出接口程序,注重設(shè)計性。

二、合理選擇實驗內(nèi)容,層次教學,從基礎(chǔ)到深入,循序漸進

微機原理與接口技術(shù)的實驗教學過程主要分為四個層次,循序漸進,逐漸提高學生的實驗分析能力以及創(chuàng)新能力。

(一)軟件基礎(chǔ)性實驗

軟件基礎(chǔ)性實驗主要是驗證性實驗和簡單的程序設(shè)計,目的是讓學生熟悉編程環(huán)境,學會利用不同的調(diào)試工具調(diào)試匯編語言程序,并學會根據(jù)流程圖編寫簡單程序。在這個過程中,主要是為了讓學生明確實驗的目的、步驟以及方法。以第一次實驗為例,該實驗的目的是:(1)讓學生掌握debug的常用命令,學會用debug和Emu8086調(diào)試程序;(2)讓學生深入了解數(shù)據(jù)在存儲器中的存取辦法,以及堆棧中數(shù)據(jù)的壓入和彈出;(3)讓學生掌握各種尋址辦法以及簡單指令的執(zhí)行過程。在教學過程中,我們先讓學生在預習報告里通過理論分析寫好各個實驗內(nèi)容的答案。然后在debug中完成這些實驗,讓他們熟悉在debug中如何利用R命令修改寄存器;熟悉如何利用E或者F命令修改內(nèi)存單元;熟悉如何利用D命令或者單步執(zhí)行命令T查看內(nèi)存單元和單步運行程序并查看寄存器和標志位的值等。接下來再介紹另外一個調(diào)試工具Emu8086,并讓他們在Emu8086上完成剛才的實驗,然后比較Emu8086和debug在匯編語言程序調(diào)試方面的異同點以及各自的優(yōu)缺點,為他們在后面的軟件設(shè)計實驗中可以充分熟悉利用不同的調(diào)試工具來進行調(diào)試做好準備,最后通過上面兩種不同的調(diào)試工具所得到的結(jié)果和理論分析的結(jié)果進行比較。

(二)軟件設(shè)計性實驗

軟件部分的設(shè)計性實驗主要是提高學生分析問題、解決問題的能力。在這個過程中學生需根據(jù)實驗內(nèi)容要求,畫出實驗流程圖,并根據(jù)實驗流程編寫程序,然后進行調(diào)試驗證。在這個階段的實驗教學中,教師通過分析實驗?zāi)康暮鸵?啟發(fā)學生根據(jù)要求畫出流程圖,然后在教師的輔助下完成程序代碼的編寫。比如在做“兩個多位十進制數(shù)相加”的實驗時,由于要顯示被加數(shù)、加數(shù)和結(jié)果,這邊就可以提示學生利用DOS功能調(diào)用中的9號或者2號顯示功能。通過提示,讓學生回憶理論課堂中講過的這部分內(nèi)容,并讓他們清楚9號和2號DOS顯示功能使用時的區(qū)別。當學生完成顯示部分程序之后,就可以開始編寫兩個數(shù)相加部分的程序了,但是因為題目中要求的是十進制數(shù)相加,而匯編語言中默認的是按十六進制數(shù)相加,所以這邊可以采用提問的方式對學生進行提示,這時候?qū)W生就會知道要將結(jié)果進行十進制調(diào)整轉(zhuǎn)化為十進制了。由于是多位相加,所以應(yīng)該根據(jù)位數(shù)來定義循環(huán)相加的次數(shù),并對進位位進行處理等。通過這樣的引導,學生就很容易畫出實驗流程圖,然后編寫出程序,完成這部分設(shè)計性實驗。

(三)硬件設(shè)計性實驗

硬件設(shè)計性實驗主要是讓學生熟悉各種接口芯片的程序編寫方法以及工作原理,包括可編程定時器8253、并行通信和可編程外圍接口芯片8255、串行通信和可編程接口芯片8251、可編程中斷控制器8259、模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換以及8237DMA控制器等。通過這部分實驗內(nèi)容的學習,可以著重培養(yǎng)學生應(yīng)用典型可編程接口芯片和數(shù)字電路芯片進行I/O接口設(shè)計和擴展的能力。比如通過“交通燈控制”實驗,可以讓學生明白如何設(shè)置控制字來控制各端口的工作方式、各個端口在不同工作方式下的狀態(tài)以及各端口的輸入和輸出等。

(四)硬件綜合性實驗

硬件綜合性實驗是運用所學知識構(gòu)建具有一定意義的實用系統(tǒng),學習和掌握微機中常用接口電路的應(yīng)用和設(shè)計技術(shù),充分認識理論知識對應(yīng)用技術(shù)的指導性作用,進一步加強理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實踐和鍛煉,通過綜合設(shè)計性實驗使學生的設(shè)計水平和對所學知識的應(yīng)用能力以及分析問題解決問題的能力得到全面提高。

三、多種教學方法相結(jié)合,提高教學效率

教學方法是教師和學生為了實現(xiàn)共同的教學目標,完成共同的教學任務(wù),在教學過程中運用的方式與手段的總稱。在微機原理與接口技術(shù)的實驗中,根據(jù)以上實驗程度的層次要求,我們采用不同的教學方法進行教學,這樣可以取得更好的教學效果。

(一)演示法在基礎(chǔ)實驗教學中的使用

演示法是指教師通過展示實物、教具,進行示范性實驗,或通過現(xiàn)代化教學手段,使學生獲取知識的教學方法。對于軟件基礎(chǔ)性實驗以及硬件設(shè)備基礎(chǔ)實驗我們可以采用演示法進行教學。由于學生在剛接觸微機原理與接口技術(shù)實驗課時,對匯編語言調(diào)試工具并不熟悉,所以在這一階段的教學過程中,我們可以適當?shù)倪M行演示,以提高學生學習效率。比如在做“匯編語言的編寫與調(diào)試實驗”時,我們可以在教師電腦上對debug和Emu8086的程序書寫過程以及調(diào)試方法、步驟等進行演示,讓學生深入了解這些軟件的使用方法。對第一次接觸硬件基礎(chǔ)實驗時,我們同樣先向?qū)W生演示實驗室硬件配套實驗箱以及配套軟件的操作方式以及調(diào)試過程,比如我校采用的是清華大學科教儀器廠的TPC2003A實驗箱,其配套軟件為TPC-USB,在課堂上我們可以以一個簡單的實驗為例,接上導線,連上硬件,然后通過演示,可以讓學生熟悉實驗箱,并熟悉利用這個軟件進行編寫、調(diào)試、運行程序等實驗步驟,對后續(xù)的設(shè)計實驗中學生能熟練利用這些配套軟件來進行實驗設(shè)計起到了很大的幫助作用。

(二)啟發(fā)式教學在設(shè)計實驗教學中的使用

啟發(fā)式教學是指教師在教學過程中根據(jù)教學任務(wù)和學習的客觀規(guī)律,從學生的實際出發(fā),采用多種方式,以啟發(fā)學生的思維為核心,調(diào)動學生的學習主動性和積極性,促使他們生動活潑地學習的一種教學指導思想。在匯編語言軟件和接口硬件設(shè)計實驗中,我們可以采用啟發(fā)式教學的方法。根據(jù)設(shè)計實驗要求,教師對學生進行適當?shù)膯l(fā)和引導,讓學生在教師的幫助下獨立完成實驗的設(shè)計和調(diào)試,發(fā)揮自己的主動性和創(chuàng)造性。

(三)討論法在綜合實驗教學中的使用

討論法就是學生根據(jù)教師所提出的問題,在集體中相互交流小組的觀點或個人的看法,相互啟發(fā)、相互學習的一種教學方法。在綜合設(shè)計實驗這一階段,學生2～3人為一個小組,通過學生之間的討論以及資料查詢等,取長補短以完成整個設(shè)計。這樣不僅可以引發(fā)學生的學習興趣,使學生感到自我存在的價值,激發(fā)學生的智慧,也可以讓學生進行積極的思維活動。況且某些學生的獨特見解許多時候更勝于教師循規(guī)蹈矩的講解,有利于學生鞏固和加強對基本概念和理論的理解和掌握。

四、嚴格要求學生,培養(yǎng)學生積極的學習態(tài)度

實驗教學是課堂教學的補充、延伸和深化,是課程教學的重要組成部分。實驗教學的目的就是通過與課堂教學的密切配合,鞏固和擴充課堂講授的理論知識,加深對課堂教學內(nèi)容的理解;訓練科學實驗的基本技能和方法,養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和工作作風,培養(yǎng)運用所學理論知識獨立分析、解決實際問題的能力和實際動手能力。為了完成以上的實驗?zāi)康?我們要求學生在進行微機原理與接口實驗過程中完成以下任務(wù)要求:

(一)實驗預習

在每一次實驗課之前,學生都必須寫好預習報告。要明確實驗?zāi)康暮鸵?在實驗報告上畫出程序流程圖并編寫出程序(硬件設(shè)計實驗還需要畫出電路圖)。

(二)課堂實驗驗證

在實驗課堂上學生通過對預習報告中的設(shè)計方案進行調(diào)試和修改,直至符合實驗要求為止。

(三)完成實驗報告

實驗結(jié)束之后,學生都必須完成實驗報告,并對實驗內(nèi)容進行總結(jié),對實驗結(jié)果進行分析和討論。

五、完善實驗課程考核方式

對學生進行實驗考核是驗證學生掌握所學知識的一種手段,也是督促學生鉆研基本理論和提高基本技能的重要措施。為了有效提高微機原理與接口技術(shù)實驗教學的質(zhì)量,更好的檢驗實驗教學的效果,我們采用現(xiàn)場實驗操作的方式進行期末考核?？己说念}目由教師在考試之前準備若干份,然后由學生現(xiàn)場抽簽決定?？荚嚨某煽冇山處熢趯W生的操作過程中,根據(jù)學生對所涉及題目要求的設(shè)計方案、程序設(shè)計代碼、動手驗證操作以及故障排除等方面進行給分。學生最后的綜合成績包括其期末實驗考核成績、實驗報告成績、平時完成實驗情況及出勤表現(xiàn)等來進行綜合評定。制定一個嚴格的考核方式有利于提高學生的學習積極性及主動性,并能在平時實驗過程中以及期末考核中了解學生掌握實驗的情況,對于今后改進實驗教學有很大的幫助。

六、結(jié)語

微機原理與接口技術(shù)的實驗教學是一個長期的過程,只有不斷總結(jié)實驗教學經(jīng)驗,改善實驗環(huán)境,探索實驗教學新方法,提高自身業(yè)務(wù)素質(zhì)與管理水平,才能培養(yǎng)出滿足社會需求的高素質(zhì)的人才。

參考文獻

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作者簡介:彭文竹(1982-),男,集美大學誠毅學院教師,助理實驗師,廈門大學電子與通信工程專業(yè)碩士,研究方向:圖像處理。