應用型地方院校微機原理實驗教學改革與實踐

武英　李秀娟

摘 要： 分析了當前微機原理實驗教學中存在的問題，結(jié)合電子信息專業(yè)及學科建設(shè)，提出以培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新能力為目標的微機原理實驗教學改革方案。將Emu8086和Proteus引入實驗教學，對教學實驗平臺、教學方法、實驗內(nèi)容進行改革探索。該方案軟硬結(jié)合，循序漸進。在提高實驗教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，以及培養(yǎng)其創(chuàng)新能力方面起到重要的作用。

關(guān)鍵詞： 微機原理； 實驗教學； 改革； 能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）01-58-03

0 引言

微機原理是電信及自動化類專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，其內(nèi)容涉及微型機結(jié)構(gòu)框架原理、匯編語言、接口技術(shù)三大部分，課程自身知識點較多，同時兼顧軟硬件兩個方面，具有較強的實踐性。該課程內(nèi)容比較抽象，學生難以理解，實驗效果也不太理想[1]，在當前課時壓縮、實驗室資源有限的條件下，問題更為突出。

應用型地方院校以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力，服務地方經(jīng)濟發(fā)展的應用型人才為目標。對微機原理課程的改革也要緊緊圍繞這一目標。該課程的理論教學和實踐教學都很重要，實踐教學的改革，要建立以學生為主的實踐教學模式，調(diào)整實驗方式，優(yōu)化重組實驗內(nèi)容，并將Emu8086、Proteus引入到實踐教學環(huán)節(jié)，使實驗環(huán)節(jié)更加整體化，充分體現(xiàn)了實踐教學在教學體系中的重要性；不僅加深了學生對理論知識的理解，而且切實培養(yǎng)了學生的實際動手能力和綜合思維能力。

1 微機原理原有實驗方式及存在的問題

1.1 實驗方式陳舊、內(nèi)容單一

首先，長期以來，微機原理的實驗以驗證為主，由教師給出題目、步驟、部分參考程序及部分電路，學生只是被動的參與實驗，在現(xiàn)有的試驗箱上完成驗證過程，并沒有真正引起學生的思考，使得學生不能充分理解實驗，從而失去了課程實驗的真正意義。原有的實驗方式無法發(fā)揮學生的主動性和積極性，學生的應用創(chuàng)新能力無法得到培養(yǎng)，這與應用型地方院校的辦學目標是相悖的。

其次，以往的實驗沒有充分考慮到不同層次學生對知識掌握能力的差異，采取相同的實驗內(nèi)容，造成實驗效果不好，而且由于實驗內(nèi)容相同，常常出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，無法達到訓練學生動手能力，培養(yǎng)工程應用能力的目的。

1.2 實驗時間不靈活

以往微機原理實驗的時間安排沒有與課程進度相結(jié)合，常常集中在連續(xù)的幾個教學周次中，這樣做首先不利于鞏固課堂教學效果，無法及時發(fā)現(xiàn)學生在學習過程中出現(xiàn)的問題，其次造成在短期內(nèi)實驗室負荷過大，甚至有時引起實驗無法正常進行。

總的來說，原有的微機原理實驗課無法加深學生對微機系統(tǒng)的理解和認識，不利于培養(yǎng)學生的實踐應用能力。為此，我們借鑒其他院校教學改革經(jīng)驗，結(jié)合本校專業(yè)和學科建設(shè)，以培養(yǎng)應用型人才為目標，對微機原理實驗進行了有益的改革，建立以學生為主的實驗機制，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

2 改革實驗教學，培養(yǎng)學生應用能力和創(chuàng)新思維能力

對于微機原理這門課程，實驗教學是整個教學體系中的重要環(huán)節(jié)，改革的目標是從整體上提高學生的綜合素質(zhì)[2]。

2.1 合理設(shè)計實驗內(nèi)容，形成循序漸進的實驗教學體系

對實驗內(nèi)容進行全面優(yōu)化重組，使其既能很好地配合課堂理論教學的相關(guān)內(nèi)容，又能形成一個循序漸進的完整實驗教學體系。在實驗結(jié)構(gòu)上努力做到由淺入深，逐步實現(xiàn)從基礎(chǔ)知識理解到綜合能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。突出實驗教學的科學性、先進性。

實驗分為驗證性、設(shè)計性和綜合性實驗，側(cè)重于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

微機原理實驗分匯編語言程序設(shè)計、接口應用兩個部分。匯編語言程序設(shè)計由一開始的指令驗證性實驗到由教師只給出題目，學生為主體自行設(shè)計流程，完成整體程序編寫和調(diào)試的設(shè)計性實驗。接口實驗要求學生掌握利用語言實現(xiàn)對接口電路的控制，由起初的只要求學生按照電路圖連接電路，編寫程序進行調(diào)試分析，逐步過渡到學生根據(jù)教師給出的題目要求，自行設(shè)計電路、編寫程序，完成調(diào)試的綜合性實驗，讓學生真正自行完成一個整體應用系統(tǒng)的設(shè)計。

不同實驗之間存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)，由簡單到復雜，舉一反三，循序漸進。例如：在驗證性接口實驗中，包含 8255控制發(fā)光二極管、七段數(shù)碼管靜動態(tài)顯示0～F中字符和8253定時實驗，在這個階段，由教師給出設(shè)計思路、硬件電路圖，要求學生自己編寫完整程序?qū)崿F(xiàn)。完成此類實驗后，進一步提高要求，進行綜合性實驗，要求學生自行設(shè)計一兩位數(shù)倒計時FF～00顯示系統(tǒng)，每隔一秒顯示減一；這個實驗涉及多個知識點，如8255、8253、8259等，結(jié)合已有知識，讓學生自行查閱相關(guān)文獻資料，完成軟、硬件設(shè)計及調(diào)試過程。通過這樣一個循序漸進的實驗過程，幫助學生建立了一個整體的概念，并且在設(shè)計調(diào)試過程中讓學生通過不斷的摸索，掌握了相應的實驗技能，應用能力得到了充分的培養(yǎng)。

對于此類綜合性實驗，在選題上應難易適中，此類實驗的最終目的并不是實驗結(jié)果，而是使學生掌握完整的設(shè)計流程和軟硬件的調(diào)試過程，加深學生對知識的理解和掌握，并掌握各種實驗手段，熟悉實驗儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造，以及常見故障的排除，使所學的知識在實驗中得以應用并融會貫通。

對于不同層次的學生，實驗內(nèi)容應有所不同，這有利于激勵學生的學習熱情，提高實驗效果，也能有效避免挫傷學生的學習積極性及抄襲現(xiàn)象的發(fā)生，切實培養(yǎng)每一個學生的實驗應用能力。

學生做完實驗后，寫出分析方法、總結(jié)、體會，并完成相應的問題思考或根據(jù)實驗自己提出問題，形成一份實驗報告。通過這一過程，要求學生找到規(guī)律，并與已有的理論進行比較，分析誤差產(chǎn)生的原因。

這樣舉一反三的過程，激發(fā)了學生的學習興趣，開闊了學生的知識面，有利于學生分析問題解決問題的能力培養(yǎng)，使學生能夠把學到的知識與實踐相結(jié)合。

2.2 實驗時間安排柔性化

根據(jù)艾賓浩斯記憶曲線，學習后在越短的時間內(nèi)及時復習，學習的效果就越好，而且理解后記憶的效果大大提高。根據(jù)這一點，實驗的時間安排貫穿于整個學期，與課堂教學緊密結(jié)合。具體周次由任課教師根據(jù)教學進度決定，對于在教學內(nèi)容中一些難于理解的抽象概念，可以結(jié)合實驗及時做進一步的說明和闡述，使學生真正理解掌握相關(guān)知識，加強記憶。實驗教學任務也由任課教師承擔，有些在課堂上不容易反映出的問題，如學生知識掌握的薄弱點，通過實驗會明顯的表現(xiàn)出來，教師可以根據(jù)學生的實驗情況，對課堂教學進行有效的調(diào)整，真正做到有的放矢。

實驗室實行開放制度，在實驗室空閑時間，學生可以通過登記的方式自主進入實驗室，進行相關(guān)實驗[3]。這樣，學生的實驗時間就不局限于教學計劃所規(guī)定的學時，滿足了不同層次學生的要求。

2.3 充分利用EDA技術(shù)

在實驗過程中，選擇了建立在WINDOWS界面上的匯編語言仿真軟件Emu8086輔助程序設(shè)計。在執(zhí)行程序的同時可觀察CPU內(nèi)部各寄存器和內(nèi)存單元、算術(shù)邏輯運算單元（ALU）等內(nèi)容的變化，便于進行程序調(diào)試（DEBUG）。有利于學生理解一些抽象難懂的概念，而且可使學生的大部分精力放在程序算法設(shè)計上，試驗中間過程數(shù)據(jù)直觀，調(diào)試簡單方便，有利于提高學生的編程能力和程序調(diào)試能力。

在接口技術(shù)部分，如涉及利用8086控制并行接口芯片8255、可編程定時/計數(shù)器8253、串口芯片8251等時，采用Proteus軟件，其仿真功能被廣泛應用在數(shù)字電路、模擬電路、單片機、嵌入式系統(tǒng)等多門課程的教學和實驗中。2009年推出的Proteus 7.5 SP3含有VSM for 8086，支持8086微處理器與8255、8253、8259、8251等接口芯片的系統(tǒng)仿真。8086模型支持將源代碼的編輯和編譯整合到同一設(shè)計環(huán)境中，可以在設(shè)計中直接編輯代碼，也可以非常容易地修改源程序并查看仿真結(jié)果[4-5]。學生在Proteus中設(shè)計硬件電路后，結(jié)合程序設(shè)計部分的仿真軟件Emu8086，編寫ASM源文件，經(jīng)過編譯后生成COM或EXE文件，加載給8086，經(jīng)過調(diào)試運行即可在Proteus上觀察到運行結(jié)果。

通過這兩個仿真軟件在實驗課程中的運用，學生在實驗過程中的狀態(tài)由過去的被動學習轉(zhuǎn)化為實驗的主體。首先，學生由過去的在實驗箱上看圖連線變成為自行設(shè)計電路，通過這一過程，加深了學生對8086及相關(guān)接口等硬件電路知識的理解，培養(yǎng)了學生自主學習及創(chuàng)新意識；其次，這一過程使學生學習了從設(shè)計電路到編寫程序、觀察仿真結(jié)果的一個整體系統(tǒng)設(shè)計過程，有效地提高了學生的學習興趣，學生的編程、調(diào)試的能力均得到了培養(yǎng)；最后，在實驗教學中引入仿真軟件可以有效地減少由于操作不當造成儀器或芯片損壞，降低實驗成本，并能有效緩解當前課時壓縮與培養(yǎng)應用型人才之間的矛盾。

引入仿真軟件并不是取代真實實驗，兩者各有所長，優(yōu)勢互補，所以我們在實際操作中，要求學生在完成仿真調(diào)試后，再進行真實實驗。

3 結(jié)束語

實驗教學在應用型院校的課程設(shè)置中占有非常重要的地位。結(jié)合我院近年來電子信息科學與技術(shù)重點專業(yè)及學科建設(shè)工作，微機原理課實驗教學從平臺到內(nèi)容形式都在進行不斷的改革，其目的是要加深學生對知識的掌握，并切實提高學生的實際應用能力。經(jīng)過近兩年的各項改革，學生的自學能力、思維能力、動手實踐能力都有了很大的提高。

實驗教學改革是一項長期、復雜的任務。工程技術(shù)的不斷更新，必然會對實驗教學產(chǎn)生深刻的影響。只有立足于實際，不斷探索，才能更好地適應發(fā)展，培養(yǎng)符合地方需要的應用型人才。

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