《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)改革與探索

向菲 孫立功 王金嬋

摘 要：《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程是工科非電類專業(yè)的學(xué)科平臺課程，它知識面廣，信息量大，理論性實(shí)踐性較強(qiáng)。對學(xué)生構(gòu)建計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新能力方面具有重要作用。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不適應(yīng)當(dāng)前學(xué)生數(shù)量增多、教學(xué)內(nèi)容增加、實(shí)踐要求提高等新形勢。因此，很有必要對教學(xué)方法、教學(xué)手段及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革，從而培養(yǎng)學(xué)生的能力，提高教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效果。在具體實(shí)施過程中，我們從提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣入手，與目前微型機(jī)發(fā)展趨勢相結(jié)合，采用類比法幫助學(xué)生加強(qiáng)對基本概念的理解；利用多媒體動(dòng)畫演示的優(yōu)勢，輔助以校園網(wǎng)絡(luò)平臺，鞏固所學(xué)知識；引入Proteus仿真軟件，使學(xué)生體驗(yàn)到電路設(shè)計(jì)的全過程，提高實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理及應(yīng)用 教學(xué)模式 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0183-02

《微機(jī)原理及應(yīng)用》是高等學(xué)校工科非電類專業(yè)的一門重要的學(xué)科平臺課程。該課程一般選擇以Intel x86CPU為基礎(chǔ)，介紹微機(jī)系統(tǒng)、存儲器結(jié)構(gòu)、外設(shè)接口的工作原理和應(yīng)用技術(shù)，以及匯編語言和程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容，信息量大、涉及面廣、應(yīng)用性強(qiáng)。當(dāng)前，各個(gè)高校學(xué)習(xí)《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程的學(xué)生隨著招生規(guī)模的擴(kuò)大而增多，教學(xué)內(nèi)容也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而增加，社會(huì)對學(xué)生的創(chuàng)新技能、實(shí)踐要求都有了進(jìn)一步的提高。這就要求教師必須及時(shí)對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)等不斷進(jìn)行改革和優(yōu)化，努力提高教學(xué)效果，以便在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，保質(zhì)保量地完成教學(xué)任務(wù)。該文對《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)方法和手段進(jìn)行了初步探索。

1 課程特點(diǎn)與現(xiàn)狀

該課程是工科非電專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，以8086（16位機(jī)）為主講機(jī)型，介紹微型計(jì)算機(jī)的基本原理和接口技術(shù)，為計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用做前期理論準(zhǔn)備，從實(shí)踐上掌握個(gè)人兼容計(jì)算機(jī)的一般選型、設(shè)置、連接方法，用面向機(jī)器的語言——匯編語言解決小型的信息處理問題，通過軟件、硬件的結(jié)合較為透徹地了解計(jì)算機(jī)的內(nèi)部工作方式。

目前非電專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課普遍感到比較困難，原因如下：課程內(nèi)容相對陳舊，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及器件的進(jìn)步，教材中出現(xiàn)的大部分器件已經(jīng)很少在工程實(shí)踐中采用，實(shí)際的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)，或基于板卡的設(shè)計(jì)，這使得微機(jī)原理重實(shí)用的教學(xué)目的變得模糊，學(xué)生積極性不高；內(nèi)容復(fù)雜抽象，該門課程作為銜接基礎(chǔ)課與專業(yè)課的一門課程，既需要數(shù)字電子技術(shù)的知識，又需要C語言基礎(chǔ)，學(xué)生先修課程基礎(chǔ)薄弱，許多概念又是初次接觸，因此對重點(diǎn)無從把握，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱，現(xiàn)有的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)都是通過實(shí)驗(yàn)箱完成的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，僅僅通過連線就可獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，沒有發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，對學(xué)生學(xué)習(xí)門課程起不到太大作用。因此，需要從教學(xué)方法、教學(xué)手段及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對該門課程的教學(xué)進(jìn)行改革。

2 引入新的教學(xué)方法

2.1 介紹行業(yè)前沿及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

非電類學(xué)生從學(xué)習(xí)電工與電子技術(shù)課程開始，就感到困難重重，原因是缺少電類的基本知識，對生活中電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代也缺乏敏感性。因此在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識部分，可先對計(jì)算機(jī)前沿產(chǎn)品進(jìn)行介紹，如：巨型機(jī)天河二號、微型機(jī)Raspberry Pi、Cotten Candy，并以市場上最新款手機(jī)為例，引出微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)是由微處理器、存儲器及外設(shè)接口構(gòu)成的這一知識點(diǎn)。在講到8086CPU時(shí)，引入摩爾定律，介紹集成電路的發(fā)展，并適當(dāng)介紹當(dāng)前使用廣泛的i系列智能處理器，指出其與16位微處理器的不同。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)8086基本原理的同時(shí)，也對目前市場的主流CPU芯片有了一定了解，這從一定程度上提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 引入類比法加深學(xué)生對基本概念的理解

8086CPU存儲器結(jié)構(gòu)一直是教學(xué)的難點(diǎn)與重點(diǎn)，20位物理地址=段基址×16+偏移地址，這個(gè)公式讓非電學(xué)生理解起來有一定困難。在具體講授時(shí)，通常把段基址類比成學(xué)校的不同教學(xué)區(qū)，偏移地址類比成該區(qū)的教室號，因此具體的教室地址是由教學(xué)區(qū)及教室號共同構(gòu)成的。這一類比可把20位物理地址構(gòu)成形象化、具體化，學(xué)生能夠很快理解。

有些學(xué)生在學(xué)習(xí)到CPU訪問內(nèi)存和I/O口時(shí)，往往混淆“讀”與“寫”的操作。這時(shí)，可以將CPU類比成大腦，內(nèi)存和I/O口類比成書本，當(dāng)我們讀書時(shí)，是把書本的內(nèi)容送入大腦，因此是“讀”的操作，當(dāng)我們寫字時(shí)，是把大腦中的內(nèi)容寫在紙上，因此是“寫”的操作，經(jīng)過類比，學(xué)生對這個(gè)知識點(diǎn)接受很快。

中斷及中斷管理是微機(jī)原理這門課程中比較重要的內(nèi)容，但基本概念很多，且內(nèi)容安排比較靠后，因此，學(xué)生認(rèn)為這部分內(nèi)容不易理解。在講授中斷基本概念時(shí)，可通過下面這個(gè)實(shí)例來幫助學(xué)生理解。假如一邊燒開水，一邊做作業(yè)，這時(shí)，手機(jī)響了，你放下筆，去接電話，通話過程中，水燒開了，放下電話，去關(guān)煤氣，火滅后再拿起電話，待通話完成，又繼續(xù)做作業(yè)。在這個(gè)例子中，做作業(yè)就是“主程序”，手機(jī)鈴響就是“中斷請求”，接電話就是“響應(yīng)中斷”，通話過程就是“執(zhí)行中斷服務(wù)子程序”。如果手機(jī)顯示的是不得不接的電話，則這個(gè)電話就是“不可屏蔽中斷”，如果是騷擾電話，就是“可屏蔽中斷”。在接電話過程中，方向電話，去關(guān)煤氣，這是“中斷嵌套”，且關(guān)煤氣的“中斷優(yōu)先級”高于接電話的“中斷優(yōu)先級”。一個(gè)例子就把中斷及中斷管理的基本概念包括在內(nèi)，學(xué)生易于理解，學(xué)習(xí)興趣也慢慢提高。

微機(jī)原理課程中可用來類比的概念還有很多，在具體講授過程中，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行類比能使教學(xué)內(nèi)容由枯燥變生動(dòng)，使學(xué)生易于理解記憶，從而提高了學(xué)習(xí)的積極性。

3 利用先進(jìn)教學(xué)手段

3.1 采用多媒體動(dòng)畫演示

采用多媒體技術(shù)進(jìn)行課堂教學(xué)能夠有效地增加信息量，提高教學(xué)效率。多媒體教學(xué)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是能夠用精心的設(shè)計(jì)、鮮明的色彩、豐富生動(dòng)的畫面，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)指令執(zhí)行時(shí)，普遍感到內(nèi)容比較抽象，因此我們采用動(dòng)畫演示的形式向?qū)W生展示指令的執(zhí)行過程。以指令MOV AL， [2000H]為例，動(dòng)畫上展示了8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)CPU執(zhí)行該指令時(shí)，從CS和IP取出內(nèi)容，在地址加法器中計(jì)算得到指令所在的20位內(nèi)存單元地址，進(jìn)入內(nèi)存單元代碼段中取出指令的二進(jìn)制代碼，送EU中的ALU進(jìn)行執(zhí)行，結(jié)果存入目的操作數(shù)AL中。在動(dòng)畫演示下，學(xué)生很容易就了解了整個(gè)指令的執(zhí)行過程，也明白了CPU中EU、BIU和內(nèi)存是如何協(xié)同工作的。

3.2 利用校園網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)

大多數(shù)的高校都具備了校園網(wǎng)等硬件措施，微機(jī)原理教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)充分利用這些條件，投入人力和物力進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)。微機(jī)原理課程是我校的校級精品課程，因此利用校級精品課程平臺，我們在校園網(wǎng)上上載了優(yōu)秀教師的講課視頻、每章的自測題、歷年期末考試題，供學(xué)生下載學(xué)習(xí)和進(jìn)行自我測試。另外開辟了網(wǎng)上論壇，進(jìn)行在線答疑和習(xí)題討論。此外，網(wǎng)絡(luò)課程還可以補(bǔ)充一些課堂之外的內(nèi)容，供學(xué)有余力的同學(xué)進(jìn)行選擇性地學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)課程具有交互性、開放性、共享性等特點(diǎn)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)鞏固所學(xué)的知識。

4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

目前工科非電專業(yè)的微機(jī)原理課程實(shí)驗(yàn)包含軟件實(shí)驗(yàn)及硬件實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容包括分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的匯編語言程序設(shè)計(jì)、8255接口實(shí)驗(yàn)和8259接口實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊及不易維護(hù)。針對這個(gè)問題，我們以Proteus軟件為實(shí)驗(yàn)平臺，可完成匯編程序的調(diào)試和演示，實(shí)現(xiàn)8086芯片與可編程并行接口芯片8255、中斷控制器8259A的連接，并可利用Proteus軟件進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，微機(jī)原理的硬件實(shí)驗(yàn)大部分線路已經(jīng)連接號，學(xué)生沒有參與設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，因此實(shí)驗(yàn)效果不甚理想。使用Proteus軟件后，學(xué)生能夠自行設(shè)計(jì)電路，而且電路連線可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行更改、優(yōu)化，從而取得了較好的教學(xué)效果。

5 結(jié)語

為了培養(yǎng)出更適應(yīng)社會(huì)和企業(yè)的復(fù)合型人才，學(xué)校要堅(jiān)持理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重。對微機(jī)原理課程，要精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，引入多種新穎的教學(xué)方法與教學(xué)手段，開設(shè)種類豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并設(shè)計(jì)具有應(yīng)用背景的綜合性實(shí)驗(yàn)課程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐和創(chuàng)新能力的提高。我們將在教學(xué)中繼續(xù)進(jìn)行教學(xué)方法的探索和手段的改進(jìn)，從教學(xué)和實(shí)踐兩方面進(jìn)行完善，以提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo)，為社會(huì)培養(yǎng)更多的人才。

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