《微型計算機原理與接口技術》實驗教學體系改革

賈小云?周玲羽?田延安

【摘 要】 本文結合上海星研微機原理實驗教學儀器—STAR ES598PCIS和陜西科技大學實際，提出了設計層次化的新實驗內容、新實驗教學方式、新實驗學習方式以及新實驗考核方式等關于《微型計算機原理與接口技術》實驗教學體系的改革思路，以期培養(yǎng)具有能分析、能實踐、能創(chuàng)新、能協(xié)作的“四能”優(yōu)秀學生。

【關鍵詞】 微型計算機原理與接口技術；實驗教學體系；改革思路

一、前言

隨著計算機技術的發(fā)展， 社會對人才的計算機應用與開發(fā)水平的要求也日益提高， 培養(yǎng)動手能力強、 綜合素質高、 創(chuàng)新能力強的高素質人才是當前社會對高等教育提出的現(xiàn)實要求。高校實驗教學在對學生能力培養(yǎng)方面起著理論教學不可替代的作用，是培養(yǎng)學生實驗技能、應用能力和科學作風的重要環(huán)節(jié)。《微型計算機原理與接口技術》是電氣大類多個專業(yè)的基礎課。《微機原理與接口技術實驗》是該課程實踐的重要環(huán)節(jié)，其目的使學生建立微機系統(tǒng)的整體概念、加深理解微型計算機組成和工作原理、匯編語言程序設計方法以及接口電路的組成、工作原理和設計方法，使學生獲得在專業(yè)領域內應用微型計算機的初步能力；提高學生的動手、動腦能力和理論應用能力，為后繼課程的學習打下堅實的基礎。[1]隨著教學的不斷深入和實驗儀器的改進，陜西科技大學也逐漸探索并總結出了一種新的實驗教學內容、教學管理方法和手段，以促進該門課程的教學效果。

二、傳統(tǒng)的教學模式

《微機原理與接口技術實驗》使學生由理論到實踐掌握微型計算機的基本組成結構、工作原理及典型接口技術，使學生具有軟、 硬件開發(fā)的初步能力。以往的實驗教材內容按照教學環(huán)節(jié)，分為軟件匯編語言程序設計實驗和硬件接口實驗。 從實驗特征來看主要分為傳統(tǒng)的驗證性實驗和設計性實驗。設計性實驗主要要求學生掌握匯編語言程序設計的三大結構，學生自行編寫程序完成實驗任務的源程序，上機調試分析期間的現(xiàn)象，撰寫實驗報告。驗證性實驗主要是傳統(tǒng)接口芯片的擴展，包括簡單接口的擴展：實現(xiàn)開關控制發(fā)光二極管、可編程中斷控制器8259相關實驗以及可編程并行接口8255實現(xiàn)交通燈、流水燈實驗等實驗。這些實驗主要驗證芯片的工作過程工作原理。從教學實踐看來，這些實驗在一定程度上促進的課堂理論教學的效果，學生能夠感性的深入認識相關原理，學生更多的是傳統(tǒng)的思維模式，創(chuàng)造性思維還不夠。

三、改革思路

1、建立層次化的新實驗內容

計算機學科是目前更新?lián)Q代最快的學科之一，實驗內容和手段的設計必須是以培養(yǎng)具有好的實踐能力和一定創(chuàng)新能力的學生為目標。因此，實驗內容分三個層次：（1）基礎驗證型：主要用于驗證課程中所講的核心內容，加深對課堂知識的理解，培養(yǎng)學生基本專業(yè)技能和實際操作能力。這類實驗包括所有的軟件程序設計和驗證性實驗電路的搭建和驗證，我們提供基本的設計思想和設計方法，學生進行詳細的程序設計和線路設計以及相關實驗程序的設計。這類實驗項目基本與成傳統(tǒng)的實驗教學內容一致，完成傳統(tǒng)教學的目的。（2）開放設計型：這類實驗加強學生對課堂內容的延伸理解，培養(yǎng)學生綜合分析和解決問題的能力、團隊協(xié)作能力。采用半啟發(fā)式的教學，提高學生的學習興趣和積極性，對課程基礎知識的掌握也有幫助。[2]一些實驗比如“計時交通燈”，在交通燈實驗的基礎上融合 8254 定時，計數(shù)器基礎實驗。學生需要重新設計硬件連線及實驗程序才能完成。再比如“數(shù)字式溫度計”，需要使用DS18B20測量溫度，以及STAR實驗儀擴展模塊構成實驗系統(tǒng)。[3]這類實驗項目列舉了項目要求、方案、硬件設計手冊、軟件設計手冊和系統(tǒng)調試記錄等內容。（3）創(chuàng)新研究性：學生自行設計目標并進行實驗內容的設計；進過反復實驗，分析缺陷原因、探究式改進方案，以達到理想的效果。最后，撰寫創(chuàng)新性實驗項目的設計報告。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維，使學生的想象力、判斷力、思維能力和實踐能力得到提高。對于優(yōu)秀學生參加各級電子設計大賽或是科研實踐都有積極影響[3]。

2、建立新的實驗教學方式

建立了新的層次化實驗內容，實驗教學方式也要隨之改革。針對第一類基礎型實驗，引導學生復習課程內容、分析實驗內容、預測實驗結果進而驗證結果。對于開放設計型實驗，提前兩個星期發(fā)布設計題目，指導教師和學生不斷溝通解決實驗調試前的各種問題，實驗指導、設計和調試全部開放。創(chuàng)新研究型實驗，學生要根據(jù)自己的設計完成實驗連線圖、程序流程圖以及源程序。這部分實驗的輔導和及時、正確的解決學生的問題，輔導難度和工作量是必不可少的。為了解決這個矛盾，教師的工作重點應該是在完整了解學生設計目的、設計思想的基礎上及時糾正其中的錯誤，對設計的難點以及努力的方向進行及時的指導。[4]通過這類項目實驗，鼓勵學生發(fā)散思維，挖掘學生創(chuàng)新性思維的潛能。

3、建立合理的新實驗學習方式

由于實驗內容的層次化，實驗難度由淺入深，對學生能力的要求由低到高。驗證性實驗要求本科生獨立完成所有實驗內容；第二類實驗，要求學生形成小團隊，采取結對實驗的形式，一般完成2個實驗項目。創(chuàng)新研究型實驗屬于開放性實驗，針對本科生課外興趣小組或進行畢業(yè)設計，研究生階段借助實驗儀進行二次開發(fā)。

4、建立靈活的實驗考核方式

為了嚴格把關實驗教學，提高實驗教學質量，實驗考核分兩種形式：百分制和定性制，其中驗證性和設計性實驗是百分制，創(chuàng)新性實驗采用定性評價機制。

驗證性實驗考核方式從二個方面進行：（1） 實驗過程的跟蹤考核：首先對實驗預習報告檢查評價，占30%，然后對實驗過程中的主要環(huán)節(jié)進行記錄、評價，占40%。（2）實驗報告撰寫：完成實驗總結，這部分占30%。

設計型實驗，實驗步驟分為實驗線路設計（25%），程序編寫（15%），實驗儀調試（40%），實驗報告（20%）。由于采用結對實驗方式，學生要在總分為100的基礎上完成實驗，結隊中的成員在2個設計型實驗中必須互換角色。

創(chuàng)新性實驗項目針對個別本科生和一些研究生，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維及創(chuàng)造性能力，不進行量化考核，采取答辯的形式進行考核，給出定性的評價。[5]

四、結語

實驗教學工作是高等教育的一個重要組成部分，通過教學改革將不斷深化，推動我國各種人才的培養(yǎng)和造就。通過對《微機原理與接口技術實驗教學》的改革兩年來的實施情況觀察，學生的實際操作能力得到了很大程度的提高，同時學生的綜合實踐能力和開拓創(chuàng)新精神等綜合素質，均取得了了良好的效果，得到了用人單位的普遍好評。

【參考文獻】

[1] 劉民岷.《微機原理及接口技術》課程教學及實驗改革實踐[J].實驗科學與技術，2013（1）64-66.

[2] 孟穎，王陸，曾軼男，韓文波，宋鴻飛.微機原理實驗教學的探索與研究[J].吉林省教育學院學報，2014 （9）48-49.

[3] 金文，張惠群.微機原理課程實驗教學的更新與拓展[J]. 高校實驗室工作研究，2014（2）24-25.

[4][5] 潘明，鄭剛，薛彥兵.微機原理與接口技術實驗差異化教學改革實踐[J].學周刊，2015（5）7-9.