高職微機原理與接口技術(shù)課程一體化教學改革*

喬維德（無錫開放大學 科研處，江蘇 無錫 214011）

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高職微機原理與接口技術(shù)課程一體化教學改革*

喬維德
（無錫開放大學 科研處，江蘇 無錫 214011）

摘 要：介紹如何借助計算機仿真軟件推進高職課程微機原理與接口技術(shù)理實一體化教學，以模塊項目組建一體化教學內(nèi)容，以Proteus7.5+Emu8086仿真軟件搭建一體化教學平臺。通過一體化的教學手段、教學方法及考核方法，實現(xiàn)教、學、做“三合一”教學目標，較好解決了微機原理與接口技術(shù)課程理實一體化教學中存在的諸多限制與瓶頸，提升了課程教學實效。

關(guān)鍵詞：微機原理與接口技術(shù)；一體化教學；項目驅(qū)動；仿真教學；課程教學實施

一、問題背景

微機原理與接口技術(shù)課程是高職計算機應用、電子信息、通信、工業(yè)自動化、機電等專業(yè)課程體系中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要面向高職學生傳授微型計算機工作原理、匯編語言程序設(shè)計以及微機接口技術(shù)，著重培養(yǎng)學生對微型計算機的認知和軟硬件設(shè)計能力，以及應用本課程的實用知識解決工程實際問題的應用能力和創(chuàng)新能力。課程內(nèi)容主要包括微處理器、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計、存儲器系統(tǒng)、可編程并行接口芯片8255A、中斷系統(tǒng)與可編程8259A、可編程定時器/計數(shù)器8253、串行通信與可編程8251A、可編程DMA控制器8237A、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換等，課程內(nèi)容豐富，知識點繁多，理論性較強，概念抽象，對學生的動手能力、實踐能力及綜合素質(zhì)要求高。傳統(tǒng)的課程教學或采用“滿堂灌”填鴨式教學，或采用理論與實踐分開授課等方法等，極大影響了課程教學質(zhì)量和教學效果。傳統(tǒng)的微機原理及應用課程教學過程主要存在以下問題：

（一）理論與實踐教學脫節(jié)

微機原理與接口技術(shù)課程的教學內(nèi)容抽象，知識覆蓋面廣，各內(nèi)容章節(jié)跨度大，對于匯編基礎(chǔ)要求較高，而且匯編指令枯燥、難以記憶，匯編語言程序設(shè)計難度較大。課堂教學普遍采用“理論課+實驗課”的固定教學范式，即理論課和實驗課分別先后在教室和實驗室上，許多教師已習慣于這種教學模式，教師總是希望學生先在掌握課程理論的基礎(chǔ)上再間接理解并掌握實踐，但往往經(jīng)過一定時間后，學生很可能忘記剛講過的理論知識，教師在上實驗課前還必須重新講解理論知識，造成教學內(nèi)容的重復和時間的浪費，勢必影響實驗環(huán)節(jié)，容易使學生的理論知識既記不住，又不理解，實踐更是一處空白。微機原理與接口技術(shù)課程檢查教學效果最常用的傳統(tǒng)考核手段一般都是理論考試，且內(nèi)容以理論為主，很少涉及實踐考試。有不少高職學生盡管修完課程且拿到了學分，但對于微機原理及接口技術(shù)的概念、知識理解并不深刻，在實際應用中并不能學以致用。部分職業(yè)院校由于實驗設(shè)備數(shù)量有限，經(jīng)常出現(xiàn)學生沒有上理論課就直接上實驗課的現(xiàn)象，理論和實踐教學存在著嚴重脫節(jié)。

（二）“傻瓜式”實驗教學效果差

目前，很多職業(yè)院校的微機原理與接口技術(shù)課程的實驗環(huán)節(jié)仍采用“傻瓜式”教學，即按實驗指導書內(nèi)容組織實驗教學，實驗指導書提供全部實驗的源程序及固定的操作步驟。學生在實驗過程中，只要完全照抄實驗指導書的內(nèi)容，根本不需要自己調(diào)試就能很好完成實驗任務。但一旦離開了實驗指導書，學生就什么程序都寫不出來，遇到問題也無法解決。如一些學生在實驗過程中將程序的逗號在中文狀態(tài)下輸入了，導致程序編譯錯誤，面對這樣簡單的問題都覺得束手無策，無法解決。傳統(tǒng)的課程教學一般都在實驗箱上完成，學生只有在上實驗課時才能動手進行實驗操作，而且傳統(tǒng)實驗箱因為開發(fā)上的局限，實驗箱的硬件電路、芯片多已固定，靈活性較差，不能靈活自由地設(shè)計實驗。實驗不能形象直觀地表現(xiàn)微機內(nèi)部的執(zhí)行過程，學生只能看到實驗的最終結(jié)果。若需要觀察其執(zhí)行過程，進行中斷實驗或單步試驗時，大多數(shù)實驗箱經(jīng)常會出現(xiàn)故障，從而削弱高職學生主動學習的積極性和主動性，也不利于他們創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（三）教學內(nèi)容及方法處理不當

微機原理與接口技術(shù)課程包含的知識點較多，且不容易理解，內(nèi)容大多比較抽象、枯燥乏味。目前在課程具體教學中，多數(shù)仍采用灌輸式教學，理論課教學以老師講、學生聽為主要形式，實驗課教學采用傳統(tǒng)的老師講完實驗方法，然后學生按規(guī)定的步驟操作。教師在課堂上按照教材的章節(jié)順序授課，各知識點之間缺少有機聯(lián)系，不能形成系統(tǒng)的概念，學生聽得多，自己動手機會少。實驗主要以驗證性為主，脫離了實際應用，沒有和實際產(chǎn)品或工作過程聯(lián)系起來，無法使高職學生清楚和理解微機原理與接口技術(shù)在控制系統(tǒng)中所起的作用。盡管不少高職教師在理論教學中采用多媒體教學，使用PPT、Flash動畫課件演示微機各芯片工作流程，這些教學方法吸引了一部分學生，但畢竟是理論與實踐割裂開來，仍然屬于注入式教學，理論知識講授顯得空洞，缺少真實或仿真環(huán)境環(huán)境的實例支撐，生動直觀的實驗現(xiàn)象不能融入課堂，學生依然感覺課程內(nèi)容難學，不容易理解消化，對課程產(chǎn)生了畏難情緒，甚至望而卻步。再加之微機原理與接口技術(shù)課程學時數(shù)較少（一般為48學時），內(nèi)容又較多，教師只能利用課堂上有限的時間講清講透較淺的內(nèi)容，但不能深入講解；學生課外自主學習的積極性也不能被有效調(diào)動，更談不上對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)了。歸究原因，主要是對課程的教學內(nèi)容處理不妥，教學方法運用不當。

二、一體化教學改革及其實施

一體化教學是指理論教學與實踐教學融為一體，在一個教學環(huán)境（課堂）中完成理論知識和實踐技能傳授的教學模式。也就是說在真實或模擬的生產(chǎn)工作環(huán)境中，學生首先完成對理論基礎(chǔ)知識的學習，接著進行實際操作過程的認識和訓練。一體化教學模式以建構(gòu)主義理論和行動導向教學理論為理論基礎(chǔ)，通過一體化教學內(nèi)容、一體化教學手段和方法、一體化考核評價等實現(xiàn)專業(yè)理論知識與實踐技能的學習融為一體。鑒于目前高職微機原理與接口技術(shù)課程教學存在的諸多瓶頸，筆者對該課程的教學采用理實一體化教學改革，以實現(xiàn)課程理論學習與實踐能力同步、突出高職學生實際操作能力和創(chuàng)新能力的教學目標。

（一）課程教學內(nèi)容設(shè)計

微機原理與接口技術(shù)課程是專業(yè)課程體系中重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，它適應的專業(yè)崗位群有：單片機控制系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)、電氣自動化控制、智能儀器儀表設(shè)計、計算機相關(guān)產(chǎn)品營銷與售后服務，等等。根據(jù)未來工作崗位的知識、能力、素質(zhì)要求，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案的總體知識目標、能力結(jié)構(gòu)和素質(zhì)要求以及細化到本課程的知識、能力、素質(zhì)要求，按照理實一體化的教學理念，選定并優(yōu)化課程教學內(nèi)容設(shè)計。課程的教學內(nèi)容按照由淺入深、先易后難的原則進行模塊化安排，共設(shè)計七大模塊，如表1所示。每個模塊分別設(shè)計若干個項目，每個項目均包含課程教學內(nèi)容涵蓋的基本知識點。以項目為主線，通過項目將課程內(nèi)容各知識點貫穿于教學過程的始終。其中，增設(shè)“Emu8086匯編軟件”和“Proteus7.5仿真平臺使用”兩大模塊，共11學時，主要以學生自主學習為主。相比傳統(tǒng)的Masm匯編教學軟件而言，基于Windows平臺的Emu8086匯編仿真工具可以模擬CPU的執(zhí)行，在本課程教學中主要用于8086/8088內(nèi)部寄存器、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計的教學，它較傳統(tǒng)教學軟件Masm更直觀。Proteus從7.5版本開始支持8086微處理器，本課程教學主要利用Proteus7.5中的ISIS原理圖編輯與仿真軟件包，用于接口芯片8255A、8253、8259A、8251A、8237A、ADC0809、DAC0832的理論教學與實踐環(huán)節(jié)。

為適應理實一體化教學的要求，對教學內(nèi)容的課時進行科學調(diào)整和安排。將課程安排在一個上午連續(xù)上3節(jié)課，教師按照教學大綱和教學標準要求，可以合理支配3節(jié)課時間，每講完項目所需要的某個知識點后，就讓學生圍繞項目和知識點進行相關(guān)的操作訓練，然后再進入下一步的理論知識的講解，再操作訓練。如此反復，學生就能把課程中的抽象知識當堂理解參透，并且很好地應用于實踐，從而有效解決傳統(tǒng)教學過程中理論教學與實驗教學嚴重脫節(jié)的問題。

表1　微機原理與接口技術(shù)課程教學內(nèi)容設(shè)計

（二）教學手段和方法改革

一體化的教學手段和方法主要體現(xiàn)在理論知識與實踐操作的一體化、課內(nèi)與課外學習的一體化等方面，教學項目貫通整個課程體系，融教師的教與學生的學、做、思、創(chuàng)為一體。

1.理論知識與實踐操作的一體化

微機原理與接口技術(shù)是一門理論與實踐并重的專業(yè)基礎(chǔ)課程，實踐性強是其最突出的特點。而學生的工程能力和創(chuàng)新能力是在不斷解決問題的過程中鍛煉和培養(yǎng)出來的，機電、自動化等工科類專業(yè)尤其需要彰顯實驗實踐的特點和特色。為此，在充分認識本課程實踐教學重要性的基礎(chǔ)上，在實際教學過程中，通過項目驅(qū)動、模擬仿真、比喻類比等多種教學方法實現(xiàn)課程實踐教學與理論教學的并重發(fā)展。

一是通過項目驅(qū)動組織教學，將本課程的知識目標、能力目標、素質(zhì)目標等教學目標貫穿項目教學的全過程。課程教學內(nèi)容的各模塊知識點融入設(shè)置好的項目，以項目分析為突破口，強化微機原理與接口技術(shù)知識點的靈活應用，完成一個項目的全過程實際就是學生掌握知識、轉(zhuǎn)化技能的過程。為了解決項目中遇到的問題，學生需要歸納、整理所學知識與技能，并不斷深入思考，從而讓呆板孤立的知識碎片轉(zhuǎn)化為整體知識鏈，觸類旁通，突出“以學生為主體、教師為主導”的教學理念，培養(yǎng)高職學生的自學能力、觀察能力、動手能力、研究和分析問題的能力、協(xié)作和互助能力、交際和交流能力。

二是通過仿真軟件進行模擬仿真教學。長期困擾高職微機原理與接口技術(shù)課程教學的最大難題是：在課程教學過程中，微型計算機的軟件和硬件無法很好地結(jié)合。為提高課堂教學效率，筆者應用Proteus7.5+Emu8086軟件作為微機應用系統(tǒng)設(shè)計和仿真平臺，搭建微機原理虛擬實驗室。相比于硬件設(shè)備構(gòu)建的微機原理實驗室，基于Proteus7.5+Emu8086的虛擬實驗室可以不受資金和場地的限制，仿真實驗涉及項目內(nèi)容可以更全面，設(shè)備投入也減少，可通過計算機模擬完成整個演示實驗。學生也能自行構(gòu)建基于Proteus7.5+Emu8086軟件的個人實訓平臺，按照自身學習需求進行個性化實驗，整個實驗過程不會出現(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學時硬件損壞現(xiàn)象，無實驗損耗，也不需要維護。在教學過程中，能利用Proteus7.5 和Emu8086軟件以虛擬仿真方式實現(xiàn)微機系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，編譯程序的運行效果立即能在虛擬環(huán)境中觀察到，并大大減少設(shè)計中插、拔、寫等過程，能使高職學生對微機原理與接口技術(shù)內(nèi)容的學習變得直觀、形象。虛擬仿真實驗也可以隨時穿插于理論教學環(huán)節(jié)，讓學生邊學做、理論與實踐交替進行、直觀和抽象交錯出現(xiàn)，從而通過仿真教學，做到理中有實、實中有理，克服傳統(tǒng)課堂教學中理論與實驗相脫節(jié)的詬病。有些仿真實驗效果是任何多媒體教學都無法實現(xiàn)的，而且甚至超過真實的實驗效果。

三是采用比喻、類比“實驗”教學法。課程內(nèi)容中好多概念和知識點，如指令隊列、堆棧、存儲器結(jié)構(gòu)、時鐘芯片、尋址方式、DMA傳送、8253定時/計數(shù)過程、、中斷向量和中斷向量表、8259A工作原理等，均具有較強抽象性和理論性，為此筆者積極運用比喻和類比“實驗”教學法。比如：講解時鐘芯片時，可把時鐘芯片比喻成動物心臟，CPU比喻成動物的大腦，若時鐘芯片不能提供穩(wěn)定的時鐘信號，就像動物心臟節(jié)律存在問題，這勢必限制動物的活動能力，嚴重時甚至會停止生命。時鐘芯片能給微機提供穩(wěn)定時鐘信號，以保證系統(tǒng)的正常運行。又如：在8259A工作原理教學時，可以將CPU比喻成公司的董事長，而8259A芯片可比喻成董事長的秘書。當許多客戶要求見董事長(相當于產(chǎn)生多個中斷請求)，每個想見董事長的客戶必須首先由秘書負責接待，客戶把各自名片送交秘書，秘書審查名片，將董事長不愿意見的客戶直接回絕，其余客戶按照級別排序，并轉(zhuǎn)告董事長有客戶求見。若此時董事長正在忙打電話，先不見客，待董事長電話打完后，通知秘書可以見客戶，此時秘書必須挑選一個級別最高的客戶見董事長。通過以上此類形象化比喻，能讓學生印象深刻，理解記憶就便得更加容易。

2.課內(nèi)與課外學習一體化

為更好提高本課程的教學實效，激發(fā)學生的學習主動性，本課程在教學過程中積極應用翻轉(zhuǎn)式教學模式（如圖1所示），即顛覆傳統(tǒng)教學模式的固定范式，改變傳統(tǒng)課堂教學結(jié)構(gòu)，將知識傳遞安排在課前，而把知識內(nèi)化安排在課中。注重課程教學全過程的管理，線上和線下課堂、課內(nèi)與課外的學習均在教師的控制和引導下有效開展。

圖1　翻轉(zhuǎn)課堂教學模式示意圖

以講授“8086尋址方式”內(nèi)容為例，在課前，以教師為主體，做好課程資源開發(fā)；以學生為主體，完成知識傳授過程。教師制作介紹8086尋址方式的微教學視頻（5—10分鐘）、PPT及思考題。學生通過QQ、微信等網(wǎng)絡(luò)平臺，觀看視頻、PPT等教學資源，完成教師布置的思考題，并通過自主探究學習，發(fā)現(xiàn)問題。在課中，以教師為主導，學生為主體完成對8086尋址方式的知識理解和知識提升過程，以實現(xiàn)知識內(nèi)化的教學目的。知識理解通過學生質(zhì)疑、師生交流、教師的分類指導等途徑實現(xiàn)學生的個性化學習，而知識提升則通過組建學習小組、協(xié)作討論、成果匯報等形式實現(xiàn)學生的協(xié)作學習。在課后，主要借助作業(yè)評價、問卷調(diào)查、考試等方式測評教學效果，并通過教師的教學反思，進一步優(yōu)化教學設(shè)計和課程教學資源，提升課程教學效益。

（三）考核方法設(shè)計

微機原理與接口技術(shù)課程實施理實一體化教學，需要避免傳統(tǒng)的理論與實踐分開的、以筆試為主的考核評價方法，轉(zhuǎn)變?yōu)槔韺嵰惑w、以完成項目實際操作為主的考核方法，加大項目的過程考核，并將學習態(tài)度、職業(yè)習慣、職業(yè)道德等列入項目考核內(nèi)容，以引導學生職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)精神的養(yǎng)成。課程總成績由項目成績和期末成績構(gòu)成，其中平時對出勤、學習態(tài)度、師生互動與交流合作等方面的考核已融入每一個項目考核要求。項目成績按23個項目的得分累計計入，占總成績的80%，期末理論考核以閉卷筆試形式進行，占總成績的20%。課程項目考核明細表如表2所示。

表2　微機原理與接口技術(shù)課程項目考核明細表

（四）課程教學實施

以課程模塊“可編程接口技術(shù)及應用”中的項目3“用8253控制LED閃爍”為案例，簡要說明基于理實一體化教學項目的具體實施過程，詳見表3。在項目教學實施中，部分學生對匯編語言程序編寫有一定難度，可利用同期學習或先修過的C語言進行程序設(shè)計，以達到同樣的控制效果。

表3　“用8253控制LED閃爍”項目教學流程

三、一體化教學改革成效

微機原理與接口技術(shù)課程以模塊項目組建一體化教學內(nèi)容，以Proteus7.5+Emu8086仿真軟件搭建一體化教學平臺，以一體化的教學手段和教學方法實現(xiàn)教、學、做“三合一”教學目標，既克服傳統(tǒng)實驗的局限性，又能充分調(diào)動高職學生的積極性和學習興趣，使每一位學生都能積極參與到項目化的教學活動中。通過在江蘇城市職業(yè)學院2011級、2012級、2013級機電一體化專業(yè)連續(xù)三年的教學實踐，證明本課程的理實一體化教學改革是有效可行的。連續(xù)三年微機原理與接口技術(shù)課程的學生不及格率均控制在5%以內(nèi)，優(yōu)秀率提高至30%以上，而改革前本課程不及格率和優(yōu)秀率一直分別維持在30%和8%左右。而且通過網(wǎng)上評教、問卷調(diào)查及訪談了解，學生對本課程的滿意度也由改革前的65%提升到90%以上。機電專業(yè)學生參加全國大學生電子設(shè)計大賽以及省、市、校職業(yè)教育創(chuàng)新比賽的人數(shù)逐年增多，并取得了良好的成績，極大提升了高職學生微機應用系統(tǒng)的設(shè)計水平及創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]李珍香,樊瑋.微機原理與應用技術(shù)課程中的CDIO一體化教學模式[J].計算機教育,2013,(12):54-58.

[2]楊居義.微機原理與接口技術(shù)項目教程[M].北京:清華大學出版社,2013.

[3]喬維德.高職機電專業(yè)課程體系優(yōu)化探微[J].廣州職業(yè)教育論壇,2014,(6):31-34.

Integrated Teaching Reform in Microcomputer Principle and Interface Technology of Higher Vocational College

QIAO Wei-de
(Office of Science and Research, Wuxi Open University, Wuxi 214011, China)

Abstract:This paper introduces how to promote teaching of theory and practice integrated for the higher vocational course “microcomputer principle and interface technology” by simulation software, integrated teaching content based on module project, building integrated teaching platform based on Proteus7.5 and Emu8086 simulation software. Through integrated teaching method, method and assessment method, our three-in-one teaching aims are achieved, many constraints and bottlenecks of microcomputer principle and interface technology teaching are solved and course teaching effectiveness improved.

Key words:microcomputer principle and interface technology; integrated teaching; project driven; simulation teaching; course teaching implementation

中圖分類號：TP301-4

文獻標識碼：A

文章編號：2095-364X（2016）01-0030-06

收稿日期：2015-11-19

*基金項目：江蘇省職業(yè)教育教學改革研究課題 “工學結(jié)合背景下高職教育一體化課程體系研究”（ZCYB103）。

作者簡介：喬維德（1967-），男，江蘇寶應人，碩士，教授，研究方向：高職教育，控制工程，社會教育。