《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)研究

王 靜，陳強(qiáng)強(qiáng)，董 蘇，王中心，趙 佳，劉淑影

（1．阜陽師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037；2.國網(wǎng)阜陽供電公司，安徽 阜陽 236041）

1 引言

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是電氣自動化及計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，是一門理論性與實(shí)踐性并重的課程，該課程與計(jì)算機(jī)軟硬件知識緊密結(jié)合、相互滲透，對培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、軟件編程能力和創(chuàng)新發(fā)明能力都非常重要[1].在本課程的教學(xué)工作中，尤其是在對相應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果對該課程的教學(xué)質(zhì)量有著直接的影響.通過實(shí)驗(yàn)不僅可以加深學(xué)生對微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)的理解，還可以認(rèn)識計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作原理和部分芯片的工作流程，培養(yǎng)學(xué)生微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程開發(fā)的能力.但在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用微機(jī)搭配實(shí)驗(yàn)箱，通過教師講授學(xué)生復(fù)現(xiàn)的教學(xué)模式，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到諸多因素的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果不佳.因此，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)出具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的專業(yè)性技術(shù)人才，成為該課程教學(xué)中急需解決的問題.

2 傳統(tǒng)教學(xué)方法

目前，大多數(shù)高校微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中仍然存在著重理論輕實(shí)踐的問題，且實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)不夠完善，導(dǎo)致學(xué)生對微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)的興趣降低，非常不利于學(xué)生對所學(xué)知識的理解和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).主要表現(xiàn)如下：

2.1 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)不合理

傳統(tǒng)的微機(jī)原理與接口技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多采用硬件實(shí)驗(yàn)箱和計(jì)算機(jī)聯(lián)調(diào)的方式.由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少，而硬件實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容多且容易出現(xiàn)故障等問題，導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)無法開設(shè).學(xué)生和老師在教學(xué)環(huán)境和條件的局限下，教與學(xué)得不到充分的反饋，教學(xué)很難達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的高度.且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要以簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，造成很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中僅僅被動的輸入程序、驗(yàn)證結(jié)果，遇到問題無法解決，編程和調(diào)試的能力得不到訓(xùn)練，更無從談及創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不具系統(tǒng)性

微機(jī)原理課程的教學(xué)內(nèi)容很多，包括微處理器結(jié)構(gòu)、最小系統(tǒng)、存儲器讀寫操作、并行接口、AD/DA轉(zhuǎn)換、定時(shí)器、DMA等等.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于內(nèi)容多課時(shí)少，教師和學(xué)生往往會將注意力集中在對某個(gè)知識點(diǎn)或者某款芯片學(xué)習(xí)中，忽略了“系統(tǒng)”的概念，導(dǎo)致學(xué)生“只知其一，不知其二”，不能從系統(tǒng)的角度理解微型計(jì)算機(jī)的工作原理，對接口芯片的使用也局限于課本上介紹的幾款芯片，不能學(xué)以致用.

2.3 實(shí)踐教學(xué)的考核和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不完善

由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，學(xué)生較多，老師很難觀察并記錄每位學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗(yàn)情況，因此，實(shí)驗(yàn)成績多采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式進(jìn)行評價(jià)，且實(shí)驗(yàn)課程在評價(jià)體系中所占比重較輕，這就導(dǎo)致學(xué)生忽略了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)或者為了獲取高分把時(shí)間花在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫上，而對于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和現(xiàn)象不能深入理解分析，甚至只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)過程，對于學(xué)生的實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新能力、分析解決問題的能力的培養(yǎng)沒有任何幫助.

3 實(shí)踐教學(xué)新探索

3.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，涉及的前期基礎(chǔ)課程包括匯編語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成原理等.因此，要培養(yǎng)學(xué)生的軟硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用能力，是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程.在實(shí)踐教學(xué)中，首先安排學(xué)生做針對性的訓(xùn)練，比如：匯編語言的學(xué)習(xí)及案例的應(yīng)用，各種芯片的工作原理及硬件連接等等.再根據(jù)實(shí)驗(yàn)難易程度將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)三個(gè)部分.在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，采用半啟發(fā)式的教學(xué)模式，注重對學(xué)生的基本能力進(jìn)行培養(yǎng)[2].實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用基礎(chǔ)性的程序設(shè)計(jì)，提供基本的設(shè)計(jì)思想和方法，學(xué)生通過自己查閱有關(guān)的教材和資料，自行設(shè)計(jì)方案.在熟練掌握了匯編語言編寫程序的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)一些能解決實(shí)際問題的小實(shí)驗(yàn)，從而加深學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)其動手能力.對于基礎(chǔ)扎實(shí)、學(xué)習(xí)興趣濃厚或是準(zhǔn)備參加各類競賽的學(xué)生，鼓勵(lì)他們運(yùn)用所學(xué)的知識，對于綜合性的實(shí)驗(yàn)采用不同的方案解決.實(shí)踐證明，采用這種循序漸進(jìn)、因材施教的教學(xué)模式能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心.

3.2 項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)

所謂項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)，是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過合作學(xué)習(xí)，共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的綜合項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動.為了與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，教師根據(jù)理論課程的內(nèi)容和進(jìn)度以及學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋情況，構(gòu)建階梯式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.學(xué)生按照5～6人組成一個(gè)小組，每個(gè)小組制定一個(gè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人.在每一次實(shí)驗(yàn)課后，將下一次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)布置給學(xué)生，小組成員通過查找資料、提前預(yù)習(xí)并設(shè)計(jì)合適的解決方案,并在實(shí)驗(yàn)課上驗(yàn)證方案是否正確.通過項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法的實(shí)施，實(shí)驗(yàn)課的主角由教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生.學(xué)生通過項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)，既學(xué)習(xí)到了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)知識，又培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，分析問題和探索創(chuàng)新的能力[3].該模式具體項(xiàng)目及教學(xué)要求分配如表1所示.

表1

3.3 小組協(xié)作驅(qū)動教學(xué)

為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更好地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入小組協(xié)作教學(xué)模式.學(xué)生根據(jù)自身情況組建小組，共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù).這種模式下教學(xué)是以小組為單位，教師面對的是每個(gè)小組的學(xué)習(xí)，不再是單個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)，解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師精力有限，不能兼顧到每個(gè)學(xué)生的難題.小組協(xié)作模式還可以促進(jìn)學(xué)生之間相互幫助，相互交流及探討，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作精神，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.在互相協(xié)作的同時(shí)，又可以開展小組之間互相討論等活動，引入小組競賽機(jī)制，從多維度提高教學(xué)質(zhì)量.具體實(shí)施分為課前協(xié)作、課堂協(xié)作和課后協(xié)作三個(gè)階段：課前協(xié)作是指項(xiàng)目小組成員之間、小組之間在進(jìn)行項(xiàng)目準(zhǔn)備時(shí)，分工協(xié)作、交流討論；課堂協(xié)作是指在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生與學(xué)生之間相互幫助，遇到問題時(shí)相互討論，以及教師對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式的引導(dǎo)與點(diǎn)撥；課后協(xié)作是指在實(shí)驗(yàn)課后組織討論課進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程的匯報(bào)和總結(jié)，將實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題總結(jié)出來，共同解決.

3.4 仿真軟件協(xié)助教學(xué)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法多數(shù)是利用硬件實(shí)驗(yàn)箱，在實(shí)踐教學(xué)中存在以下問題[4]：（1）實(shí)驗(yàn)箱的硬件模塊是固定的，基本線路已連接好，可完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有限，且不利于學(xué)生自主設(shè)計(jì)開發(fā)；（2）實(shí)驗(yàn)箱成本高，且硬件易損壞，一旦損壞，不僅維護(hù)量較大，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中很難找出故障的原因，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法順利進(jìn)行；（3）由于受硬件限制，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生容易將精力集中在硬件電路的連接上，無形中增加了實(shí)驗(yàn)難度，導(dǎo)致忽略了對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及知識點(diǎn)的理解.Protues仿真軟件具有豐富的虛擬資源，微機(jī)原理與接口技術(shù)中涉及的器件在軟件中都能找到，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到與實(shí)物電路完全相同的實(shí)驗(yàn)效果，且軟件本身簡單易學(xué)，通過虛擬實(shí)驗(yàn)不僅可以節(jié)約時(shí)間，還可以加深學(xué)生對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的理解.因此，為了加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解，開展基于Proteus仿真技術(shù)的微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué).在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師首先通過多媒體教學(xué)設(shè)備，在Proteus軟件平臺演示仿真過程，使學(xué)生能夠清楚直觀地看到從硬件電路設(shè)計(jì)到軟件編程，再到調(diào)試的整個(gè)過程，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對微機(jī)原理與接口技術(shù)課程中知識點(diǎn)的理解，使理論與實(shí)踐能夠緊密結(jié)合[5].然后學(xué)生再將自己設(shè)計(jì)的方案在軟件中進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過的實(shí)驗(yàn)才能進(jìn)入硬件調(diào)試環(huán)節(jié)；對于驗(yàn)證不通過的方案，要先分析找出原因，修改通過以后才能進(jìn)入下一環(huán)節(jié).通過這種方式，不僅加深了學(xué)生對整個(gè)項(xiàng)目的理解，還避免了盲目的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而浪費(fèi)的時(shí)間，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

3.5 開放性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化教學(xué)

由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，為了給學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在自愿參與的原則下，在課余時(shí)間開放實(shí)驗(yàn)室.教師根據(jù)學(xué)生的興趣愛好和學(xué)習(xí)能力，組織學(xué)生開展補(bǔ)充性實(shí)驗(yàn)和提高性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)活動.補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)主要針對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中為解決的難題或是經(jīng)常出錯(cuò)的問題設(shè)計(jì)的鞏固性實(shí)驗(yàn)；提高性實(shí)驗(yàn)主要針對有學(xué)習(xí)興趣的同學(xué)開設(shè)的一些趣味性、提高性的實(shí)驗(yàn)，比如競賽搶答器、數(shù)字收音機(jī)等微機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)等.通過這些開放性實(shí)驗(yàn)，不僅能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力，是強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效途徑.

3.6 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)評價(jià)機(jī)制

為了避免出現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核模式存在的問題，建立多角度、多能力的評價(jià)機(jī)制，促進(jìn)評價(jià)的合理性.多角度評價(jià)是指從學(xué)生自評、教師評價(jià)、小組互評多個(gè)角度出發(fā)，對小組成員的每個(gè)實(shí)驗(yàn)的成績進(jìn)行綜合評價(jià)，包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作過程、實(shí)驗(yàn)代碼的編寫、實(shí)驗(yàn)報(bào)告這幾部分.其中，學(xué)生自評占20%，教師評價(jià)占50%，小組成員互評占30%.多能力評價(jià)是指通過采取“平時(shí)成績+實(shí)驗(yàn)技能+創(chuàng)新活動+期末考試”相結(jié)合的考核方式，對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、理解能力、創(chuàng)新能力等進(jìn)行評價(jià).通過對評價(jià)結(jié)果的深入分析，不斷完善方案，提高教學(xué)效果.

4 結(jié)束語

為提高微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識，本文通過分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，提出了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)、小組協(xié)作教學(xué)、仿真軟件協(xié)助教學(xué)、開放性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化教學(xué)等方法，并對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核機(jī)制進(jìn)行改進(jìn).通過實(shí)踐教學(xué)證明，這些方法能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，具有良好的教學(xué)效果.要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識，科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法至關(guān)重要.只有在教學(xué)中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境和評價(jià)機(jī)制，探索新的教學(xué)方法，才能培養(yǎng)出符合社會需要的綜合性應(yīng)用人才.