基于慕課的“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)模式

韓璐　李鵬

摘 要： “微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”是高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課程，知識(shí)體系龐大。課程旨在培養(yǎng)學(xué)生建立對微機(jī)系統(tǒng)的整體概念結(jié)構(gòu)的理解，特別是各類寄存器的使用及對芯片編程。針對本門課程的內(nèi)容和特點(diǎn)，在分析目前課堂教學(xué)的現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出基于慕課的教學(xué)模式，以提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力。教學(xué)實(shí)踐表明，所提出的慕課教學(xué)模式能較大地提升該課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 慕課教學(xué)； 自主學(xué)習(xí)； 計(jì)算機(jī)接口技術(shù)； 寄存器

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2018）08-94-03

A MOOC based teaching mode of microcomputer principle and interface technology

Han Lu， Li Peng

（Nanjing University of Posts & Telecommunications， Nanjing， Jiangsu 210003， China）

Abstract： "Microcomputer Principle and Interface Technology"， having a huge knowledge system， is a required course for students of computer specialty in colleges and universities. The aim of the course is to cultivate students' understanding of the overall conceptual structure of the microcomputer system， especially the utilizing of registers and programming the chips. Focusing on the contents and characteristics of the course and according to the situation of traditional classroom teaching， a MOOC based teaching mode of this course is proposed to improve the students' autonomous learning ability. The teaching practice shows that the proposed MOOC based teaching mode can improve the effect of the course obviously.

Key words： massive open online courses teaching； autonomous learning； computer interface technology； register

0 引言

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)是高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課，課程內(nèi)容涵蓋了微機(jī)基本組成、接口技術(shù)、微處理器等軟硬件方面的知識(shí)體系，是本專業(yè)其他基礎(chǔ)課和專業(yè)課的重要銜接課程。學(xué)生對本門課程知識(shí)點(diǎn)的良好把握能為其將來從事軟硬件開發(fā)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程所包含的知識(shí)體系龐大、理論性強(qiáng)[1]。學(xué)生在初學(xué)本門課程時(shí)，經(jīng)常會(huì)在似懂非懂的情況下出現(xiàn)混淆眾多術(shù)語、概念等問題，尤其在學(xué)習(xí)實(shí)踐性、操作性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)（如指令與相關(guān)芯片等）時(shí)不知從何處去學(xué)，以致難以理解透徹[2]。此外，該課程的知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系緊密，比如傳送、輸入輸出指令學(xué)不好就無法對8254進(jìn)行初始化編程等等。如果長期積累下來便會(huì)陷入一種惡性循環(huán)，嚴(yán)重?fù)p傷學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)積極性，甚至致使學(xué)生放棄對本門課程的學(xué)習(xí)。因此，在本門課程的內(nèi)容規(guī)劃過程中，需要科學(xué)有效地統(tǒng)籌理論與實(shí)踐各個(gè)層面的關(guān)系，使學(xué)生更好地把握知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，進(jìn)而學(xué)習(xí)到對復(fù)雜問題的解決方法和技巧并提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

1 基于慕課的《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)模式

互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，深刻浸染人們的日常生活，把偌大的世界變成了方便人們交流的地球村。在新時(shí)代背景與信息技術(shù)條件下，“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程也應(yīng)打破單一枯燥的課堂教學(xué)模式，推陳出新，嘗試采納新的教學(xué)方法。本文在分析傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式基礎(chǔ)上，提出基于慕課的微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)模式。該教學(xué)模式能使每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)更有針對性，幫助學(xué)生更為直觀形象地學(xué)習(xí)課程知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)興趣與自主學(xué)習(xí)的能力。

1.1 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課堂教學(xué)特點(diǎn)

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)是理論與實(shí)踐并重的一門課程[3]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要關(guān)注于本門課程理論部分的講解，實(shí)踐部分由于沒有實(shí)物演示，在課堂上只能以PPT的形式配合介紹，然后再利用實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)模式具有兩面性。優(yōu)點(diǎn)在于能夠使學(xué)生在充分了解到專業(yè)知識(shí)之后，以理論為指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)踐。缺點(diǎn)在于，本門課程知識(shí)點(diǎn)環(huán)環(huán)相扣，某一知識(shí)點(diǎn)理解不清楚便容易造成后續(xù)知識(shí)點(diǎn)更無法理解。同時(shí)由于實(shí)踐教學(xué)時(shí)理論和實(shí)踐相脫節(jié)，學(xué)生難以很好的掌握各類芯片的工作原理及工作過程。

1.2 慕課

慕課是信息技術(shù)大潮中新近涌現(xiàn)出來的一種新型在線課程學(xué)習(xí)模式，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的不足之處。慕課（MOOC），由四個(gè)單詞的首字母組成，分別是：massive（大規(guī)模的）、open（開放的）、online（在線的）和course（課程）[4-5]。實(shí)質(zhì)上為在線教材、在線評測和協(xié)作學(xué)習(xí)三者結(jié)合。慕課對目錄和大綱進(jìn)行整理，將教材劃分為若干個(gè)知識(shí)單元，每個(gè)知識(shí)單元由多個(gè)知識(shí)點(diǎn)組成。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)錄制作為一個(gè)獨(dú)立的視頻，時(shí)間一般控制在6-10分鐘。與課堂上一節(jié)課的教學(xué)時(shí)間相比，慕課時(shí)間的縮短使得學(xué)生能更有耐心的去學(xué)習(xí)，而且不懂的地方可以重復(fù)學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)在課堂上聽不懂一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，致使后面的知識(shí)點(diǎn)就更無法理解的尷尬局面。

1.3 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)慕課建設(shè)

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程的應(yīng)用部分主要體現(xiàn)為對各類芯片的編程，實(shí)踐性較強(qiáng)。在本門課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，要在芯片編程教學(xué)中體現(xiàn)出慕課相對于課堂教學(xué)的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和應(yīng)用能力。下文將重點(diǎn)闡述本門課程的慕課錄制環(huán)節(jié)：

⑴ 在建設(shè)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)慕課的過程中，課題組首先列出詳細(xì)地授課大綱，包括課程的性質(zhì)和目的、課程教學(xué)內(nèi)容及基本要求。對每一章節(jié)教學(xué)內(nèi)容及知識(shí)模塊順序進(jìn)行梳理，形成多個(gè)知識(shí)單元，每個(gè)知識(shí)單元又劃分為多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并給出每個(gè)知識(shí)單元的教學(xué)基本要求。對微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容進(jìn)行劃分后，形成11個(gè)知識(shí)單元，每個(gè)知識(shí)單元的知識(shí)點(diǎn)分布大致如下：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)4個(gè)；8086微處理器2個(gè)；指令系統(tǒng)5個(gè)；宏匯編語言3個(gè)；匯編語言程序設(shè)計(jì)6個(gè)； 總線3個(gè)；存儲(chǔ)器系統(tǒng)3個(gè)；輸入/輸出系統(tǒng)7個(gè)；中斷系統(tǒng)9個(gè)；串行通信6個(gè)；并行I/O接口5個(gè)。對一些比較抽象的知識(shí)單元例如總線、存儲(chǔ)器系統(tǒng)等增加單獨(dú)的討論和答疑環(huán)節(jié)，并對每個(gè)知識(shí)單元附有單元測驗(yàn)和答案講解。并且在整個(gè)理論部分的講解過程中，從之前的以某個(gè)微處理系統(tǒng)為主線的教學(xué)形式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝ㄓ糜?jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本原理為主線的教學(xué)模式。慕課能夠充分體現(xiàn)在線教育的優(yōu)勢，授課形式生動(dòng)活潑，廣泛采用視頻、動(dòng)畫、多媒體、微課程等多種教學(xué)手段，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官系統(tǒng)，引發(fā)課程學(xué)習(xí)興趣。

⑵ 作為匯編指令的組成部分之一：7種尋址方式，是指令系統(tǒng)中比較重要的一部分，學(xué)生在學(xué)習(xí)該知識(shí)點(diǎn)時(shí)經(jīng)常容易混淆概念。該知識(shí)點(diǎn)也是初學(xué)本門課程的大部分學(xué)生遇到的第一個(gè)難點(diǎn)。在7種尋址方式全部介紹完后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在判斷某個(gè)語句具體的尋址方式時(shí)經(jīng)常會(huì)判斷錯(cuò)誤。本課題組在慕課的制作過程中，對該知識(shí)點(diǎn)的介紹進(jìn)行改進(jìn)，將這7種尋址方式用一張總表的形式來方便學(xué)生快速查閱，如表1所示（16位尋址為例）。另外，很多軟件相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)過諸如Java或C語言的高級(jí)語言后再接觸匯編語言，往往會(huì)用“語法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”的學(xué)習(xí)模式來學(xué)習(xí)匯編，而這種學(xué)習(xí)模式并不大適合于匯編語言的學(xué)習(xí)。匯編語言程序是符號(hào)化的機(jī)器語言，主要介紹80486的基本指令集如傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令等，在現(xiàn)代的軟件開發(fā)中已很少采用。在慕課中嵌入隨堂測試，通過在線平臺(tái)及時(shí)打分，學(xué)生可以即時(shí)獲知自己的測試結(jié)果正確與否，實(shí)時(shí)喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)記憶。而在介紹匯編語言程序時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)落在如何幫助學(xué)生更好地理解高級(jí)語言程序的相關(guān)原理，以及介紹與后續(xù)芯片編程密切相關(guān)的語句，淡化對復(fù)雜算法和復(fù)雜指令的講解。

⑶ 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程中關(guān)于芯片的編程是實(shí)踐性很強(qiáng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，貫穿多個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)。在課堂教學(xué)時(shí)，教師經(jīng)常感到自己說的起勁，學(xué)生卻越聽越打不起精神。慕課則強(qiáng)調(diào)課程學(xué)習(xí)中的教學(xué)互動(dòng)，在虛擬社區(qū)中可以“一人發(fā)問，多人回答”，教師和學(xué)生的傳統(tǒng)界限開始模糊化，彼此間亦學(xué)亦師，極大地促進(jìn)了教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，學(xué)生與學(xué)生之間的協(xié)同。在慕課的具體課程建設(shè)中，將芯片編程的講解獨(dú)立出來，放到實(shí)驗(yàn)講解知識(shí)單元中，設(shè)置互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)環(huán)節(jié)，建立基于PROTUES[6]的實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)。首先從整體上介紹各個(gè)芯片的功能結(jié)構(gòu)、各芯片在PC機(jī)主機(jī)箱的位置及芯片之間如何連接如何協(xié)同工作，然后對各個(gè)芯片的編程進(jìn)行講解并與仿真實(shí)驗(yàn)演示相結(jié)合，最后在實(shí)驗(yàn)測試環(huán)節(jié)中通過對芯片設(shè)置不同的編程環(huán)境以供學(xué)生進(jìn)行編程，上傳的編程結(jié)果也可供其他學(xué)生參考和評價(jià)，使學(xué)生更好地把握芯片的工作過程，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

1.4 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)體系架構(gòu)

慕課教學(xué)能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，進(jìn)而可以有效地提高本門課程的教學(xué)質(zhì)量。然而，在微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)的教學(xué)過程中，不能完全依賴慕課。主要原因有：①慕課以學(xué)生在課外學(xué)習(xí)為主，課后時(shí)間如何分配，學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性如何控制等，這些因素會(huì)干擾學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率；②慕課學(xué)習(xí)的形式是在線學(xué)習(xí)，與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)不同，學(xué)生對有疑惑的問題難以像在課堂教學(xué)中一樣即時(shí)得到解決；③雖然在實(shí)踐環(huán)節(jié)有實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，學(xué)生對芯片能更好的理解和掌握，但并不能完全替代實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。慕課的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)只是更好的幫助學(xué)生理解芯片的工作過程，要更好地掌握芯片的原理，還是要到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行真實(shí)的實(shí)驗(yàn)。而集中授課可以集中解決慕課線上學(xué)習(xí)中遇到的普遍問題，并且為上機(jī)實(shí)驗(yàn)提供具體的硬件、軟件與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。通過集中學(xué)習(xí)，教師能更全面了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主觀態(tài)度、學(xué)習(xí)成效與分階段任務(wù)完成情況，為課程評價(jià)提供更多可靠的依據(jù)。因此，課堂教學(xué)和慕課教學(xué)相結(jié)合，能使學(xué)生加深對本門課程各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解。本門課程具體的教學(xué)流程由課堂教學(xué)和慕課教學(xué)兩個(gè)部分組成，具體如圖1所示。

2 結(jié)束語

“課堂教學(xué)+慕課教學(xué)”模式下的《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)既能體現(xiàn)課堂教學(xué)面對面授課的優(yōu)勢，又能體現(xiàn)慕課教學(xué)模式下以學(xué)生為主體，發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)造思維的特點(diǎn)。可以看出，在該模式的教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生對本門課程的興趣能得到較好地激發(fā)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力都能得到較好地提升。

在未來的研究工作中，將進(jìn)一步調(diào)研與分析“課堂教學(xué)+慕課教學(xué)”模式下還存在哪些不足，從而進(jìn)一步優(yōu)化該模式的結(jié)構(gòu)形態(tài)，增進(jìn)教學(xué)效果。

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