以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向的匯編語(yǔ)言課程教學(xué)改革

劉向舉，陳輝

（安徽理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]，是針對(duì)高等教育本科工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展的一種合格評(píng)價(jià)機(jī)制.2017 年6 月，中國(guó)成為工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的第18 個(gè)正式成員，標(biāo)志著我國(guó)的工程教育已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)際多邊互認(rèn)，為促進(jìn)高校教育教學(xué)改革，提高工程教育質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才提供了新的發(fā)展契機(jī)[2].因此，參與工程教育認(rèn)證工作，已成為高校工程教育改革和質(zhì)量保證體系建設(shè)的重要環(huán)節(jié)[3].

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式控制系統(tǒng)的發(fā)展，匯編語(yǔ)言在行業(yè)中的重要性越來(lái)越高.匯編語(yǔ)言是一種最接近于機(jī)器語(yǔ)言的編程語(yǔ)言，其操作直接面向計(jì)算機(jī)的硬件，所以使用匯編語(yǔ)言編程，能夠直觀地感知、體會(huì)和理解計(jì)算機(jī)的工作原理和邏輯功能，在計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間形成了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí).因此，學(xué)好匯編語(yǔ)言，向上為理解計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的原理奠定了技術(shù)理論基礎(chǔ)；向下為掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的原理奠定了實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)[4].但從多年的教學(xué)實(shí)際情況來(lái)看，教學(xué)效果卻不盡如意，與預(yù)期還有不小的差距.因此，針對(duì)匯編語(yǔ)言的教學(xué)現(xiàn)狀，以工程教育認(rèn)證的理念為導(dǎo)向，對(duì)匯編語(yǔ)言課程教學(xué)方法進(jìn)行改革，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜環(huán)境工程問(wèn)題的能力.

1 匯編語(yǔ)言教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)方法不夠靈活

由于匯編語(yǔ)言的指令集繁多且抽象、程序編寫(xiě)與調(diào)試復(fù)雜、程序可讀性和結(jié)構(gòu)化差及開(kāi)發(fā)效率低等缺點(diǎn)，同時(shí)匯編語(yǔ)言經(jīng)常涉及CPU、存儲(chǔ)器和 I/O 端口等多個(gè)硬件處理細(xì)節(jié)，這些都增加了學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言的難度，使學(xué)生感覺(jué)枯燥乏味[5-7].而且很多教師在教學(xué)過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)更新教學(xué)理念，采用單一的教學(xué)手段、單調(diào)的教學(xué)模式和落后的教學(xué)方法，并且只是圍繞課本知識(shí)進(jìn)行講授，少有結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展，這也很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，造成教學(xué)效果不佳.

1.2 學(xué)生對(duì)課程重視程度不夠

由于高級(jí)語(yǔ)言占據(jù)了軟件開(kāi)發(fā)市場(chǎng)的絕大部分，現(xiàn)今很少有完全用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序開(kāi)發(fā).早期的很多應(yīng)用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的場(chǎng)合也逐漸被高級(jí)語(yǔ)言取代，造成很多學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言沒(méi)有用處的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)過(guò)程.結(jié)果主觀上便不重視這門(mén)課程，失去了對(duì)這門(mén)課程的興趣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)的動(dòng)力不足.

1.3 學(xué)生的實(shí)踐能力弱且實(shí)踐內(nèi)容選取不夠合理

很多學(xué)生書(shū)上的程序都能看得懂，基本原理也明白，但是自己編寫(xiě)程序時(shí)，卻無(wú)從下手，甚至連第一條語(yǔ)句該怎么寫(xiě)都不知道.即使能把程序編寫(xiě)完成，在程序調(diào)試過(guò)程中感覺(jué)無(wú)所適從.出現(xiàn)了問(wèn)題，既不知道問(wèn)題出在哪里，也不知道怎么調(diào)試，這些問(wèn)題主要是由于學(xué)生的實(shí)踐太少，動(dòng)手能力比較弱造成的.另外，當(dāng)前匯編語(yǔ)言課程選取的實(shí)踐內(nèi)容大部分都不是匯編語(yǔ)言的真正使用場(chǎng)合，如成績(jī)統(tǒng)計(jì)、數(shù)值排序、求階乘等實(shí)驗(yàn)案例，這些內(nèi)容只能起到鍛煉學(xué)生掌握匯編語(yǔ)言的語(yǔ)法功能，無(wú)法體現(xiàn)匯編語(yǔ)言的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，很難鍛煉學(xué)生的編程水平和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[8].

2 基于專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念的教學(xué)形式改革

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的通用標(biāo)準(zhǔn)中指出，課程必須為畢業(yè)要求的能力結(jié)構(gòu)提供支撐，學(xué)生能力的形成要通過(guò)明確的課程內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn).因此，從3 個(gè)方面改革匯編語(yǔ)言課程的教學(xué)形式，以符合工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求.

2.1 通過(guò)實(shí)踐加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)

匯編語(yǔ)言的指令數(shù)多達(dá)幾百條，而且有些指令的語(yǔ)法規(guī)則比較復(fù)雜，單純按部就班地一條一條講解指令及每條指令的語(yǔ)法規(guī)則，會(huì)非?？菰锖碗y以理解，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣會(huì)大大降低，達(dá)不到理想的教學(xué)效果.因此，改變指令的教學(xué)環(huán)節(jié)，不必講解所有指令，本著夠用即可的原則，針對(duì)所講授指令，布置一定量的相關(guān)題目，讓學(xué)生有充足的時(shí)間通過(guò)實(shí)踐達(dá)到學(xué)習(xí)指令的目的，而不是通過(guò)死記硬背的方式學(xué)習(xí)指令.這樣不但提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也加深了對(duì)指令的理解，同時(shí)使學(xué)習(xí)內(nèi)容有的放矢.基本指令學(xué)通了、會(huì)用了，其它沒(méi)講的指令學(xué)起來(lái)也會(huì)非常順利和“理所當(dāng)然”了.這種教學(xué)方式克服了以往教師講得“面面俱到”，學(xué)生學(xué)得“樣樣不通，索然無(wú)味”的問(wèn)題.

2.2 注重課程之間的融合貫通

相比接近于人的思維方式的高級(jí)語(yǔ)言，會(huì)感覺(jué)匯編語(yǔ)言晦澀難懂，例如：寄存器、尋址方式、中斷、I/O 端口等概念在剛接觸匯編語(yǔ)言時(shí)會(huì)感覺(jué)難以理解.所以學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言時(shí)聯(lián)系已學(xué)過(guò)的高級(jí)語(yǔ)言，通過(guò)采用高級(jí)語(yǔ)言解決問(wèn)題的一些邏輯思考方式，有助于加快找到使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序的思路和方向，達(dá)到觸類(lèi)旁通的效果.例如：列出了匯編語(yǔ)言中的一些知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)中與高級(jí)語(yǔ)言相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系情況：（1）匯編語(yǔ)言對(duì)于內(nèi)存的操作是基于地址的，可以聯(lián)想到C 語(yǔ)言指針的概念，將指針和實(shí)際的內(nèi)存單元之間建立思維映射；（2）講授匯編語(yǔ)言的數(shù)據(jù)定義及存儲(chǔ)器分配偽指令時(shí)，如DB，DW，DD 等，聯(lián)想到C語(yǔ)言中數(shù)據(jù)類(lèi)型的char，short，long 等[9]，對(duì)比它們之間使用的異同；（3）講授串處理指令時(shí)，聯(lián)想到C語(yǔ)言的相關(guān)串處理函數(shù)，如字符串復(fù)制函數(shù)strcpy()/strncpy()函數(shù)和字符串比較函數(shù)strcmp()函數(shù)等，有助于學(xué)生使用串處理指令解決實(shí)際問(wèn)題；（4）C 語(yǔ)言程序的邏輯結(jié)構(gòu)有順序結(jié)構(gòu)（按語(yǔ)句依次執(zhí)行）、分支結(jié)構(gòu)（IF…THEN…ELSE…語(yǔ)句）和循環(huán)結(jié)構(gòu)（FOR…語(yǔ)句）3 種結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生按照高級(jí)語(yǔ)言的思想寫(xiě)出匯編語(yǔ)言的分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的模板，并作為日后編寫(xiě)匯編程序的通用模板；（5）講解用基址指針BP（EBP）和堆棧指針SP（ESP）對(duì)堆棧操作時(shí)，聯(lián)想到Java 虛擬機(jī)中的棧幀等.講授匯編語(yǔ)言過(guò)程中通過(guò)聯(lián)系高級(jí)語(yǔ)言，既有助于匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)和理解，又加深了對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的理解和運(yùn)用，它們之間是相輔相成，相互促進(jìn)的.

2.3 注重與實(shí)際應(yīng)用情境相結(jié)合

隨著高級(jí)語(yǔ)言的快速發(fā)展，當(dāng)今軟件開(kāi)發(fā)不可能完全用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)[10]，但這并不是說(shuō)匯編語(yǔ)言要被棄之，也不意味著匯編語(yǔ)言已無(wú)用武之地.所以在教學(xué)中不能完全拿高級(jí)語(yǔ)言的一些案例作為匯編語(yǔ)言的實(shí)踐案例，如排序問(wèn)題、統(tǒng)計(jì)問(wèn)題等，這些案例雖然經(jīng)典但缺乏實(shí)際意義，不能發(fā)揮匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處，還要盡量能使用一些能夠體現(xiàn)出匯編語(yǔ)言的可用之處的案例.如在教學(xué)中引入了教學(xué)案例：（1）由于Linux內(nèi)核的啟動(dòng)部分是采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，可以閱讀分析bootsect.S，Setup.S，Head.S 這3 個(gè)啟動(dòng)文件；（2）引入C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程的案例，如C 語(yǔ)言調(diào)用匯編語(yǔ)言的案例、C 語(yǔ)言?xún)?nèi)嵌匯編的案例等；（3）利用反匯編軟件對(duì)PE 文件的分析，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的登陸密碼破解；（4）編寫(xiě)簡(jiǎn)單的軟件加密解密的程序；（5）分析簡(jiǎn)單的病毒程序等.通過(guò)引入?yún)R編語(yǔ)言實(shí)際應(yīng)用情境的案例，既讓學(xué)生真正了解匯編語(yǔ)言的使用場(chǎng)合及理解的匯編語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，又提高了學(xué)生的編程能力和應(yīng)用能力，打消了匯編語(yǔ)言無(wú)用的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望.

3 基于專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念的課堂教學(xué)模式改革

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的核心理念之一是以學(xué)生為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向.為達(dá)到工程教育認(rèn)證的這一理念，從3 個(gè)方面改革匯編語(yǔ)言課程的課堂教學(xué)模式，使學(xué)生由被動(dòng)的接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)的獲取知識(shí).

3.1 基于PBL 模式的課前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)是一種非常重要的學(xué)習(xí)方式，要養(yǎng)成課前預(yù)習(xí)的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣.而且到了大學(xué)階段課前預(yù)習(xí)更加必要了，因?yàn)榇髮W(xué)課堂每次課的內(nèi)容多，講課速度快，課堂強(qiáng)度比較大，如果不做好充分的預(yù)習(xí)，會(huì)影響教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.為了提高課堂效果，在匯編語(yǔ)言教學(xué)中采用基于問(wèn)題學(xué)習(xí)（Problem Based Learing，PBL）模式的課前預(yù)習(xí)方式，課前把下次課將要講授的內(nèi)容，凝練出具體問(wèn)題（見(jiàn)表1）.表1中列出了部分供學(xué)生課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去預(yù)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)的指向性更加明確，提高了預(yù)習(xí)的效率，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，也培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.

表1 課前預(yù)習(xí)的部分基礎(chǔ)問(wèn)題

3.2 傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合

傳統(tǒng)的師講生聽(tīng)、填鴨式的課堂教學(xué)模式，會(huì)使教學(xué)枯燥乏味，課堂沉悶且學(xué)生的參與度很低，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.為使學(xué)生能夠由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生的參與度，課堂教學(xué)采取將傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行.根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的難易程度及事先布置的預(yù)習(xí)任務(wù)，對(duì)于容易理解的教學(xué)內(nèi)容，如X86 的體系結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器分段管理、宏匯編等內(nèi)容，主要由學(xué)生來(lái)講解.學(xué)生在講解的過(guò)程中，鼓勵(lì)其他學(xué)生隨時(shí)提問(wèn)，并在課堂上進(jìn)行討論，這樣既能活躍課堂氣氛，又能檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況.對(duì)于學(xué)生容易出錯(cuò)或理論性比較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，如數(shù)據(jù)的尋址方式、指令對(duì)標(biāo)志位的影響、分析機(jī)器指令代碼等，由教師先講，然后讓學(xué)生參與討論，發(fā)表自己的見(jiàn)解和想法，同時(shí)提出疑問(wèn)供大家一起討論，對(duì)于不足之處由學(xué)生和教師補(bǔ)充.將傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式相結(jié)合，使課堂氣氛更加活躍，學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)的積極性明顯提高.

3.3 作業(yè)互評(píng)與成果展示

教師根據(jù)授課內(nèi)容和學(xué)習(xí)情況定期發(fā)布作業(yè)，學(xué)生除了按時(shí)完成作業(yè)外，還要對(duì)其他學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行匿名評(píng)價(jià).由于課堂時(shí)間受限，可以每次選幾名學(xué)生進(jìn)行作業(yè)互評(píng).學(xué)生為了能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)別人的作業(yè)，首先自己一定要深入思考，通過(guò)作業(yè)互評(píng)環(huán)節(jié)不但能夠加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，也能夠了解和學(xué)習(xí)其他學(xué)生解決問(wèn)題的思路和方法.對(duì)于錯(cuò)誤率較高的問(wèn)題，授課教師要及時(shí)分析和講解，并引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論.同時(shí)對(duì)于一些動(dòng)手能力比較強(qiáng)的學(xué)生，引導(dǎo)和鼓勵(lì)他們積極展示自己所開(kāi)發(fā)的作品，這樣不但能夠激勵(lì)開(kāi)發(fā)作品的學(xué)生本人，也能夠激勵(lì)其他學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.對(duì)于大家一致好評(píng)的作業(yè)或能夠積極展示自己開(kāi)發(fā)作品的學(xué)生，給予一定的獎(jiǎng)勵(lì).

4 結(jié)語(yǔ)

教學(xué)改革前后2 個(gè)教學(xué)年級(jí)成績(jī)對(duì)比分析見(jiàn)表2，其中2017 級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)采用改革前的教學(xué)方法，2018 級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)采用改革后的教學(xué)方法.由表2 可以看出，2018 級(jí)優(yōu)秀的學(xué)生比例大幅度提高，而70 分以下及不及格的學(xué)生的比例大幅度降低，明顯好于2017 級(jí)學(xué)生的成績(jī)，教學(xué)效果取得了較好的改善.

表2 成績(jī)分析比較

匯編語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心課程，與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等課程有著緊密的聯(lián)系，是理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心知識(shí)的橋梁，也是從事計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)，在人才培養(yǎng)中起著重要作用.本文以工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念為導(dǎo)向，在匯編語(yǔ)言課程教學(xué)中，盡量克服以往教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)器思維、系統(tǒng)思維及實(shí)踐能力.教學(xué)實(shí)踐表明，本文提出的匯編語(yǔ)言課程的教改方法，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)匯編語(yǔ)言的理解和運(yùn)用，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提升匯編語(yǔ)言課程的教學(xué)效果.