以考促學(xué)助力微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)探析

楊玫　李瑛　李祁

關(guān)鍵詞：以考促學(xué)；微機(jī)原理與接口技術(shù)；成果導(dǎo)向；BOPPPS

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）10-0166-03

成果導(dǎo)向（OBE，Outcome Based Education）[1-2]教育理念非常重視學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用，但是教學(xué)中經(jīng)常會(huì)遇到很多學(xué)生學(xué)習(xí)完課程卻達(dá)不到應(yīng)用目標(biāo)的情況，這是因?yàn)槿魏沃R(shí)的學(xué)習(xí)都包含兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是記憶理解基本概念、術(shù)語(yǔ)和相關(guān)原理；第二個(gè)階段才是知識(shí)的應(yīng)用。如果基礎(chǔ)不扎實(shí)，應(yīng)用是很難走深走遠(yuǎn)。本文將結(jié)合微機(jī)原理與接口技術(shù)課程，討論以考促學(xué)如何幫助學(xué)生快速通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

1 微機(jī)原理與接口技術(shù)課程特點(diǎn)

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，課程以Intel 8086/8088 微處理器為例，介紹了微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部引腳和工作原理，以及指令系統(tǒng)、存儲(chǔ)器、接口與微處理器的連接，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)能闡述微型計(jì)算機(jī)的工作原理，能進(jìn)行簡(jiǎn)單微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。課程存在如下特點(diǎn)：

1.1 課程主線清晰，思維要求高

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程以微機(jī)工作原理為主線，教學(xué)內(nèi)容圍繞其展開(kāi)，從微機(jī)組成開(kāi)始，分別介紹微處理器、存儲(chǔ)器、總線和接口的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，邏輯結(jié)構(gòu)清晰明了。但是由于日常所說(shuō)的微機(jī)實(shí)際上指的是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)科學(xué)中的微機(jī)在概念上存有差別，學(xué)生在理解上存在誤區(qū)，不能很好地把握課程主線，導(dǎo)致對(duì)課程認(rèn)知存在偏差，很多學(xué)生誤解課程是要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件維修。

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，特別是智能手機(jī)的普及，操作計(jì)算機(jī)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，但是理解計(jì)算機(jī)工作原理卻變得越來(lái)越難。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)本課程前，只學(xué)習(xí)了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)兩門課程，計(jì)算思維尚未建立起來(lái)，增加了課程學(xué)習(xí)的難度。

1.2 概念術(shù)語(yǔ)龐雜，抽象難理解

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程包含大量計(jì)算機(jī)學(xué)科的概念術(shù)語(yǔ)，比如物理地址、邏輯地址、尋址方式、中斷、并行、串行等，都比較抽象，較難理解。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，本課程所涉及的眾多概念術(shù)語(yǔ)都是第一次接觸，理工科專業(yè)的學(xué)生通常學(xué)過(guò)數(shù)字電子技術(shù)，接觸過(guò)寄存器、觸發(fā)器和譯碼器等，理解上可能容易些，對(duì)于偏文科的學(xué)生會(huì)很困難。由于歷史等原因，很多微機(jī)原理與接口技術(shù)教材上的電路圖繪制不規(guī)范，芯片引腳命名不統(tǒng)一，也會(huì)引起學(xué)生學(xué)習(xí)困擾。

1.3 綜合應(yīng)用廣泛，知識(shí)跨度大

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程前半部分學(xué)習(xí)微機(jī)工作原理，后半部分是接口，課程最終落腳點(diǎn)放在了接口芯片的應(yīng)用上，部分學(xué)生學(xué)習(xí)前半部分時(shí)雖然感覺(jué)難，但還能跟上，等到了接口芯片的應(yīng)用，感覺(jué)很難，有學(xué)生甚至覺(jué)得這是學(xué)了兩門課嗎？接口芯片的應(yīng)用部分綜合應(yīng)用了前面所學(xué)的知識(shí)，因?yàn)閼?yīng)用必然需要應(yīng)用情境。當(dāng)前教學(xué)改革強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)課程與學(xué)生專業(yè)結(jié)合，情境往往與專業(yè)背景有關(guān)，提前讓學(xué)生接觸專業(yè)背景目的是好的，但是知識(shí)跨度大，無(wú)形中可能增加基礎(chǔ)課程的教學(xué)難度。

另外，微機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共同構(gòu)成，二者相輔相成，缺一不可。為了便于教學(xué)，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)分別開(kāi)設(shè)課程，微機(jī)原理與接口技術(shù)課程為硬件類課程，但包含匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)屬于軟件類課程，可以零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，但是如果對(duì)硬件理解較深，可以更深刻地理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部執(zhí)行程序的過(guò)程和原理。在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程中，可以繼續(xù)分類，將教學(xué)內(nèi)容分為微處理器、存儲(chǔ)器、總線和接口幾個(gè)部分，幾個(gè)部分之間都是“你中有我，我中有你”，但是學(xué)生在學(xué)習(xí)完微處理器、存儲(chǔ)器、總線和接口后，一到接口芯片幾乎全是綜合應(yīng)用，好像完全沒(méi)有過(guò)渡，學(xué)生能明顯地感受到知識(shí)間存在的割裂感。

2 以考促學(xué)助力微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)

2.1 以考促學(xué)融入教學(xué)各環(huán)節(jié)

混合式教學(xué)[3-4]背景下，課程教學(xué)包含課前、課中和課后三個(gè)階段。課前，教師提供學(xué)習(xí)任務(wù)單幫助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容包括本節(jié)課所需的預(yù)備知識(shí)和部分簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)，教師提供微課等視頻，主要針對(duì)知識(shí)內(nèi)化；課中，教師指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)，主要針對(duì)知識(shí)的初級(jí)應(yīng)用；課后，學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行復(fù)盤，主要針對(duì)知識(shí)的高級(jí)應(yīng)用與綜合應(yīng)用。三個(gè)階段作為一個(gè)整體，共同支撐教學(xué)過(guò)程的完成。前面階段的學(xué)習(xí)效果直接影響后續(xù)階段的學(xué)習(xí)效果。引入以考促學(xué)可以檢驗(yàn)每一階段的學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而對(duì)下一階段的教學(xué)進(jìn)行有效調(diào)整。

2.2 以考促學(xué)改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的可操作性

“以學(xué)生為中心”的教育理念提倡教學(xué)目標(biāo)的可操作性，教學(xué)大綱中的了解、理解等字眼可操作性比較差，學(xué)生對(duì)其理解與教師的理解可能天差地別。以“理解微機(jī)工作原理”這句話為例，教師通常是這樣認(rèn)為的：能說(shuō)出微機(jī)的組成，能結(jié)合8086/8088微處理器說(shuō)出如何取指令、分析指令、執(zhí)行指令，而學(xué)生往往是這樣認(rèn)為的：微機(jī)的工作原理是程序存儲(chǔ)程序控制。

以考促學(xué)可以通過(guò)填空等形式，將教學(xué)目標(biāo)分解細(xì)化，提高其可操作性。仍以“理解微機(jī)工作原理”為例，教學(xué)目標(biāo)修改為：能說(shuō)出微機(jī)的組成，能說(shuō)出8086/8088微處理器的組成，能結(jié)合8086/8088微處理器舉例說(shuō)明如何取指令、分析指令、執(zhí)行指令。對(duì)應(yīng)的測(cè)試題可以設(shè)置如下：①微型計(jì)算機(jī)的組成包括________、________、________和________。②8086/8088 微處理器由兩部分組成，分別是________和________。③以指令A(yù)DD AL， 5為例，說(shuō)明8086/8088 微處理器中如何取指令、分析指令、執(zhí)行指令?？吹竭@樣的測(cè)試題目，學(xué)生很直觀地了解自己的學(xué)習(xí)狀況，教師拿到答卷也很清楚地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

2.3 以考促學(xué)關(guān)鍵在于試題設(shè)計(jì)

以考促學(xué)往往被認(rèn)為等同于應(yīng)試教育，但是應(yīng)試教育是相對(duì)于素質(zhì)教育而言的，二者并不是以是否有考試來(lái)進(jìn)行劃分的。是不是應(yīng)試教育跟考不考試無(wú)關(guān)，關(guān)鍵還是要看試題的使用目的，目的不同相同知識(shí)點(diǎn)的試題設(shè)計(jì)是不同的。以標(biāo)志寄存器為例，初學(xué)時(shí)要求學(xué)生能根據(jù)運(yùn)算結(jié)果判斷CF、SF、OF和ZF四個(gè)標(biāo)志位的值，出題如下：計(jì)算-55+108，判斷標(biāo)志寄存器CF、SF、OF和ZF四個(gè)標(biāo)志位的值。待課程結(jié)束時(shí)，直接給出計(jì)算式判斷標(biāo)志位知識(shí)點(diǎn)單一，不符合綜合應(yīng)用的目的，出題如下：

有以下程序段：

MOV AX， 119E

XOR BX， BX

MOV AL， 20

MOV BL， 30

SUB AL， BL 請(qǐng)問(wèn)：上述程序段執(zhí)行后，AX、BX、CF和ZF的值是什么。

2.4 以考促學(xué)不是知識(shí)應(yīng)用的終點(diǎn)

以考促學(xué)是課程教學(xué)中的輔助手段，借助考試這一手段，可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的鞏固，助力知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用，但是考試不能代替知識(shí)的應(yīng)用。教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)將考試作為對(duì)知識(shí)應(yīng)用考核的唯一手段。以考促學(xué)是利用考試這一形式促進(jìn)學(xué)習(xí)，絕不是以考定學(xué)，不能用考試來(lái)判定學(xué)習(xí)效果。針對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，用考試的形式幫助學(xué)生較快通過(guò)基礎(chǔ)關(guān)，有效銜接應(yīng)用關(guān)，為通過(guò)應(yīng)用關(guān)打好基礎(chǔ)。

3 教學(xué)案例

以微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的微處理器一節(jié)為例，介紹如何將以考促學(xué)引入教學(xué)設(shè)計(jì)，課堂教學(xué)采用BOPPPS教學(xué)模型[5-6]。表1給出了以考促學(xué)應(yīng)用前后教學(xué)設(shè)計(jì)框架對(duì)比。

4 教學(xué)效果

筆者從2002年開(kāi)始從事微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的教學(xué)工作，平均每年承擔(dān)一個(gè)教學(xué)班次，這期間沒(méi)有采用以考促學(xué)，直至2016年開(kāi)始嘗試翻轉(zhuǎn)課堂、BOPPPS模型和對(duì)分課堂等，在教學(xué)過(guò)程中逐漸意識(shí)到以考促學(xué)的重要性，特別是對(duì)基本理論知識(shí)的理解非常重要，同時(shí)也在思考如何在教學(xué)中通過(guò)測(cè)試的形式提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。2020年，課程教學(xué)由線下轉(zhuǎn)為線上教學(xué)，采用“騰訊課堂+雨課堂”的形式，線上教學(xué)雖然可以通過(guò)攝像頭看到學(xué)生，但是失去了線下教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)感，教師很難通過(guò)表情等即時(shí)獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)結(jié)束進(jìn)行一個(gè)小測(cè)試可以即時(shí)獲得學(xué)習(xí)反饋，有助于教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度。在雨課堂的隨堂測(cè)試中因?yàn)轭}量少時(shí)間限制在30 秒～120 秒之間，所有學(xué)生可以分發(fā)相同的題目，但是發(fā)布課后作業(yè)時(shí)，因?yàn)轭}量大，時(shí)間設(shè)置也長(zhǎng)，需要采用一人一卷的形式。經(jīng)過(guò)幾輪教學(xué)，初步形成相對(duì)成型的教學(xué)模式，針對(duì)課程特點(diǎn)相繼建設(shè)了作業(yè)庫(kù)和試題庫(kù)，教學(xué)效果也獲得了提升，圖2為近五年微機(jī)原理與接口技術(shù)課程平均成績(jī)。

5 結(jié)論

將以考促學(xué)應(yīng)用到微機(jī)原理與接口技術(shù)課程以后，學(xué)生學(xué)習(xí)效果有所提高，但是對(duì)課前、課中和課后三個(gè)階段的試題設(shè)計(jì)仍需加強(qiáng)，應(yīng)明確不同階段的測(cè)試目的，針對(duì)測(cè)試目的針對(duì)性進(jìn)行題目設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生刻意練習(xí)，為知識(shí)應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)。