基于項目驅(qū)動的模塊化教學(xué)在微機原理與接口技術(shù)中的應(yīng)用研究

徐嘉莉 周曉清 朱曉玲

摘要：針對微機原理與接口技術(shù)課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足，依據(jù)教學(xué)模塊化的理念，重建微機原理與接口技術(shù)課程的專業(yè)知識體系，使學(xué)生從整體觀、全局觀去掌握微機原理的基本知識及工作原理；依據(jù)項目驅(qū)動的理念，將傳統(tǒng)實驗項目化，進一步幫助學(xué)生鞏固微機原理知識、完善專業(yè)知識體系，提高硬、軟件分析設(shè)計能力。實踐證明該方法不僅能夠解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，而且能在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)生的硬軟件分析設(shè)計能力。

關(guān)鍵詞：項目驅(qū)動；模塊化；微機原理與接口技術(shù)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）13-0152-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

微機原理與接口技術(shù)是通信工程、電子信息工程、自動化工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課，理論性、實踐性很強。該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的微型計算機軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用能力，但是，微機原理與接口技術(shù)課程的傳統(tǒng)教學(xué)存在知識點抽象而且離散、驗證性實驗較多而且考核方式單一等不足，這些導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、對微機原理與接口技術(shù)的知識體系不夠明晰、硬軟件分析設(shè)計能力不足等問題。

因此，將基于理論知識模塊化、實驗內(nèi)容項目化的理念應(yīng)用在微機原理與接口技術(shù)教學(xué)改革中，構(gòu)建完整的微機原理與接口技術(shù)的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的軟、硬件分析設(shè)計能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)夯實基礎(chǔ)。

1 微機原理與接口技術(shù)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足

1.1 知識點多而離散，且抽象

微機原理與接口技術(shù)課程由計算機組成原理、匯編程序設(shè)計語言、微型計算機系統(tǒng)與接口技術(shù)三門課融合而成，從傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容的組織來看，這三部分理論知識點多，相互之間比較離散且抽象，這就導(dǎo)致學(xué)生不明了微機原理與接口技術(shù)的知識體系、學(xué)習(xí)難度大、學(xué)習(xí)目的不明確，在一定程度上影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.2 驗證性實驗較多且考核方式單一

微機原理與接口技術(shù)課程的實驗教學(xué)主要采用“實驗箱 + 匯編集成開發(fā)環(huán)境”模式，實驗指導(dǎo)書提供了實驗所需的源程序代碼、固定的硬件連接圖、程式化的操作步驟。學(xué)生只需要機械地根據(jù)實驗指導(dǎo)書提供的步驟就可完成相應(yīng)的實驗。顯然，這種驗證性的實驗?zāi)Ｊ届`活性、創(chuàng)新性不足，學(xué)生不能靈活自由地設(shè)計實驗，限定了學(xué)生的思維拓展。最后，每個學(xué)生的實驗內(nèi)容和實驗報告一模一樣，老師僅根據(jù)實驗結(jié)果和實驗報告來判分，不能充分體現(xiàn)學(xué)生的實際水平，有失公允[1-2]。這些都導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性、主動性，不利于學(xué)生提升軟、硬件能力，更不用說創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)。

2 微機原理與接口技術(shù)理論教學(xué)模塊化

微機原理與接口技術(shù)課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容組織如表1所示。

從表1可以看出，微機原理與接口技術(shù)包含了計算機組成原理、匯編程序設(shè)計語言、微型計算機系統(tǒng)與接口技術(shù)三門課的內(nèi)容，知識點繁多。從表 1也可以看出，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容組織方式使得各個知識點之間的聯(lián)系不夠緊密，比如，根據(jù)馮·諾依曼思想，8086微處理器和半導(dǎo)體存儲器本屬于微處理器系統(tǒng)范疇，卻分屬于第2章和第5章，中間穿插了8086指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計，使得知識點不連貫。這種知識點之間松散的關(guān)系會讓學(xué)生對知識的脈絡(luò)不夠清晰，加大學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

根據(jù)教學(xué)大綱，微機原理與接口技術(shù)課程的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的硬件系統(tǒng)分析設(shè)計能力、軟件分析設(shè)計能力和芯片應(yīng)用能力，因此，依據(jù)這三大培養(yǎng)目標(biāo)能力，根據(jù)微機原理與接口技術(shù)課程的理論知識點之間的層次結(jié)構(gòu)和內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合馮·諾伊曼思想，打亂傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的組織順序，將微機原理與接口技術(shù)課程的理論知識點整合為三大模塊：基于8086CPU的微型計算機系統(tǒng)模塊、匯編語言程序設(shè)計模塊及接口技術(shù)模塊[3]，具體見表2所示。

從表2可以看出，三大教學(xué)模塊囊括了微機原理與接口技術(shù)課程所有的知識點內(nèi)容，也契合了三大培養(yǎng)目標(biāo)能力。其中，模塊一使學(xué)生能夠較為完整地理解并掌握微型計算機的設(shè)計思想、基本組成、邏輯結(jié)構(gòu)及各部分的功能特征，乃至8086微處理器的典型時序及操作，提升硬件系統(tǒng)分析及設(shè)計能力，也能輔助提升芯片應(yīng)用能力；模塊2使學(xué)生能夠掌握匯編語言程序設(shè)計的編程思想及DOS和BIOS的功能調(diào)用，培養(yǎng)學(xué)生軟件分析、設(shè)計能力，進一步加強學(xué)生對微型計算機系統(tǒng)工作原理的理解，提升硬件系統(tǒng)分析設(shè)計能力；模塊三可以使學(xué)生掌握基本的接口設(shè)計方法，更進一步加深理解并掌握微型計算機系統(tǒng)的組成及工作原理，培養(yǎng)學(xué)生的芯片應(yīng)用能力，也提升學(xué)生的軟件分析及設(shè)計能力、硬件系統(tǒng)分析及設(shè)計能力。

顯然，依據(jù)三大目標(biāo)能力的微機原理與接口技術(shù)的理論知識點的模塊劃分不僅使學(xué)生能清晰掌握微機原理與接口技術(shù)課程的知識脈絡(luò)，構(gòu)建完整的知識體系，而且還能使學(xué)生更加清楚地了解各個模塊最終的培養(yǎng)目標(biāo)能力，明確學(xué)習(xí)目的，增強學(xué)習(xí)興趣[4]，進而克服傳統(tǒng)教學(xué)中知識點多而散帶來的知識結(jié)構(gòu)混亂、學(xué)習(xí)目的不明確的缺點。

3 微機原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)項目化

3.1 微機原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)項目化

傳統(tǒng)的微機原理與接口技術(shù)實驗內(nèi)容包括4個實驗，具體內(nèi)容如表3所示。

從表3可以看出，匯編語言程序設(shè)計占全部實驗的50%，占比太重；芯片應(yīng)用占全部實驗的50%，且只涉及教學(xué)大綱要求的芯片數(shù)的一半，這主要是因為受實驗課時的限制。四個實驗均屬于驗證性實驗，因為實驗指導(dǎo)書提供了相應(yīng)的電路連接圖、源代碼和操作過程，顯然，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的軟、硬件分析設(shè)計能力及創(chuàng)新能力。而且4個實驗的關(guān)系是分割的，尤其是關(guān)于匯編語言程序設(shè)計的兩個實驗內(nèi)容與后續(xù)的芯片實驗內(nèi)容并無關(guān)聯(lián)，這在一定程度上會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

因此，依據(jù)微機原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)大綱，抓住CPU內(nèi)部架構(gòu)和工作原理兩個“重心”、CPU與存儲器和 CPU與外設(shè)進行信息交換兩個“基本點”，對傳統(tǒng)實驗項目編整與規(guī)劃，將單一的驗證性實驗改為模塊化項目式實驗——基于8086CPU的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，讓學(xué)生在項目的實施過程中鞏固微機原理與接口技術(shù)的基本概念和工作原理，完善知識體系，進一步培養(yǎng)其軟硬件分析、設(shè)計能力及團隊協(xié)作能力[5-6]。

基于項目驅(qū)動的微機原理與接口技術(shù)實驗組織內(nèi)容如表4所示。從表4可以看出，基于8086CPU的交通燈系統(tǒng)項目將微機原理與接口技術(shù)課程中傳統(tǒng)的、驗證性實驗?zāi)依ㄔ谝黄?。從?也可以看出，該綜合性項目分為三個模塊：8086最小系統(tǒng)設(shè)計模塊、匯編程序設(shè)計模塊、接口技術(shù)設(shè)計模塊，恰好與理論知識點的模塊劃分相呼應(yīng)（表2） ，也對應(yīng)三大目標(biāo)能力。模塊一要求學(xué)生基于Proteus設(shè)計一個最小系統(tǒng)，使學(xué)生掌握8086CPU最小系統(tǒng)的基本構(gòu)成，明晰地址總線和數(shù)據(jù)總線的構(gòu)成，并對8086CPU的結(jié)構(gòu)、總線時序、存儲器組織等知識點有更進一步的理解，在一定程度上提高學(xué)生的8086硬件系統(tǒng)分析及設(shè)計能力。其次，模塊二包括信號燈軟件定時程序設(shè)計和緊急情況下四向紅燈的中斷服務(wù)程序設(shè)計兩個子項目，使學(xué)生更加熟練掌握8086的尋址方式和指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計方法及調(diào)試，

進一步提高學(xué)生的軟件分析、設(shè)計能力。最后，模塊三包括基于74HC373的信號燈電路設(shè)計、基于8255A的信號燈可控設(shè)計、基于8253的硬件定時設(shè)計和基于8259A的緊急情況下四向紅燈設(shè)計4個子項目，旨在培養(yǎng)學(xué)生的8086硬件系統(tǒng)分析及設(shè)計能力、芯片選型及應(yīng)用能力。

從表4可以看出，模塊二包含的子項目與模塊三包含的子項目聯(lián)系緊密，比如，“信號燈軟件定時程序設(shè)計”是“基于8255A的信號燈可控設(shè)計”的軟件部分，“緊急情況下四向紅燈的中斷服務(wù)程序設(shè)計”是“基于8259A的緊急情況下四向紅燈設(shè)計”的軟件部分。同樣，模塊二和模塊三都是在模塊一的基礎(chǔ)上實現(xiàn)，三大模塊緊密聯(lián)系，構(gòu)成了基于8086CPU的一個完整的交通燈系統(tǒng)，這將會在一定程度上提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 微機原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)項目化實施

將項目驅(qū)動思想引入實驗教學(xué)中[7-8]，事先將實驗題目、實驗要求通知學(xué)生，學(xué)生以小組為單位，組內(nèi)同學(xué)團結(jié)協(xié)作，了解實驗原理、構(gòu)思電路連接圖、編寫驅(qū)動軟件、設(shè)計實驗步驟，借助仿真軟件Proteus在線下、截止時間前，完成實驗，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的軟、硬件分析設(shè)計能力和團隊協(xié)作能力，也能彌補實驗課時不夠的不足；在實驗課上，以小組為單位，選出一個學(xué)生代表向老師進行實驗演示及演講，老師根據(jù)該組同學(xué)演示的情況、實驗題目的難易程度及實驗過程中遇到的問題向小組內(nèi)的每個同學(xué)提問，被提問的學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成答辯。這樣就把驗證性實驗變成了綜合性、創(chuàng)新性實驗。如基于8086CPU的十字路口交通燈系統(tǒng)中，針對組內(nèi)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不好的同學(xué)，要求其能講解該交通燈系統(tǒng)的工作原理等基本知識；對學(xué)有余力的同學(xué)，要求他們現(xiàn)場分析該系統(tǒng)的優(yōu)點、不足，引導(dǎo)學(xué)生從硬件、軟件部分對系統(tǒng)進行優(yōu)化，并讓優(yōu)秀的同學(xué)帶領(lǐng)基礎(chǔ)差的同學(xué)一起進步。最后，教師根據(jù)實驗演示、答辯的情況，結(jié)合實驗報告給出實驗成績，克服了僅憑實驗報告、不重實驗過程的傳統(tǒng)實驗評價方法帶來的缺點。

實驗項目化不但讓學(xué)生了解了實驗必須具備的基本理論，還舉一反三，實現(xiàn)了多個知識模塊之間的融會貫通，極大地提升了學(xué)生硬軟件分析設(shè)計能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且重視過程的實驗考核方式也改變了傳統(tǒng)的實驗考核方式，極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

4 結(jié)束語

本文采用模塊化的教學(xué)理念，使微型計算機原理與接口技術(shù)的各理論知識點模塊之間的內(nèi)容層次及邏輯更加清晰，使學(xué)生更容易理解、接受。基于項目驅(qū)動的實驗教學(xué)理念設(shè)計實驗項目，使學(xué)生進一步完善“微機原理與接口技術(shù)”的知識體系結(jié)構(gòu)，提升軟、硬件分析設(shè)計能力，進一步提升自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

通過隨堂師生互動、學(xué)生為主導(dǎo)的習(xí)題課、問卷調(diào)查、實驗課答辯情況以及期末教學(xué)評價可知，基于項目驅(qū)動的微機原理與接口技術(shù)課程模塊化教學(xué)方式不僅能克服傳統(tǒng)教學(xué)的缺點，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能在很大程度上提升學(xué)生的軟、硬件分析設(shè)計能力及芯片應(yīng)用能力。

參考文獻：

[1] 劉軍芳，孫金萍.應(yīng)用型復(fù)合型人才培養(yǎng)模式的研究與實踐——基于項目驅(qū)動的《微機原理與接口技術(shù)》實驗教學(xué)改革[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，19（4）：100-102，108.

[2] 劉娟，黃忠.微機原理與接口技術(shù)項目驅(qū)動教學(xué)[J].安慶師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，25（4）：96-98.

[3] 周皓陽，李靜，馮寶，等. 基于項目驅(qū)動的自動化專業(yè)微機原理課程模塊化教學(xué)探索[J]. 教育教學(xué)論壇，2020，10（42）：200-201.

[4] 史道玲. 以興趣為導(dǎo)向的微機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)方法探討[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2020，19（8）：155-156.

[5] 謝宏霖.基于“項目驅(qū)動法”的單片機類課程教學(xué)探索[J].電腦知識與技術(shù)，2012，8（30）：7290-7292.

[6] 張本文.單片機原理實踐教學(xué)與項目驅(qū)動結(jié)合改革初探[J].電腦知識與技術(shù)，2021，17（9）：155-156.

[7] 常鳳筠.項目式教學(xué)法在微機原理課程教學(xué)改革中的探索和應(yīng)用[J].才智，2019（2）：12.

[8] 蘇日建，郭功兵.基于項目驅(qū)動的微機原理與接口技術(shù)教學(xué)方法研究[J].河南教育，2015（8）：76-77.

【通聯(lián)編輯：王力】