“微機原理與接口”課程在不同專業中的定位及講授藝術研究

摘要：作為高等工科院校電類各專業、計算機專業、機械設計制造及自動化、機電一體化、過程裝備與控制等工科專業必修的課程之一，文章分析了目前“微機原理”課程的教學現狀；從培養應用型人才的角度出發，論證和探討了課程在不同專業中的定位及講授藝術。

關鍵詞：微機原理；施教對象；講授藝術

中圖分類號：G64文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）04-0016-03

1 引言

“微機原理與接口”課程（以下簡稱“微機原理”）一直作為高等院校電類各專業、計算機專業、機械設計制造及自動化、機電一體化、過程裝備與控制、化工儀器儀表等工科專業必修的課程之一（電類為專業基礎課）。近年，隨著計算機技術、微電子技術的飛速發展，微機及其相關的技術以超常的速度跟進，新技術新設備層出不窮，使得微機原理課程的內容越來越多；另外，計算機及其相關產品越來越多地沖擊著人們的工作方式和生活方式，高等院校中越來越多的理工科專業要求開設微機原理（計算機硬件基礎）課程。然而，正是微機原理課程教學內容量大， 教學對象面廣，各類專業的學生基礎差別較大，使得非計算機、非電專業的學生感到抽象難學；另外，部分學校課程名稱及授課內容較混亂，如同是微機原理課程，有的班級上80X86，有的班上8051（多為機械專業等非電專業，建議課程名稱應統一為“微機原理及接口技術”和“單片機原理及應用”）；第三，在教學時數上課時差別教大，多為:計算機專業: 60—80學時；電類專業：60—75學時；機械類專業：40—50學時；第四，基礎知識差別大：計算機專業有先導課“計算機系統結構”、“計算機組成原理”，還有平行開設的“匯編語言程序設計”；電類專業有模電/數電等先導課程；其他理工類專業（如機械類專業）卻只有僅僅是把電路分析、模擬電路、數字電路、電機學、變流技術等整合為一門課的電工學，以及“計算機應用基礎”。可見有限學時下微機原理課程要在不同施教對象中按照“厚基礎、寬口徑、重應用”的宗旨，因材施教并非一件易事。

此外，由于計算機硬軟件技術發展很快，而且硬件新技術、匯編語言新版本大多和原有的基礎技術一脈相承，所以有些老師覺得講授最新的更好，而有些老師則認為還是講授基礎性知識好，兩者難于統一。

本課題研究小組經過大量的研究實踐，在本校教學中大膽進行改革，把“微機原理與接口”課程（“計算機硬件基礎”）分成3~4個授課層次（如A、B、C、D類）分別制定出不同的教學大綱來執行，因材施教，各取所需。

2 在計算機專業中把握好整體與個體、取與舍的辯證關系

微機技術的發展使得微機原理課程包羅了太多的內容：除了指導委員會確定的七個基本知識單元（微處理器、存儲器、指令系統、輸入和輸出、I/O接口技術和微機應用系統）之外，32位、64位CPU內部結構及多級流水線工作原理、虛地址下的尋址過程、高檔CPU新增指令及MASM32匯編語言語法規范（乃至WIN32編程等）、段頁存貯管理及芯片組、總線標準（EISA、PCI、USB等）等新內容也不能不涉及。

如果仍然僅以8086CPU來講授，對計算機軟件、計算機應用專業學生來說，未免過于落后，因為8086CPU和現用的Pentium相比，至少已經淘汰了三代；另外，對計算機專業學生來說，他們已經學習了先導課“計算機系統結構”、“計算機組成原理”，“計算機”和“80X86微機”二者是整體與個體、一般與特殊的關系，并且一般還有與“微機原理”同步開設的“匯編語言程序設計”（一般開設順序多為：匯編語言→微機原理→接口技術[→單片機應用]），因此，在有限學時下，象數制、原碼、補碼加減原理、ALU原理、16位匯編語言等部分完全應從簡處理，而應重點講授80386/80486/Pentium內部結構及工作機理、存貯管理技術（包括段頁式存貯管理、Cache原理與訪問管理、虛擬存貯管理）、I/O接口及外設接口（硬、軟盤驅動器接口、網絡與通信接口、打印機接口等）、芯片組技術，總線標準與接口技術（ISA、PCI、USB等）等，尤其是8086/8088時代的接口芯片多數已淘汰，新的芯片組在結構和功能上已與早期芯片具有本質區別，所以將原來側重芯片的內部結構改為側重芯片應用是必由之路。這樣才符合“厚基礎、寬口徑、重應用”的培養目標。當然，計算機專業的“微機原理”教學大綱的制訂絕對不是孤立的，比如32位匯編語言和Win32編程如果在“匯編語言程序設計”大綱中要求掌握的話，“微機原理”大綱就可另辟重點。

3 在電類各專業中把握好一般到特殊、基礎與應用的辯證關系

“微機原理與接口”是電類各專業處于核心地位的專業基礎課，本專業的學生在此之前有些雖沒有學過“組成原理”、“系統結構”等課，但諸如匯編語言、中斷、定時與計數技術、存貯器擴展、串并口擴展、總線標準等都是后備課如“單片機原理與接口”、“計算機控制”、“可編程控制器PLC”、“DSP數字信號處理”等課（電類專業一般為：微機原理及接口技術 60—80學時→單片機原理及應用40—60學時）以及日后從事科研所必需的，尤其是“單片機原理與接口”和“計算機控制技術”的學習必須以“微機原理及接口技術”奠基。

事實上，從“微機原理”到“單片機原理”是一般到特殊的關系，“單片機原理”是“微機原理”的后補課程，兩門課都是實用性很強的課程，學好了微機原理，單片機原理是稍學即會。象微機原理中的地址、寄存器、鎖存器、控制字、堆棧、中斷、定時與計數技術等概念可在單片機原理課程學習中直接應用；但是，工業過程控制中用的更多的是單片機控制和PLC控制（即使象網絡控制、現場總線控制其終端實現也一般用單片機或PLC控制），所以和單片機共有的匯編語言、CPU結構原理，存儲器擴展、并/串行口擴展、總線、LED及鍵盤的接口等內容的講述要不厭其煩，舉一反三，而前述的計算機專業所側重的高檔CPU的段頁式存貯管理、Pentium結構及芯片組、硬、軟驅接口、MASM32及Win32編程技術等雖不能不提，但應適當從簡，不要讓學生感到既多又雜，抽象難學，甚至出現畏難情緒，要知道，基本原理部分如果不理解透徹，單片機應用及計算機控制系統的學習就無所適從，而且直接影響著畢業設計的質量。

4 在非電、非計算機理工類專業中把握好基本原理與一般原理、開與合的辯證關系

由于微機（單片機、PLC）作為智能化機電產品的大腦與心臟，在超精密加工、數控機床、機電一體化、機器人技術中有著日益廣泛的應用，使得微機原理（有的學校開設微機原理課，但實際講授內容為“單片機原理”）也成為機電一體化、過程裝備等機類專業學生必修的一門課程，但是在授課過程中我們明顯感到兩點：第一，學生與微機相關的基礎知識薄弱，因為他們僅僅是把電路、模電、數電、電機學、變流技術等整合成一門電工學去學的，觸發器、譯碼器、計數器、存儲器等知識中的部分，甚至全部內容都是蜻蜓點水、點到為止，沒有深入學習；第二，在機械類專業中“微機原理”課程學時很有限，一般在40-50學時之間；基于上述原因，學過兩周該課的大多數同學反映，該課抽象難懂，神秘莫測。所以一開始應把數制及典型單元電路的原理講清楚以揭開CPU的神秘面紗；要有重點有選擇地講清其原理，如門控電路及控制字，一位ALU的結構、傳統CPU取指令和執行指令的過程、步驟。另外，對機械類專業學生來講，他們掌握單片機原理可能比8086原理更重要，所以在8086原理講完后，最好花幾個課時介紹8051等單片機，8051和80X86同為Intel公司的拳頭產品，匯編語言助記符十分相象，有了80X86作基礎，作比較，學8051很輕松；這也是開與合的關系。開是發散，由8086發散到8051單片機；合是聚集，機類學生計算機原理僅此一門，8051不能不聚到中去講，但8086是基礎，是主要講授對象，8051單片機是應用，要講究適度，開是放的開，聚是收得攏，百變不應離其宗。

5 在文、管、法等文科專業中把握好深入與淺出的辯證關系

學習的目的是為了應用，而計算機是一個工具，對這個工具的原理應該多少懂一些，這是這類學生的目的所在，正是由于匯編語言課深奧枯燥，大家才喜歡使用可視化的高級語言及其編程工具，所以這類專業的“微機原理與接口”一般更名為“計算機硬件技術基礎”。對這類專業學生不要大講特講80X86宏匯編語言程序設計、CRT顯示控制編程等較深內容，只有有的放矢，深淺適度，才能調動學生的積極性，激起學生的求知欲，從而收到相得益彰的效果。淺是表達，深是理解；淺是弄懂，深是探求；淺是深的必要前提，深是淺的必然深化。要按照“培養既精通本專業知識，又能應用計算機知識，解決實際問題的復合型人才”計劃來培養，讓缺乏基礎知識的學生由淺入深，循序漸進地學習和學習計算機原理，掌握基本知識，更要掌握一些實用知識如芯片組技術、USB接口、PCI、AGP總線、EIDE、SCSI標準等，要配合實物與實驗幫助學生從感性知識上升到理性認識。

6 在講授藝術上要把握好雅與俗、莊與諧、形象與抽象的關系

（1）恰當的應用俗語是提高學生理解能力的必要手段，“雅”是指用專業語言，用詞規范，語句縝密，“俗”是口語，具有通俗易懂，親切自然，比如，微機原理中的“總線”就是計算機系統中的“信息高速公路”，CPU總線浮空，就是該段“高速公路”關閉。

（2）工科“微機原理”也要講求“莊”與“諧”，“莊”是莊重、嚴肅，“諧”是詼諧、幽默，莊諧并用，寓莊于諧，讓學生在輕松愉快的氣氛中接受知識，但“莊”與“諧”的應用要適度。比如，“二級控制模塊DMA請求總線使用權”是“中層領導向最高層領導申請”，因為“DMA控制器有總線控制權，所以不是處于最底端；又如 “偽指令和指令相比不產生機器代碼，不占據存儲單元、起管理作用”可說成“偽指令是指令的后勤管理員”。

（3）提高學生形象思維能力也是課堂教學中幫助學生理解的重要手段，形象的比喻及嚴密的邏輯性語言可以觸類旁通，幫助理解。例如，“間接尋址”是寄存器中放的是存貯單元的有效地址，按該地址便能找到操作數，可以這樣理解，“張三要找李四，但只有王五有李四住址”，所以張三找到王五也就找到了李四，這是間接找法。

7 結 語

總之，在有限學時下，對于包羅了太多的內容的“微機原理”課程，我們一定要針對不同的專業對象，把握好幾個辨證關系，合理地制定適合于該專業的教學大綱，而不應把一個相同內容的大綱強加到所有的專業；另外，講課是一門藝術，在語言藝術上，熟能生巧，這是筆者講授“微機原理”多年的深刻體會。

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投稿日期：2006-08-07

作者簡介：

曹雙貴，講師，碩士，長期講授“微機原理”、“單片機原理與接口”、“計算機控制技術”等課程，先后在“微計算機應用”、“電氣自動化”、“工業控制計算機”等雜志上發表論文8篇。

富巍，教授，已在國內外核心刊物發表論文20余篇，主持過一項國家級和多項省、院級課題。長期講授“微機原理”、“單片機原理與接口”、“計算機控制技術”等課程。