淺談提升實踐教學質量的新方法—實驗日志

摘要：本文就“記實驗日志”這種新方法的嘗試對提升實驗教學質量做了一些探討。

關鍵詞：實驗日志；實踐教學；教學質量

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

文章編號：1672-5913 (2007) 22-0113-04

1重視實驗文檔資料的整理，推行新舉措

如何提升實踐教學質量是我們每個實驗教師都很關心的問題。如何增強實驗課程對學生的吸引力？讓學生從實驗課中收獲更多，讓更多學生能夠主動地走進實驗室？我們想了很多諸如開放式教學、啟發式教學、個性化教學等方法，取得了一定效果。但是卻發現一個問題：實驗做得相當漂亮的同學交上來的報告卻不敢恭維，由此我們想到必須想辦法引導學生重視寫好報告，訓練學生掌握論文、研究報告和寫作要求，使得總結材料具有條理性和科學邏輯性。為了達到目標，我們提高了實驗文檔資料整理在考核中所占比例，由原來的30%提升為40%，并采用任務驅動式教學，培養學生分析問題、解決問題的能力。具體措施是“預習—日志—報告”三環相接。

實驗預習是實驗順利完成的前提條件。我們要求學生的預習工作包括：實驗原理部分的敘述，要求用自己的語言簡要說明原理知識的關鍵點，學生必須多花時間認真思考，才能對書本上的知識點進行加工處理，寫出簡明扼要的原理說明。

實驗日志是我們實行的新舉措。我們要求學生按時間順序主要記錄：實驗進行中(包括課上與課后)自己實驗中發現的問題、遇到的問題、解決方法(必做)；回答實驗教材中以及教師課堂上提出的思考題(必做)；學生由實驗中的某部分引申開去，結合背景知識，提出的一些看法(選做，老師視情況給予加分)；最后是實驗感受和體會(必做)。實驗日志是實驗成功的咽喉，它將貫穿于整個實驗階段，體現學生實際實驗的情況，是學生獨立實驗的一項重要證明。我們要求學生認真對待，并給出手寫稿。這樣，一方面，學生課內課外動手做實驗，就會主動去發現問題，主動去解決問題，并經過思考，及時記錄下來，有利于實驗特別是大型設計的順利完成。這一舉措吸引了學生主動走入實驗室，并帶動了同學之間相互討論問題的濃厚學習氣氛。另一方面，也讓教師更多地了解每位同學的真實的實驗情況，給出更加真實考核成績。

實驗報告則要求學生簡明扼要地記錄實驗目的、器材、原理、步驟、數據記錄與處理、誤差分析、結論等。

“預習—日志—報告”三環相接的方法便于讓學生對實驗理解更加透徹，同時杜絕了學生的惰性行為；很大程度上減少了實驗抄襲現象。

2應用實例

去年我們在04級學生的“計算機組成原理實驗”和“CPU設計實習”課程教學中開始推廣應用實驗日志，兩年的實踐讓我體會最深的是：撰寫實驗日志普遍提高了學生實驗的主動性、積極性，提高了學生分析問題的能力，加大了實驗課的信息量，使得學生整體實驗水平大為提高，相應知識的綜合運用能力和邏輯思維能力也得到極大的提高。

例如，“CPU設計”實習課程所給的題目是“一臺具有11條機器指令的模型機設計”，這對學生來說相當于一個小課題。模型機的分析、設計和實現緊密銜接，環環相扣，正確的分析和科學的設計關系到模型機的復雜度和可行性。報告只能反映最后的設計結果，模型機的調試過程無法在報告中體現出來，學生實驗中很多細節教師是無法了解到的。可是，調試在整個CPU設計過程中是最關鍵、最重要的，也是最能考驗學生的分析問題以及解決問題的能力的，因為理論和實踐總是存在一定差距。CPU和時序相關，所以設計中就算各個功能模塊單獨能正常運行，連在一起時因為時序原因也有可能導致時序混亂，而且這種看似各個都正常的紊亂更難以查到原因。

記實驗日志能很好的反映這一過程，對學生順利完成設計任務起了很大的作用，對提高分析和解決問題的能力也很有幫助。在調試中，不斷的回頭和動手找原因并把這一過程記錄下來，不僅培養了同學的耐心和相互之間的溝通能力，也培養了他們嚴謹、細致、堅持不懈的科學態度和良好的科研習慣。下面列舉的04級一位同學的“CPU設計”日志中的一個問題的發現及解決過程可以反應出這一點。

問題1：CPU調試中基本流程紊亂

圖1波形仿真的MIF文件如下：

00:04；%R2<-M(D)01:0A；% 地址值

02:08；%R3<-M(D)03:0E； % 地址值

04:26； %R2<-R2+R3 0A:12； % 操作數0E:20；% 操作數

由圖1的波形仿真可以看出，有兩個問題：第一：在FETCH3的時候，指令碼04也被當作地址碼打入到地址寄存器AR中，在波形的后面也可以看到，操作數12也同樣打入到了AR中。第二：PC自增時被修改成了總線上的數據。

分析：

對于第一個問題，AR要打入數據那么LDAR一定要有效，而由波形圖可以看到，LDAR此時是無效的，這顯然矛盾。但是可以肯定，LDAR此刻一定是有效的。由LDAR的產生過程可知，LDAR在由ROM產生之后不再經過任何譯碼，那么先查看ROM，如圖2所示：

可以看出，ROM中LDAR在FETCH3時為無效狀態，這說明LDAR信號在數據傳送時被改變了，再查看連線情況如圖3：

在總圖中找到了答案，在總圖中數據通路模塊的信號LDAR不是微控器輸出信號LDAR而是161LD，這是因為在進行修改時沒修改到或拷貝錯誤造成的，是不細心的原因。修改后再進行仿真如圖4：

從圖4的波形可以看出，第一個問題已經解決。下面再看問題二。在豎線出現的位置，總線BUS[8..1]上應當出現02，但是卻出現了0A！問題1：0A是絕對不可能出現的，但是卻出現了！問題2：就算當時0A能夠出現在總線上，也決不可能被打入到地址寄存器PC中，因為PC根本就沒有處在置數狀態，而是在自增狀態！

在上圖4豎線出現的位置，正好是做完了一個周期，重新回到00001，那么此刻是PC->AR，PC+1，所以PC會放出02，總線上出現02，但是卻是0A！在00001的上一個狀態00100，總線上是數據12，是沒有0A的，那么問題是0A從何而來？

只有兩種可能：

第一種可能：0A是從RAM中讀出來的。因為此刻AR中的地址值正好是01，而01單元中的數據就是0A。在T2時刻，微程序控制器會放出所有的控制信號，在T2之前，從上圖來看，RD是有效的。因此存在這種可能性。為了驗證，我將ROM做了點修改，如圖5：

在00100之后不讓其回到00001，而是另加一個狀態01001如圖5，用來模仿00001，在01001中將PC狀態設置為保持，為了驗證在0A寫入之前PC中的值認為02，就將PCBUS在狀態00100時就打開，并置LDAR有效，這樣AR中不再是01，因此也就不存在從RAM中讀出0A的可能。下面是模仿00001的仿真波形，如圖6：

從圖6中可以看出，PC_BUS當前確實是02，通過LDAR有效將02打入地址寄存器AR中，先讀出了02單元中的08，然后0A卻又出現了，這就說明0A并非從RAM中讀出來的。并且0A又被打入到PC中，這在PC為保持態時是不可能發生的

第二種可能：0A是從寄存器(R1 R2 R3 R4)中讀出來的。從上圖來看：此時R[4..1]_BUS無效，0A不可能從寄存器而來。那么難道和時序有關？因為T1是存在尖峰的！雖然有些牽強，但還是去掉了T1用三個脈沖仿真了一下，如下圖7；

我做這些波形仿真來排除所有可能是基于這個設想：0A是在上圖豎線處才被打入PC中的，所以才走入了死胡同。后來我甚至將PC的連線都檢查過。其實問題就出在它的上一個狀態。下面是找到原因的波形圖8：

從上圖8可以看出，0A早在LDR2時就被打入到AR中，因為此時PC正處于置數態，161clrn，161load，161pc為101。所以問題出在ROM模塊中，如下圖9。

所以上面的模仿00001反而是誤導！基于0A是在上圖豎線處才被打入到PC中的錯誤設想，所以我用模仿指令00001來確認PC中的值一直為02，其實早在00011(LDR2)時0A就已打入到PC中了！修改ROM，將PC由置數狀態改為保持狀態，即161clrn，161load，161pc由101改設為110。修改后的波形仿真正確，問題解決。

以上只是該同學在他的實驗日志中關于調試CPU中的一個問題的發現及解決方法。他將這一“發現、思考、方案確定、解決”的過程經過自己的思考及時記錄并整理，假如每一門實驗課，每一次實驗都以這樣的態度去對待、去完成，相信大學四年下來必定會養成良好的科研習慣和嚴謹、細致、堅持不懈的科學態度。

3效果及總結

實驗日志已在兩屆學生中的“計算機組成原理實驗”“CPU設計”實習兩門課中推廣應用。普遍反應良好，正如同學所說：“在實驗中，讓我感觸最深的就是實驗日志。寫好實驗日志，事半功倍！在剛剛做的時候，稍有了點頭緒，記了下來，或者說有多種方案時，到最后混亂的時候可以返回看原來記的日志，當時的思想就又很清晰了。看著自己一直記錄下來的點滴，是實際動手帶來的樂趣和辛苦交織的感受。”

對于這種新方法的嘗試，有一點值得注意的是：作為教師應當認真批改學生的日志和報告，并給以評價，使學生認識其重要性，并對寫得好的日志、報告及時進行展覽、表彰鼓勵，以提高學生的學習積極性，讓學生主動走進實驗室，提高學生對實驗的興趣，以達到我們實踐課程的教學目的。

Discusses the promotion practice quality of teaching shallowly the new method----Experimental diary

Abstract：The university stage practice teaching is trains the student to operate the skill and the scientific method， the manner， the custom important process. How raises the student good experiment basic skills， how promotes the practice quality of teaching is our each experiment teachers all very issue of concern. This article on “recorded the experimental diary” this new method attempt to promote the experiment quality of teaching to make some discussions.

KeyWords：the experimental diary ；Experiment of Computer Principle；the quality of teaching；

參考文獻

[1] 呂海蓮. 基于問題學習的教學模式探索[J]. 計算機教育，2005，增刊:88-89

[2] 柏建普. 提高微機原理實驗教學質量的幾點嘗試[J]. 實驗技術與管理，2007(2):120-122

作者簡介：方愷晴(1969-)，女(漢)，湖南長沙，本科，高級工程師。

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