微機接口綜合性實驗教學內容研究

摘要：本文從哈爾濱工程大學計算機實驗教學中心的實際建設情況出發(fā)，介紹了中心在硬件系列實驗改革中的做法和探索，詳細闡述了對于微機接口實驗課程的具體改進和創(chuàng)新舉措。

關鍵詞：微機；接口；實驗；教學

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

1新的課程體系

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁減，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，已受到歐美等發(fā)達國家的廣泛關注。針對當今國際電子設計業(yè)界對人才培養(yǎng)能力的普遍認同標準，必須強化學生嵌入式開發(fā)技術技能的培養(yǎng)?；谶@點考慮，計算機科學與技術專業(yè)系列實驗課程采取了全新的層次遞進的方式，分階段培養(yǎng)學生工程實踐能力特點。如圖1所示：

新的課程體系的特點是：從第四學期到第七學期硬件實驗不斷線，層次逐步提高，實驗內容銜接連貫；通過重組實驗教學環(huán)境，構建反映當今計算機科學技術水平和加強培養(yǎng)學生工程實踐能力的系列實驗課程；強調各門課程明確分工、分層次培養(yǎng)學生的獨立組織硬件實驗的能力，軟件仿真驗證能力，測量儀器使用能力；為提高教學效果，教師都認真準備，精心設計實驗范例，還收到明顯成效。

為體現分層次實驗教學，加強實驗內容的綜合性與設計性，進一步提高學生實踐能力的培養(yǎng)。并有效結合學生在校所學習相應理論知識的內容，合理安排實驗內容，從時間和內容上與理論課程相呼應，達到實驗層次逐步提高，實驗內容銜接連貫的目的；通過重組實驗教學環(huán)境，構建反映當今計算機科學技術水平和加強培養(yǎng)學生實踐能力的系列實驗課程；強調各門課程明確分工、分層次遞進地培養(yǎng)學生的獨立組織硬件實驗的能力，軟件仿真驗證能力，測量儀器使用能力；為提高教學效果，教師精心設計實驗范例。實驗內容從初級實驗開始，以一定的梯度逐步提升實驗層次，最后完成設計一個綜合實驗。

2新的指導思想

“軟硬件實驗環(huán)境一體化、實驗平臺綜合化、實驗內容系統(tǒng)化”是建立新的課程體系的指導思想。單純的軟件實驗和單純的硬件實驗都不利于學生軟硬件綜合素質的培養(yǎng)，傳統(tǒng)的硬件設計和軟件設計相分離的設計方法已經成為阻礙設計和實現復雜大規(guī)模系統(tǒng)的關鍵因素，構建軟硬件一體化實驗環(huán)境有利于培養(yǎng)學生軟硬件綜合素質；綜合的實驗平臺可以進行多課程內容交叉的綜合實驗，有利于培養(yǎng)學生的綜合設計能力；技術的進步以及應用需求的迅速提升推動系統(tǒng)規(guī)模變得越來越大，功能實現也越來越復雜，這些都要求學生具有系統(tǒng)化設計能力，實驗內容的系統(tǒng)化有利于培養(yǎng)學生的系統(tǒng)化設計的思想和能力。

3新的教學理念

(1) 構建國內一流的多功能、開放型計算機實驗教學大平臺

中心提出著力構建多功能、開放型計算機實驗教學大平臺的建設思路，并將這一思想確定為實驗中心的建設目標。實驗教學中心不但要具有一流的師資隊伍、一流的辦學條件、一流的改革成果和一流的教學質量，同時還要高標準地建成多功能、開放式的實驗教學中心和平臺。該平臺由通識實驗教學和創(chuàng)新實驗教學兩部分組成，通識實驗教學主要以開展綜合性、設計性實驗為主；創(chuàng)新實驗教學主要體現創(chuàng)新能力培養(yǎng)的功能，所開展的實驗項目以綜合設計、自主創(chuàng)新實驗為主。

(2) 實行針對“拔尖”學生的“個性化”培養(yǎng)模式

為培養(yǎng)學生的實踐與創(chuàng)新能力，給“拔尖”學生提供創(chuàng)新訓練環(huán)境與條件，中心除建有“數字邏輯與電路”、“嵌入式系統(tǒng)”、“可編程邏輯及數字系統(tǒng)”等基礎實驗室外，還建有“網絡與信息安全實驗室”、“軟件創(chuàng)新實驗室”、“嵌入式創(chuàng)新實驗室”等創(chuàng)新訓練環(huán)境，并相應配備了經驗豐富的指導教師。這些實驗室主要用于對“拔尖”學生進行“個性化”培養(yǎng)、電子賽事培訓及學生業(yè)余科技活動制作。經過此環(huán)節(jié)的訓練，學生的理論水平及實踐創(chuàng)新能力均可得到較大的提高。

4新的教學手段

為了提高教學質量，目前中心各實驗室都配備了多媒體投影設備，所有實驗課都采用電子教案授課。同時，為方便實驗室開放、實驗教學管理，中心建立了計算機專業(yè)實驗教學中心網站，開發(fā)了實驗室開放教學管理系統(tǒng)，各實驗室開發(fā)的CAI課件等多媒體實驗教學材料均掛于中心網站上，學生可以通過網絡預習、準備、下載實驗內容和相關應用軟件；教師可以通過網絡與學生開展互動交流、成績管理等實驗教學活動；管理人員可實時掌握學生預約及上課情況。

籌劃建設網上計算機虛擬實驗環(huán)境。為了提高實驗室的開放層次，擴大開放的覆蓋面，利用網絡資源優(yōu)勢，為學生提供更多的現代化實驗教學手段，中心積極籌劃建設網上計算機硬件虛擬實驗室。該實驗室能夠實現真實實驗環(huán)境的虛擬，學生可通過網絡，在遠程操控實驗設備與器件，并完成相應的實驗內容。這一實驗室的建設為學生提供了全新的實驗教學模式，可以充分發(fā)揮實驗教學中心的示范輻射作用。

5逐步完善的實驗教材建設體系

為了確保實驗教學質量，課題組的成員編寫了《數字邏輯實驗教材》、《計算機部件實驗指導書》、《計算機組成實驗指導書》，這些教材著重強調了實驗規(guī)則、基本實驗方法、實驗技巧、相關實驗理論、實驗預習、實驗報告等方面的特點、注意事項和要求，其內容豐富且前后銜接連貫，使一個個孤立的實驗，綜合成一個知識的整體；課題組的成員準備將上述教材重新整理，編輯成系列教材正式出版。這些教材和已獲校級重點教材由哈爾濱工程大學出版社出版的《數字電路與可編程技術實驗教程》及正準備組稿的《ARM技術實驗教程》、《FPGA技術實驗教程》一起成為新實驗教學課程體系的重要支撐。

6微機接口實驗課程的創(chuàng)新與改革

微機接口實驗屬計算機專業(yè)實驗教學中心所開設硬件系列課程體系中的提高課程。該課程是計算機本科硬件實驗系列教學中的最后一門主干實驗課程，是對數字邏輯實驗、計算機部件實驗、計算機組成實驗的最終學習內容的一次綜合應用的檢驗，見圖2。

目前的實驗教學內容，仍單一的停留在考核學生計算機接口課程本身的項目階段，多數實驗項目只著重于學生對已有接口知識的檢驗。其目的是提高學生的硬件動手能力和專業(yè)技術水平，但仍存在一定的弊端和缺陷?；诖?，在實驗教學研究的過程中，中心在實踐中進行了大膽的實施和探索：

(1) 采取設計創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和思維方式。要求學生運用已有知識，發(fā)揮創(chuàng)造才能，設計較新穎的實驗，選用不同電路和不同編程方法，啟發(fā)學生從不同的角度來全面地掌握微機接口知識。

首先教師誘導性地提出一些問題，布置學生廣開思路，設計實驗方案。這可以使學生課后積極思考、探究，從而達到拓寬、延伸課堂教學內容，強化教學效果的目的。

其次，由于每個學生的知識水平及認知事物的方法和能力參差不齊，設計的方案也不盡如意，教師必須認真檢查每個學生的設計方案，給予指導，使其完善?？商暨x部分優(yōu)秀方案，積極創(chuàng)造條件，讓學生動手實踐，學生通過自己設計的實驗方案自己動手操作實驗，可以喚起他們的學習興趣，充分挖掘學生的潛在能力，對開闊學生知識視野、培養(yǎng)學生由此及彼、由表及里、觸類旁通的微機接口思維素質具有積極的作用。

在微機實驗教學中，盡可能地不給學生所謂的“標準答案”，而是鼓勵學生大膽想象，大膽創(chuàng)新。對接口電路實行不同連接，芯片選擇不同，結果可能不同，鼓勵持不同意見者充分闡述自己的觀點，積極進行爭論。因為，只有通過爭論，才能發(fā)現自己的不足和別人的長處，才能對問題進行深入的思考，才能促進思維發(fā)生飛躍，才能得到最佳結果。如圖3所示。

(2) 分階段批次培養(yǎng)，結合實驗室開放采取跳躍式選拔模式。通過微機接口實驗的基本教學環(huán)節(jié)，篩選和選拔表現較突出，理論知識扎實的學生進行跳躍式培養(yǎng)。

通過實驗室開放，提供充足的時間和空間保障，結合先進的儀器設備提供了技術保障。接下來教師設計出盡可能多的綜合性實驗項目(目前為5-10個)，鼓勵這些較優(yōu)秀的學生獨立思維和探索。

通過通過學生良好的反饋作用，不斷完善和修改實驗內容，提高實驗的靈活性和可操作性，并適當調整綜合性實驗內容的難度和知識覆蓋程度，進入一個教學和實踐互相促進的良性循環(huán)。

以教學小組為試點，從教師自身提高，積極開展實驗教學內容和研究的探索。在結合現有實驗內容的基礎上，充分挖掘現有實驗平臺和儀器設備的最大效用空間，通過學生的課程設計、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)，加大改革力度，研發(fā)新的實驗內容和具體實驗項目。

7改革的成效

目前已完成的綜合性實驗內容有：基于嵌入式ARM平臺的五子棋程序、觸摸評漢字輸入模塊、點對點通訊測試模塊，圖象編輯畫板等。通過實驗教學改革，培養(yǎng)一大批具有鮮明的創(chuàng)新思想，實踐能力突出的本科生同學，他們在各種全國性的嵌入式大賽中均獲得了突出的成績。

中心通過實施“個性化”培養(yǎng)、計算機軟硬件創(chuàng)新設計和計算機技術創(chuàng)新實驗室的開放、支持學生科技活動等一系列措施，使實驗教學的范疇不單純拘泥于中心本身所開設的選題?！白灾鲗W習、獨立創(chuàng)新”的學研結合模式在極大程度上激發(fā)了學生的科研攻關和自我創(chuàng)新的意識。微機接口實驗的綜合性教學內容還有待豐富和提高，這將是未來的發(fā)展方向和重點。相信隨著嵌入式技術的提高，產品性能的不斷改進，微機接口實驗將越來越向生產實際傾斜，這也將是高校教學和科研的努力方向。

參考文獻：

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