“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的案例教學(xué)探討

王 焱 鄭俊輝 易發(fā)勝

摘要:“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)有關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)課,如何改進(jìn)該課程的教學(xué)效果是高校專業(yè)課教學(xué)中的一個(gè)重要問(wèn)題。根據(jù)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程特點(diǎn),本文探討了如何將案例法應(yīng)用到教學(xué)中,更好地改進(jìn)該課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:微機(jī)原理與接口技術(shù);案例教學(xué);教學(xué)模式

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1課程的特點(diǎn)及其現(xiàn)行教學(xué)中的問(wèn)題

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程是當(dāng)前高校很多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,在整個(gè)專業(yè)建設(shè)和課程體系中占據(jù)重要地位。但當(dāng)前在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)過(guò)程中還存在諸多問(wèn)題。

首先,“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程涉及面廣,是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和硬件技術(shù)的結(jié)合,還涉及數(shù)字邏輯、匯編語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)組成原理和操作系統(tǒng)等學(xué)科的知識(shí)。學(xué)生理解起來(lái)具有一定難度。同時(shí),“微機(jī)原理與接口技術(shù)”還是一門不斷發(fā)展的科學(xué),新技術(shù)、新應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)。因此,“微機(jī)原理與接口技術(shù)”不僅理論性強(qiáng),而且概念多、翻新快。而教學(xué)內(nèi)容往往來(lái)不及更新和補(bǔ)充,造成了教學(xué)和實(shí)際的脫節(jié)。

其次,以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式忽視了學(xué)生的認(rèn)知主體作用,在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中,以“教”為主,缺乏互動(dòng),難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,不利于具有創(chuàng)新思維能力的創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)。特別對(duì)于“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程來(lái)說(shuō),由于概念多,涉及知識(shí)面廣,教學(xué)內(nèi)容不系統(tǒng),隨意性大,形式松散,傳統(tǒng)教學(xué)模式使學(xué)生很難理解透徹理解網(wǎng)絡(luò)知識(shí),學(xué)生普遍存在理論與實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象,不少學(xué)生修完課程,拿到高分,但對(duì)于微機(jī)原理與接口技術(shù)的理論知識(shí)認(rèn)識(shí)并不深刻,在實(shí)際應(yīng)用中不能學(xué)以致用。

最后,微機(jī)原理與接口技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)跟不上教學(xué)的要求。由于“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程涉及知識(shí)面廣,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多,如何有效組織這些試驗(yàn)本身就面臨挑戰(zhàn)。同時(shí),很多微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)需要特定的環(huán)境,需要投資購(gòu)買大量硬件設(shè)備及軟件,但是很多學(xué)校沒(méi)有條件提供足夠的環(huán)境讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),因此學(xué)生往往難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到很好的鍛煉和對(duì)課程知識(shí)的深刻理解。

此外,微機(jī)原理與接口技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的領(lǐng)域,當(dāng)前并不是每個(gè)教師都具備了設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和能力。無(wú)論是進(jìn)行課堂教學(xué)的,還是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的,很多老師都沒(méi)有參與過(guò)實(shí)驗(yàn)箱構(gòu)建、芯片模塊組織的開(kāi)發(fā)工作,缺乏對(duì)相應(yīng)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí),導(dǎo)致教學(xué)中理論與實(shí)踐相脫離。

2案例教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和方法

案例教學(xué)是在教師的指導(dǎo)下,根據(jù)教學(xué)目的要求,組織學(xué)生對(duì)案例的調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動(dòng),教給他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法或道理,進(jìn)而提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,加深學(xué)生對(duì)基本原理和概念的理解的一種特定的教學(xué)方法,其本質(zhì)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的互動(dòng)式教學(xué)。學(xué)生通過(guò)直接和間接的途徑去親身經(jīng)歷和體會(huì)發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過(guò)程,它是高年級(jí)本科生從“接受知識(shí)”的學(xué)習(xí)過(guò)程向“發(fā)現(xiàn)知識(shí)”的探索過(guò)程的過(guò)渡的初步嘗試。它從傳統(tǒng)的知識(shí)型教學(xué),向開(kāi)發(fā)學(xué)員潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力的創(chuàng)新型教學(xué)轉(zhuǎn)變,開(kāi)始實(shí)現(xiàn)從“教為中心”向“學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變。這類教學(xué)活動(dòng)又是研究性學(xué)習(xí)的一種嘗試,它以問(wèn)題為中心,把教學(xué)活動(dòng)關(guān)注的重點(diǎn)從“結(jié)論/結(jié)果”轉(zhuǎn)到為得到這個(gè)結(jié)論/結(jié)果的“探索過(guò)程”,促進(jìn)學(xué)員學(xué)習(xí)方式的改變。合理有效的案例教學(xué)與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合可以最大限度地減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,提高學(xué)習(xí)效率。

案例教學(xué)具有多種教學(xué)模式。包括樣例學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題、產(chǎn)生問(wèn)題、理解問(wèn)題等。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,都需要根據(jù)具體的教學(xué)需要,選擇適當(dāng)?shù)哪Ｊ竭M(jìn)行。因此,進(jìn)行案例教學(xué)需要教師花更多的時(shí)間來(lái)選擇合理的案例,并針對(duì)教學(xué)要求,對(duì)案例進(jìn)行剪裁,不能將整個(gè)科研項(xiàng)目全部搬入課堂,應(yīng)選擇難易程度合適并密切結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容的那些部分。案例最后結(jié)論的正確與否不必太刻板,可以讓學(xué)生有較大的自由發(fā)揮空間,結(jié)論可以有爭(zhēng)議性。可事先將嘗試案例布置給學(xué)員,讓其有時(shí)間形成自己的思考。學(xué)員自身對(duì)案例的思考是學(xué)員參與程度最直接的推動(dòng)力。教學(xué)活動(dòng)的具體方式可結(jié)合案例特點(diǎn)與教學(xué)目的靈活選擇,如分散小組式和集中全班式,全班式可有學(xué)員主講討論式、教師主導(dǎo)演示式和師生對(duì)話式。

3 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的案例教學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的本身的復(fù)雜性和目前教學(xué)中存在的問(wèn)題,考慮到案例教學(xué)的特點(diǎn),我們特別設(shè)計(jì)了如下幾類案例教學(xué)方法,來(lái)改善“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的教學(xué)效果。

3.1原理性案例教學(xué)

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中有些重要的原理,既復(fù)雜,又難以講解清晰,而且有很多要點(diǎn)還在不斷發(fā)展。這樣的課程內(nèi)容如果結(jié)合案例教學(xué)將會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

我們可以8088系統(tǒng)原理作為案例教學(xué)的中心。它們都是“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中的難點(diǎn)。如何讓學(xué)生真正理解各個(gè)引腳的符號(hào)、功能作用和數(shù)據(jù)流入流出的方向,引腳之間的相互配合和時(shí)序上的安排等將會(huì)對(duì)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)理解微機(jī)原理與接口技術(shù)中的原理和應(yīng)用產(chǎn)生重要影響。

我們通過(guò)對(duì)最小組態(tài)下各個(gè)引腳基本知識(shí)學(xué)習(xí)之后,結(jié)合總線時(shí)序要求學(xué)生分組動(dòng)手畫(huà)出最大組態(tài)下總線時(shí)序圖,重點(diǎn)是怎樣設(shè)計(jì)各個(gè)引腳信號(hào)在時(shí)間上的不同有效狀態(tài),討論各個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn),最后講解8088系統(tǒng)的時(shí)序控制方案以及最新進(jìn)展。

這種基于理解問(wèn)題的案例教學(xué)將充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性,學(xué)生可能由于沒(méi)有考慮到細(xì)節(jié)而無(wú)法做出科學(xué)的方案,但經(jīng)過(guò)思考,在比較現(xiàn)實(shí)的解決方案后加深了理解,并在以后的方案設(shè)計(jì)中考慮能更多的因素,逐步培養(yǎng)科研素質(zhì)。

3.2設(shè)計(jì)性案例教學(xué)

學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)的一個(gè)重要目標(biāo)就是要利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行軟硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。目前很多同學(xué)抱怨“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程學(xué)習(xí)了大量的概念、原理和理論,到底如何設(shè)計(jì)應(yīng)用還是似懂非懂。因此在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)的過(guò)程中,采用一些設(shè)計(jì)性的案例教學(xué),將有效地解決學(xué)生的這些疑問(wèn)。

課程中的接口技術(shù)部分有很多和我們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的應(yīng)用,通過(guò)學(xué)習(xí)8253和8255A接口后,我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴(利用所給鍵盤的1、2、3、4、5、6、7、8八個(gè)鍵,按下不同的鍵發(fā)8個(gè)不同的音調(diào),并要求按下按鍵發(fā)聲,松開(kāi)延時(shí)一段時(shí)間停止,中間再按別的鍵則發(fā)另一音調(diào)的聲音)的案例教學(xué)和一個(gè)帶有LCD顯示的定時(shí)鬧鐘(能夠在夜間顯示字符型時(shí)、分,用LED閃動(dòng)表示秒計(jì)數(shù),一旦定時(shí)時(shí)間到則發(fā)出聲響)的案例教學(xué),可以將抽象的接口知識(shí)和具體的應(yīng)用編程結(jié)合起來(lái),學(xué)生通過(guò)這個(gè)案例教學(xué)有助于提升學(xué)習(xí)的興趣,并積極參與到案例教學(xué)中,互動(dòng)性很好,因此,組織一個(gè)設(shè)計(jì)案例教學(xué)將非常有助于學(xué)生對(duì)兩個(gè)接口芯片的理解。

設(shè)計(jì)性的案例教學(xué)適合采用樣例學(xué)習(xí)方式。因?yàn)槿绻寣W(xué)生來(lái)設(shè)計(jì)出一個(gè)小型系統(tǒng)模型還涉及大量的編程知識(shí)、開(kāi)發(fā)平臺(tái),而且耗時(shí)日久,也不現(xiàn)實(shí)。因此教師必須精選合適的開(kāi)發(fā)例子,來(lái)告訴學(xué)生如何逐步實(shí)施。并通過(guò)講解后的討論,讓學(xué)生的疑問(wèn)得到全部解決。這樣不僅讓學(xué)生更好地理解了微機(jī)原理與接口技術(shù)的相關(guān)理論,也能夠讓他們很好了解如何將微機(jī)原理與接口技術(shù)的理論和實(shí)踐相結(jié)合。同時(shí),這種案例教學(xué)還可以結(jié)合微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)或者課程設(shè)計(jì)教學(xué),讓學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)效果。

3.3綜合性案例教學(xué)

當(dāng)前的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué),總是按照介紹原理、內(nèi)部硬件組成及應(yīng)用的步驟講解,即使理解了部分原理,還是無(wú)法將整個(gè)課程的內(nèi)容貫穿起來(lái),缺乏整體的微機(jī)原理與接口技術(shù)概念。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了綜合性案例教學(xué)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

一個(gè)綜合性案例教學(xué)的例子是十字路口交通燈的設(shè)計(jì)(主要模擬馬路上交通燈的變化,紅、綠、黃燈交替點(diǎn)亮和熄滅,并有一定的延時(shí)),另外一個(gè)綜合性的案例教學(xué)例子是設(shè)計(jì)一臺(tái)出租車計(jì)價(jià)器(主要模擬出租車收費(fèi)的功能,比如白天和晚上有不同的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),能進(jìn)行手動(dòng)修改單價(jià),具有數(shù)據(jù)的復(fù)位功能和數(shù)據(jù)清零的開(kāi)關(guān),數(shù)據(jù)輸出等功能),這種案例教學(xué)采用解決問(wèn)題模式,教師給出一個(gè)相對(duì)具體的設(shè)計(jì)要求,然后讓學(xué)生從芯片選擇,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)備配置,軟件選擇全方位進(jìn)行設(shè)計(jì),最后形成設(shè)計(jì)報(bào)告,然后對(duì)典型的設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行對(duì)比講評(píng),并和相應(yīng)的接口功能結(jié)合起來(lái),最后還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行實(shí)際的實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。

4案例教學(xué)中的問(wèn)題與對(duì)策

盡管案例教學(xué)已被越來(lái)越多的人所接受,許多高校在教學(xué)過(guò)程中都廣泛采用了這種新的教學(xué)模式,但在案例教學(xué)的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐上仍存在一些問(wèn)題。比如將案例教學(xué)法混同于舉例教學(xué)法;案例教學(xué)與其他教學(xué)方法不能很好地銜接;案例教學(xué)中缺少師生互動(dòng);對(duì)案例教學(xué)模式不大適應(yīng)等。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,筆者認(rèn)為,要搞好案例教學(xué),需要從以下幾個(gè)方面來(lái)解決存在的問(wèn)題。

4.1要充分準(zhǔn)備,合理組織

在進(jìn)行案例教學(xué)時(shí),并不能拋棄傳統(tǒng)的教學(xué)模式。案例教學(xué)需要與傳統(tǒng)課堂教學(xué)要相互融合,案例教學(xué)也需要和實(shí)踐教學(xué)相融合。這就需要我們?cè)诮虒W(xué)之前認(rèn)真準(zhǔn)備,合理組織。首先要決定選擇案例教學(xué)的內(nèi)容和案例教學(xué)的方式,然后通過(guò)比較和討論,選擇高質(zhì)量的案例,并對(duì)案例中涉及的內(nèi)容有充分理解,并考慮到學(xué)生在從事案例教學(xué)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。最后,教師自己要充分理解案例所涉及的知識(shí)面,對(duì)于不理解的,一定要查閱資料或者進(jìn)行課程組討論來(lái)理解透徹,這樣才能保障良好的教學(xué)效果。

4.2要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行思考

案例教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)際的需要,也是教育對(duì)象主體化的需要。學(xué)生是主角,一定要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。在案例教學(xué)過(guò)程中,我們要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和分析推理的能力和表達(dá)能力,要組織學(xué)生進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和能力鍛煉,將學(xué)生置于主要地位,使學(xué)生成為課堂教學(xué)的中心。即使是樣例學(xué)習(xí)式的案例教學(xué),也需要通過(guò)提問(wèn)、討論等方式讓學(xué)生認(rèn)真思考。案例教學(xué)對(duì)教師提出了更高的要求,教師只有通過(guò)努力探索,不斷創(chuàng)新才能適應(yīng)深化教學(xué)改革的新形勢(shì)。此外,還可以將案例教學(xué)過(guò)程中的一些結(jié)論和課程的考核結(jié)合起來(lái),進(jìn)一步提高學(xué)生的積極性。

4.3結(jié)合科研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)

案例教學(xué)的材料主要來(lái)源于科研工作的實(shí)際,要給學(xué)生介紹一定的案例背景,讓學(xué)生的實(shí)踐感覺(jué)更強(qiáng),科研中碰到的問(wèn)題和解決方法也是案例教學(xué)中的重要組成部分。同時(shí),很多案例還可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué),讓學(xué)生通過(guò)案例教學(xué)的思考,再到實(shí)驗(yàn)中去檢驗(yàn)和驗(yàn)證,可以讓學(xué)生得到更好的鍛煉。比如上述的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)和交通燈設(shè)計(jì)和帶有LCD顯示的定時(shí)鬧鐘,都可以安排合適的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于綜合性的案例,比如上述的十字路口交通燈的設(shè)計(jì)及出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì),在評(píng)選出優(yōu)秀的設(shè)計(jì)之后,可以組織學(xué)生分成小組去實(shí)現(xiàn)。因此,這就需要對(duì)案例教學(xué)進(jìn)行更加科學(xué)的規(guī)劃和統(tǒng)籌安排。

5總結(jié)

采用案例教學(xué)需要教師在授課前做比較充分的準(zhǔn)備工作,比如對(duì)于簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì),可以在講解了8253的工作原理之后再進(jìn)行設(shè)計(jì),教師需要了解學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況,即學(xué)生是否真正弄懂該接口的原理,然后決定是否展開(kāi)該案例;對(duì)于綜合性的案例設(shè)計(jì)比如出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì),可以安排在課程接口8255A、8251芯片原理講解之后來(lái)設(shè)計(jì),這樣學(xué)生可以將學(xué)過(guò)的接口芯片應(yīng)用融匯貫穿起來(lái),會(huì)進(jìn)一步加深對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)概念、原理的理解。

對(duì)于精心設(shè)計(jì)的案例,教師可以在教學(xué)過(guò)程不斷加深擴(kuò)充其功能,比如對(duì)出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)在學(xué)生基本設(shè)計(jì)完成后,可以擴(kuò)充語(yǔ)音播報(bào)數(shù)據(jù)信息和顯示當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間功能,使學(xué)生把以前所學(xué)知識(shí)和新的功能應(yīng)用進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)。這樣,通過(guò)引入案例教學(xué),學(xué)生會(huì)對(duì)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”這門相對(duì)枯燥的課程產(chǎn)生濃厚的興趣,并會(huì)把所學(xué)知識(shí)和身邊很多具體應(yīng)用聯(lián)系起來(lái),思考之,甚至最終實(shí)現(xiàn)之,這也是我們開(kāi)設(shè)這門課程的一個(gè)重要目的。

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