計算機接口技術課程實驗教學探討

　　摘要：計算機接口技術課程中的實驗非常重要，根據不同實驗目的將實驗分為驗證型實驗、擴展型實驗和綜合型實驗。針對這三類實驗，結合多年的教學經驗，給出了計算機接口技術實驗教學改革分三步走的策略。通過具體的實例，強調了驗證型實驗要注重于過程監控，擴展型實驗要注重于激發興趣，綜合型實驗要注重于挖掘創新能力。
　　關鍵詞：計算機接口技術；教學改革；驗證型實驗；擴展型實驗；綜合型實驗
　　
　　計算機接口技術是一門理論嚴謹、技術性強，對實驗技能要求很高的硬件課程，主要介紹微處理器的基本工作原理以及常用接口芯片的內部結構、外部引腳特性、工作方式等內容[1]。與其他硬件課程類似，該門課程的理論知識點分散，學起來很枯燥，需要通過實驗來幫助學生掌握和鞏固所學的理論知識。
　　我校一直很重視計算機硬件類課程的教學，早在1999年就建立了計算機接口技術實驗室，并于2006年進行了擴建和升級，購進了30套清華大學科教儀器廠生產的TPC2003A計算機接口實驗箱，基本滿足了一人一臺實驗設備的教學要求。充足的實驗設備和良好的實驗環境為加強該門課的實驗教學提供了堅實的物質保障。目前，我校的計算機接口技術課程的總學時為48學時，其中實驗占20學時。實驗教學日益突出，要達到最佳的實驗效果，一個必不可少的前提就是一定要明確實驗的目的，根據不同的實驗目的向學生提出不同的要求。
　　
　　2實驗的分類
　　
　　計算機接口技術課程根據不同的實驗目的，把實驗分為三類：驗證型實驗、擴展型實驗和綜合型實驗。
　　2.1驗證型實驗
　　驗證型實驗通常是針對某個芯片，對其功能做一個驗證。對于這類實驗，學生只需依照實驗指導書中給出的電路圖在實驗箱上做簡單的連線，很容易就能完成實驗的硬件環境搭建，而實驗程序通常也是現成的，學生只需在集成環境中調出并運行就能得到很直觀的實驗現象。驗證型實驗對于學生理解該芯片的工作原理有一定的幫助。
　　2.2擴展型實驗
　　擴展型實驗在驗證型實驗的基礎上，對其電路連線或實驗程序做一些簡單修改，再去觀察和分析所得到的實驗現象。由于需要修改實驗電路或實驗程序，這就要求學生一定要比較清楚地理解整個實驗過程，從另一個方面來講，也起到了督促學生認真學習的作用。
　　2.3綜合型實驗
　　由于擴展型實驗只是針對一個芯片的實驗電路或實驗程序做一些簡單地修改，不涉及多個芯片的協同工作。在學完本門課程所涉及的接口芯片后，學生可以把所學的知識綜合起來，在實驗箱上自己動手去設計一個包含多個芯片的綜合實驗，培養自己的創新能力知識綜合運用能力。
　　這三類實驗在整個教學過程中各自行使著自己的“使命”，同時又相輔相成，互相依賴。在實驗的教學過程中，根據我校學生的具體情況，我們分步驟地進行了教學改革。
　　
　　3實驗教學改革
　　
　　我們采取分三步走的策略對于計算機接口技術課程的實驗教學進行改革。
　　1) 加強對驗證型實驗過程的監控，提高實驗質量。
　　驗證型實驗的主要目的是對某一接口芯片的工作原理進行簡單驗證，完全依照實驗指導書的要求來做，非常簡單，很容易完成。如果不對這類實驗的實驗過程進行監控，實驗效果就很難保證。在實際的教學過程中，就曾經出現過這樣的現象：有的學生在完成8259中斷實驗后，在進行實驗分析時，竟然寫出“8259是一個定時計數芯片，實驗結果是指示燈閃爍”。而實際的實驗現象需要通過屏幕來解讀，并未涉及到指示燈，芯片8259是中斷控制器不是定時計數器。出現這種錯誤的原因就是該生沒有認真研讀實驗指導書，只是機械地按照實驗指導書的要求做完了實驗，實驗現象轉眼就忘，課后無法實現對實驗現象的正確分析，所寫實驗報告質量非常差。
　　為了達到預期的實驗效果，必須加強對實驗過程的監控，首先是要求學生在做驗證型實驗之前進行預習，了解實驗步驟，并對實驗程序進行解讀。對于一些簡單的實驗，比如譯碼實驗，實驗程序只有簡單地幾句，可以安排學生在實驗課前自己去閱讀；對于稍微復雜一些的實驗程序，可以在實驗課前由教師帶領學生粗略地解讀一下，以提高學生預習的效率。教學實踐表明，這種方法對保證實驗效果，提高實驗報告的質量非常有效。
　　為了進一步提高學生對驗證型實驗的重視程度，近幾年我們又對實驗指導書做了相應的修改，把實驗程序中有關芯片工作方式的設定等核心語句去掉，只在相應的空白處給出注釋，讓學生在預習時根據注釋自己補上。這樣既考查了學生對芯片工作方式的理解程度，又在一定程度上起到了督促學生認真預習的作用。
　　2) 引導學生積極思考，利用擴展型實驗來激發學生的學習興趣。
　　在驗證型實驗中，學生基本還是處于被動的狀態，可供發揮的余地不大，在一定程度上損傷了學生的積極性。為此，在學生完成驗證型實驗后，我們會為學生出一到兩個思考題，要求學生在驗證型實驗的基礎上，通過對實驗電路或實驗程序的簡單修改來實現一個新功能，此即為擴展型實驗。通過擴展型實驗，可以進一步加強學生對所驗證芯片的理解，同時也讓學生有一定程度的自由發揮，增強他們的成就感。
　　如在串行接口芯片8250的驗證型實驗中，要求從鍵盤輸入一個字符，將該字符的ASCII值加1后通過8250以串行方式輸出，再以串行方式將所輸出的值接收回來[2]。實驗結果就是從鍵盤輸入一個字符，在屏幕上顯示該字符及其后繼字符。做完該驗證型實驗，我們給學生出的思考題是要求從鍵盤輸入小寫字母，在屏幕上顯示該字母及其所對應的大寫字母。針對該思考題，學生可以做一個擴展型實驗，在不改變電路連線的前提下，只需將實驗程序中的匯編語言指令“INCAL”改為“SUBAL，20H”即可。
　　定時計數器8253有6種工作方式，分別稱為方式0、方式1、…、方式5，其中方式3也稱為方波發生器，工作在該方式下的8253能夠實現對輸入脈沖的分頻[1]。8253的驗證型實驗就是在方式3下對頻率為1MHz的脈沖信號進行106分頻，產生1Hz的方波，實驗現象通過實驗箱上的指示燈加以展示。對于該驗證型實驗，我們要求學生做兩個擴展型實驗：一是將輸入的脈沖信號改為2MHz，觀察指示燈閃爍的頻率，并解釋原因；二是輸入脈沖的頻率保持為1MHz不變，改變分頻系數(即計數器的初值)，觀察實驗現象，并進行分析。前一個擴展型實驗只需在驗證型實驗的基礎上改變一條連線，而后一個擴展型實驗則只需修改實驗程序中的兩條賦值語句。
　　實踐表明，學生在課上做擴展型實驗時表現得很活躍，實驗效果非常好。
　　3) 挖掘學生的創新能力，自己動手設計綜合型實驗。
　　驗證型實驗和擴展型實驗，基本上還都是針對某一個芯片或部件做功能型的驗證，一般不會涉及到其他芯片。在學完該門課程后，學生會學到十來個接口芯片，但這些芯片在學生眼里還是各自為政，未能形成一個有機的整體。為了幫助學生把這些瑣碎的知識串起來，我們讓學生自己動手設計一些涉及多個芯片的綜合實驗，這對挖掘學生的創新能力，激發學生學習這門課的興趣有很大的幫助。
　　在做綜合實驗時，我們只是給學生出一個思考題，要求學生在實驗箱上實現某一功能。學生需要自己選擇芯片、設計連線和編寫實驗程序，整個過程完全是開放的。學生可以自由地發揮，甚至可以設計出一個與教師給出的思考題完全不一樣的綜合實驗。由于在綜合實驗中學生完全是主動的，所以他們的積極性很高，每屆學生都會有人設計出一些令人眼前一亮的綜合實驗。
　　下面是我們在TPC2003A實驗箱上開發的一個綜合實驗(圖1)：利用8253、8255、數碼管實現一個秒表。
　　
　　實驗程序思路是：將8253初始化成方式3(方波發生器)，利用計數器0和計數器1進行接力分頻，將輸入的1MHz脈沖分頻成1Hz的方波，通過編程，實現對該方波的計數，即每秒計數一次，最后利用8255控制數碼管顯示計數值。程序流程如圖2所示。
　　通過這個綜合實驗，學生可以進一步理解8253、8255的工作方式，以及數碼管的工作原理，其趣味性也能激發起學生的創新欲望。在TPC2003A實驗箱上，我們還可以利用0809、8255和數碼管組成的一個小系統，將模擬信號轉換成數字信號，再通過8255控制數碼管將該數值顯示出來。如此類的綜合實驗還有很多，極大地豐富了計算機接口技術的實驗教學。
　　
　　4結語
　　
　　在計算機接口技術實驗的教學改革過程中，我們依據實驗目的將實驗分為三類，并對每類實驗做出了不同的要求：驗證型實驗強調的是基礎知識的掌握，擴展型實驗側重于激發學生的興趣，而綜合型實驗的重點則是挖掘學生的創新能力。通過這三類實驗，可讓學生在循序漸進的過程中加深對所學知識的掌握，在興趣的引領下提高自己的知識水平，這一結果完全達到了本次實驗教學改革的目的。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 錢曉捷. 微型計算機原理及接口技術[M]. 北京:機械工業