《微型計算機原理與接口技術》實驗教學體系改革

賈小云?周玲羽?田延安

【摘 要】 本文結合上海星研微機原理實驗教學儀器—STAR ES598PCIS和陜西科技大學實際，提出了設計層次化的新實驗內容、新實驗教學方式、新實驗學習方式以及新實驗考核方式等關于《微型計算機原理與接口技術》實驗教學體系的改革思路，以期培養具有能分析、能實踐、能創新、能協作的“四能”優秀學生。

【關鍵詞】 微型計算機原理與接口技術；實驗教學體系；改革思路

一、前言

隨著計算機技術的發展， 社會對人才的計算機應用與開發水平的要求也日益提高， 培養動手能力強、 綜合素質高、 創新能力強的高素質人才是當前社會對高等教育提出的現實要求。高校實驗教學在對學生能力培養方面起著理論教學不可替代的作用，是培養學生實驗技能、應用能力和科學作風的重要環節。《微型計算機原理與接口技術》是電氣大類多個專業的基礎課。《微機原理與接口技術實驗》是該課程實踐的重要環節，其目的使學生建立微機系統的整體概念、加深理解微型計算機組成和工作原理、匯編語言程序設計方法以及接口電路的組成、工作原理和設計方法，使學生獲得在專業領域內應用微型計算機的初步能力；提高學生的動手、動腦能力和理論應用能力，為后繼課程的學習打下堅實的基礎。[1]隨著教學的不斷深入和實驗儀器的改進，陜西科技大學也逐漸探索并總結出了一種新的實驗教學內容、教學管理方法和手段，以促進該門課程的教學效果。

二、傳統的教學模式

《微機原理與接口技術實驗》使學生由理論到實踐掌握微型計算機的基本組成結構、工作原理及典型接口技術，使學生具有軟、 硬件開發的初步能力。以往的實驗教材內容按照教學環節，分為軟件匯編語言程序設計實驗和硬件接口實驗。 從實驗特征來看主要分為傳統的驗證性實驗和設計性實驗。設計性實驗主要要求學生掌握匯編語言程序設計的三大結構，學生自行編寫程序完成實驗任務的源程序，上機調試分析期間的現象，撰寫實驗報告。驗證性實驗主要是傳統接口芯片的擴展，包括簡單接口的擴展：實現開關控制發光二極管、可編程中斷控制器8259相關實驗以及可編程并行接口8255實現交通燈、流水燈實驗等實驗。這些實驗主要驗證芯片的工作過程工作原理。從教學實踐看來，這些實驗在一定程度上促進的課堂理論教學的效果，學生能夠感性的深入認識相關原理，學生更多的是傳統的思維模式，創造性思維還不夠。

三、改革思路

1、建立層次化的新實驗內容

計算機學科是目前更新換代最快的學科之一，實驗內容和手段的設計必須是以培養具有好的實踐能力和一定創新能力的學生為目標。因此，實驗內容分三個層次：（1）基礎驗證型：主要用于驗證課程中所講的核心內容，加深對課堂知識的理解，培養學生基本專業技能和實際操作能力。這類實驗包括所有的軟件程序設計和驗證性實驗電路的搭建和驗證，我們提供基本的設計思想和設計方法，學生進行詳細的程序設計和線路設計以及相關實驗程序的設計。這類實驗項目基本與成傳統的實驗教學內容一致，完成傳統教學的目的。（2）開放設計型：這類實驗加強學生對課堂內容的延伸理解，培養學生綜合分析和解決問題的能力、團隊協作能力。采用半啟發式的教學，提高學生的學習興趣和積極性，對課程基礎知識的掌握也有幫助。[2]一些實驗比如“計時交通燈”，在交通燈實驗的基礎上融合 8254 定時，計數器基礎實驗。學生需要重新設計硬件連線及實驗程序才能完成。再比如“數字式溫度計”，需要使用DS18B20測量溫度，以及STAR實驗儀擴展模塊構成實驗系統。[3]這類實驗項目列舉了項目要求、方案、硬件設計手冊、軟件設計手冊和系統調試記錄等內容。（3）創新研究性：學生自行設計目標并進行實驗內容的設計；進過反復實驗，分析缺陷原因、探究式改進方案，以達到理想的效果。最后，撰寫創新性實驗項目的設計報告。培養學生的創新意識、創造性思維，使學生的想象力、判斷力、思維能力和實踐能力得到提高。對于優秀學生參加各級電子設計大賽或是科研實踐都有積極影響[3]。

2、建立新的實驗教學方式

建立了新的層次化實驗內容，實驗教學方式也要隨之改革。針對第一類基礎型實驗，引導學生復習課程內容、分析實驗內容、預測實驗結果進而驗證結果。對于開放設計型實驗，提前兩個星期發布設計題目，指導教師和學生不斷溝通解決實驗調試前的各種問題，實驗指導、設計和調試全部開放。創新研究型實驗，學生要根據自己的設計完成實驗連線圖、程序流程圖以及源程序。這部分實驗的輔導和及時、正確的解決學生的問題，輔導難度和工作量是必不可少的。為了解決這個矛盾，教師的工作重點應該是在完整了解學生設計目的、設計思想的基礎上及時糾正其中的錯誤，對設計的難點以及努力的方向進行及時的指導。[4]通過這類項目實驗，鼓勵學生發散思維，挖掘學生創新性思維的潛能。

3、建立合理的新實驗學習方式

由于實驗內容的層次化，實驗難度由淺入深，對學生能力的要求由低到高。驗證性實驗要求本科生獨立完成所有實驗內容；第二類實驗，要求學生形成小團隊，采取結對實驗的形式，一般完成2個實驗項目。創新研究型實驗屬于開放性實驗，針對本科生課外興趣小組或進行畢業設計，研究生階段借助實驗儀進行二次開發。

4、建立靈活的實驗考核方式

為了嚴格把關實驗教學，提高實驗教學質量，實驗考核分兩種形式：百分制和定性制，其中驗證性和設計性實驗是百分制，創新性實驗采用定性評價機制。

驗證性實驗考核方式從二個方面進行：（1） 實驗過程的跟蹤考核：首先對實驗預習報告檢查評價，占30%，然后對實驗過程中的主要環節進行記錄、評價，占40%。（2）實驗報告撰寫：完成實驗總結，這部分占30%。

設計型實驗，實驗步驟分為實驗線路設計（25%），程序編寫（15%），實驗儀調試（40%），實驗報告（20%）。由于采用結對實驗方式，學生要在總分為100的基礎上完成實驗，結隊中的成員在2個設計型實驗中必須互換角色。

創新性實驗項目針對個別本科生和一些研究生，旨在培養學生的創新意識、創造性思維及創造性能力，不進行量化考核，采取答辯的形式進行考核，給出定性的評價。[5]

四、結語

實驗教學工作是高等教育的一個重要組成部分，通過教學改革將不斷深化，推動我國各種人才的培養和造就。通過對《微機原理與接口技術實驗教學》的改革兩年來的實施情況觀察，學生的實際操作能力得到了很大程度的提高，同時學生的綜合實踐能力和開拓創新精神等綜合素質，均取得了了良好的效果，得到了用人單位的普遍好評。

【參考文獻】

[1] 劉民岷.《微機原理及接口技術》課程教學及實驗改革實踐[J].實驗科學與技術，2013（1）64-66.

[2] 孟穎，王陸，曾軼男，韓文波，宋鴻飛.微機原理實驗教學的探索與研究[J].吉林省教育學院學報，2014 （9）48-49.

[3] 金文，張惠群.微機原理課程實驗教學的更新與拓展[J]. 高校實驗室工作研究，2014（2）24-25.

[4][5] 潘明，鄭剛，薛彥兵.微機原理與接口技術實驗差異化教學改革實踐[J].學周刊，2015（5）7-9.