微型計算機(jī)系統(tǒng)課程實驗教學(xué)模式的探索與實踐

劉慧婷　趙 鵬　劉 軍

1.安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院　安徽合肥　230601 2.阜陽市第十中學(xué)　安徽阜陽　236000

微型計算機(jī)系統(tǒng)課程實驗教學(xué)模式的探索與實踐

劉慧婷1趙 鵬1劉 軍2

1.安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院安徽合肥230601 2.阜陽市第十中學(xué)安徽阜陽236000

以突出實踐能力為導(dǎo)向，以培養(yǎng)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才為目的，對微型計算機(jī)系統(tǒng)課程實驗教學(xué)的模式進(jìn)行了一些有益的探索，提出了實驗內(nèi)容、實驗教學(xué)方法、實驗考核方法等方面的改革措施。實踐證明，通過改革提高了學(xué)生對這門課程的感興趣程度，也提高了學(xué)生的動手能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

微型計算機(jī)系統(tǒng)；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

隨著計算機(jī)技術(shù)特別是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，微型計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個行業(yè)［1］。微型計算機(jī)系統(tǒng)課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)必修課程，是為適應(yīng)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)人才的培養(yǎng)和實際需要而設(shè)置的。學(xué)好這門課程，學(xué)生將對計算機(jī)的CPU與接口芯片的結(jié)構(gòu)和功能有深刻的理解。同時，也為微機(jī)控制、單片機(jī)原理、嵌入式系統(tǒng)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

微型計算機(jī)系統(tǒng)是一門理論與實踐結(jié)合非常緊密的課程。由于目前計算機(jī)專業(yè)的教學(xué)偏重于軟件方面，學(xué)生對微型計算機(jī)系統(tǒng)這門硬件教學(xué)課程往往感到過于抽象、缺乏實用性，因此失去興趣。導(dǎo)致實驗課的教學(xué)局限于鞏固書本知識或者只是理論教學(xué)的繼續(xù)，在很大程度上限制了學(xué)生實驗綜合技能的提高。尤其在進(jìn)行課程設(shè)計實驗中，部分學(xué)生由于缺乏必要的系統(tǒng)的實驗知識體系，產(chǎn)生畏難情緒，難以較快地進(jìn)入課題［2］。對此，我們將對如何進(jìn)行實驗課程教學(xué)模式的改革進(jìn)行探索。

1　實驗基本要求

利用實驗箱做實驗是本課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生只有通過動手實驗，才能領(lǐng)會接口芯片的功能和具體使用方法，達(dá)到熟練應(yīng)用的程度。本實驗課程的基本要求包括以下幾方面。

（1）開課后，任課教師應(yīng)該負(fù)責(zé)向?qū)W生介紹實驗室的安全規(guī)章制度，本課程的實驗任務(wù)、實驗內(nèi)容和進(jìn)度安排，本實驗課的要求、平時考核方法以及期末考試方式。

（2）實驗教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)型實驗和綜合型實驗兩大類。基礎(chǔ)型實驗是對書本理論知識的驗證，綜合型實驗則要求學(xué)生綜合運(yùn)用書本知識解決問題。學(xué)生通過綜合型實驗可以了解芯片的功能，掌握利用程序初始化芯片和操作芯片的方法。

（3）實驗前，學(xué)生需要對實驗內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，根據(jù)實驗指導(dǎo)書上的本次實驗課的要求，設(shè)計本次實驗的硬件連接圖和程序流程圖，書寫實驗預(yù)習(xí)報告。預(yù)習(xí)報告經(jīng)過老師簽名確認(rèn)后，方可進(jìn)入實驗。

（4）實驗開始后，2人1組，每組1套實驗設(shè)備。學(xué)生應(yīng)該按照預(yù)習(xí)報告來連接硬件電路，書寫匯編程序，仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，思考實驗中出現(xiàn)的問題的原因，并認(rèn)真記錄實驗結(jié)果。實驗結(jié)果由實驗教師簽字確認(rèn)后才能離開教室。

（5）實驗還需要書寫實驗報告，實驗報告包括如下內(nèi)容：本次實驗的要求和目的，實驗內(nèi)容，實驗解決方案，實驗現(xiàn)象和結(jié)果，實驗中存在的問題和解決的方法，個人小結(jié)等。本次實驗課的實驗報告在下次實驗課時提交給指導(dǎo)教師批改。

（6）實驗指導(dǎo)教師要認(rèn)真?zhèn)湔n，實驗前要清點(diǎn)實驗設(shè)備的數(shù)目，并記錄實驗儀器的完好狀況。實驗開始時，要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報告，簽字確認(rèn)后才準(zhǔn)許學(xué)生開始實驗。實驗過程中要在實驗室中巡視，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗中存在的問題并及時根據(jù)這些問題向?qū)W生提問，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。實驗教師還要檢查學(xué)生實驗的完成情況，對完成本次實驗課內(nèi)容的學(xué)生簽字確認(rèn)后，才準(zhǔn)許學(xué)生離開教室。實驗結(jié)束后，及時批改學(xué)生上次的實驗報告，了解學(xué)生對實驗的掌握情況。

2　實驗內(nèi)容

微型計算機(jī)系統(tǒng)課程的實驗課為36學(xué)時，目前實驗內(nèi)容見表1。

表1　微型計算機(jī)系統(tǒng)課程實驗教學(xué)內(nèi)容

表1（續(xù)）

從表1可以看出，我們目前開設(shè)的一部分實驗是基礎(chǔ)實驗，一部分是綜合實驗。基礎(chǔ)實驗是對所學(xué)理論知識的驗證，綜合實驗則是考查學(xué)生把幾片芯片結(jié)合在一起解決一個小問題的能力。這些實驗的開設(shè)可以幫助學(xué)生鞏固課本知識的學(xué)習(xí)，但是與能夠運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題還相差一定的距離。

3　實驗平臺和實驗方法

3.1實驗平臺

目前的實驗硬件平臺是西安唐都科教儀器公司生產(chǎn)的以Intel 386EX微處理器為核心的TD-PITE32位微機(jī)教學(xué)試驗系統(tǒng)。實驗平臺上提供豐富的實驗單元，如中斷控制器8259、定時/計數(shù)器8254、并行接口8255、串行通信接口8251、SRAM、ADC0809、DAC0832等，全面支持微型計算機(jī)系統(tǒng)的各項實驗內(nèi)容。實驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　TD-PITE系統(tǒng)硬件連接圖

3.2實驗方法

實驗軟件采用西安唐都科教儀器公司提供的Wmd86聯(lián)機(jī)軟件。該軟件是為TD系列微型計算機(jī)系統(tǒng)教學(xué)實驗系統(tǒng)配套的集成開發(fā)調(diào)試軟件，該軟件具有匯編語言和C語言源語言級調(diào)試跟蹤界面，有別于傳統(tǒng)的DEBUG調(diào)試，操作更簡單，視覺效果更直接。

實驗開始，先把實驗箱和PC機(jī)利用RS-232C接口連接起來，然后在Windows環(huán)境下打開Wmd86的界面。根據(jù)實驗要求設(shè)計好硬件連接圖，并根據(jù)連接圖把相應(yīng)部件的引腳連接起來后，再在Wmd86中編寫相應(yīng)接口芯片的初始化和操作程序，運(yùn)行程序后就可以在Wmd86的界面中看到運(yùn)行結(jié)果了。根據(jù)運(yùn)行結(jié)果調(diào)整引腳的連接或者修改程序，直到運(yùn)行結(jié)果和實驗要求一致為止。

4　實驗教學(xué)的改進(jìn)

由于微型計算機(jī)系統(tǒng)這門課程屬于硬件課，目前學(xué)生對硬件課缺乏興趣，實驗教學(xué)只是對理論教學(xué)的鞏固，為了改變現(xiàn)狀提高學(xué)生的實驗技能，本文對微型計算機(jī)系統(tǒng)課程實驗教學(xué)的模式進(jìn)行探索，具體包括實驗內(nèi)容的更新、實驗教學(xué)方法的改革、實驗考核方法的完善等。

4.1實驗內(nèi)容的更新

由于我們實驗教學(xué)的主要目的是讓學(xué)生通過實驗掌握如何通過匯編程序?qū)涌谛酒M(jìn)行初始化和相應(yīng)的操作，實現(xiàn)接口芯片的功能。所以，我們已經(jīng)開設(shè)的實驗多是對芯片功能的驗證實驗。我們目前努力的方向是鼓勵學(xué)生嘗試?yán)盟鶎W(xué)的接口芯片解決實際問題，讓學(xué)生認(rèn)識到這門課程的實用性，提高學(xué)生的興趣、動手能力和理論聯(lián)系實際的能力。

實驗內(nèi)容更新的具體思路：每次實驗課結(jié)束后，聽取學(xué)生的意見并認(rèn)真總結(jié)，根據(jù)學(xué)生的意見對實驗內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整［3］。刪除過時的實驗，把內(nèi)容簡單的實驗合并到與之相關(guān)的實驗中去，并于學(xué)期的后半段在基礎(chǔ)實驗、綜合實驗的基礎(chǔ)上，開設(shè)創(chuàng)新實驗，引導(dǎo)學(xué)生對課程內(nèi)容由淺入深的進(jìn)行學(xué)習(xí)［4］。

例如，學(xué)完芯片8255A，8253，8259A后，設(shè)計創(chuàng)新實驗：設(shè)8255A的A口接4個開關(guān)K3-K0，B口接一個七段LED顯示器，用來顯示4個開關(guān)所撥通的16進(jìn)制數(shù)字0-F，開關(guān)都合上時，顯示0；都斷開時顯示F，每隔2秒鐘檢測一次，通過利用8253的定時功能，8259A的中斷管理功能實現(xiàn)定時檢測，并利用8255A的并行通信功能把開關(guān)的狀態(tài)在七段LED顯示器上顯示出來。讓學(xué)生硬件上把3個接口芯片連接在一起，程序上根據(jù)實驗要求分別對芯片進(jìn)行初始化，綜合運(yùn)用8255A，8253，8259A的功能解決問題，從而提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

通過創(chuàng)新實驗的開設(shè)，許多學(xué)生對微型計算機(jī)系統(tǒng)課程實驗產(chǎn)生了很大的興趣，每次實驗都早早來到實驗室，與組內(nèi)同學(xué)開展熱烈的討論，并積極向?qū)嶒炛笇?dǎo)教師咨詢，直到實驗結(jié)果滿意才肯離開實驗室。指導(dǎo)教師也受到了極大的鼓舞。師生一致認(rèn)為通過這樣的實驗訓(xùn)練，學(xué)生在提高實驗技能的同時，接受了科學(xué)研究的初步訓(xùn)練，綜合素質(zhì)得到了提高。目前，學(xué)生也打破了硬件課程缺乏實用性的認(rèn)識誤區(qū)，他們認(rèn)為微型計算機(jī)系統(tǒng)這門課不僅讓學(xué)生了解了計算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還讓大家學(xué)會了如何通過匯編程序控制各種接口芯片的工作過程，從而使匯編語言的學(xué)習(xí)提升到運(yùn)用的層面，所以這門課把軟硬件教學(xué)巧妙地結(jié)合在一起，實用性很強(qiáng)。

4.2實驗教學(xué)方法的改革

對于新增的創(chuàng)新實驗，我們的實驗教學(xué)方法進(jìn)行了改革。每個實驗班級的學(xué)生以小組為單位，每個小組的實驗選題不完全相同，杜絕抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。對于每個實驗，要求學(xué)生最終提交完整的設(shè)計文檔和匯編程序。整個過程包括文獻(xiàn)資料的收集，實驗方案的確定，芯片間的連線，匯編程序的設(shè)計，實驗結(jié)果的記錄，根據(jù)實驗結(jié)果對實驗方案進(jìn)行修改，設(shè)計文檔的書寫等，都由學(xué)生自己完成，指導(dǎo)教師只做一些必要的輔助性的指導(dǎo)。這樣在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考解決問題的能力。

對于出色完成實驗任務(wù)的小組，讓他們選代表在班級分享自己的設(shè)計思路、經(jīng)驗和教訓(xùn)。并把每位同學(xué)是否在班級分享過自己的設(shè)計思路計入期末成績。

通過該教學(xué)方法的實施，不僅在實驗課教學(xué)中形成了相互學(xué)習(xí)借鑒的良好氛圍，提高了整個班級學(xué)習(xí)這門課的積極性，而且還培養(yǎng)了學(xué)生自我表現(xiàn)的能力，使學(xué)生得到了書本以外的收獲。

班級中的某些學(xué)生，以前只是一個人坐在那思考，寫程序，做實驗，雖然成績很優(yōu)秀卻缺乏在班級中展現(xiàn)自我的勇氣。現(xiàn)在在班級氣氛的熏陶下，他們也開始勇于在班級分享自己的設(shè)計思路，由于這些學(xué)生成績優(yōu)秀，設(shè)計思路能夠得到班級同學(xué)的認(rèn)可。課下，這些學(xué)生向授課教師反應(yīng)：他們在這門課上有前所未有的成就感，也認(rèn)識到在別人面前展現(xiàn)自我并不是件困難的事情。

4.3實驗考核方法的完善

本實驗課程現(xiàn)有的考核方法如下：采用平時考核和期末考試相結(jié)合的方式，其中平時考核占80%，期末考試占20%。主要從實驗預(yù)習(xí)情況、動手能力、實驗認(rèn)真程度、實驗方案的合理性幾個方面對學(xué)生進(jìn)行考查。

為了在班級中形成相互協(xié)作、相互學(xué)習(xí)的良好氛圍，我們將對現(xiàn)有的考核方法進(jìn)行改進(jìn)和完善：平時考核占60%，期末考試占20%，個人表現(xiàn)占20%。

個人表現(xiàn)主要包括兩方面：一是平時實驗中在小組中承擔(dān)的角色和任務(wù)，二是自己所在小組完成的實驗成績在班級中的排名情況。個人表現(xiàn)也實行五級制。

個人表現(xiàn)計入總成績的新的考核方法的實施，進(jìn)一步調(diào)動了學(xué)生的積極性。以前在一些小組中存在部分學(xué)生依賴其他組員做實驗，自己只在一邊觀看的現(xiàn)象，甚至壓根不參與實驗；還存在一些小組對做實驗敷衍了事的現(xiàn)象，只要能完成教師布置的任務(wù)就行，至于設(shè)計思路是否最佳從不考慮。現(xiàn)在為了增加自己的個人表現(xiàn)得分，大家都積極主動的參與到小組實驗中，而且對設(shè)計方案進(jìn)行討論，爭取自己所在小組所提供的設(shè)計方案是最優(yōu)的，從而有在班級分享經(jīng)驗的機(jī)會。實驗課的順利實施，另一方面帶動了理論教學(xué)的順利開展，使得微型計算機(jī)系統(tǒng)這門硬件課不再是學(xué)生心中的硬骨頭，也不再受冷落，也使得后繼課程“微型計算機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計”的教學(xué)更為順利地開展。

5　結(jié)束語

近些年，我校課程組授課教師致力于實驗教學(xué)模式改革的探索，發(fā)現(xiàn)改革后學(xué)生和教師都受益匪淺。以前，學(xué)生因為微型計算機(jī)系統(tǒng)這門課是硬件課，抽象不實用，不愿意學(xué)，學(xué)這門課的目的就是通過考試拿學(xué)分。教師看學(xué)生上課不積極，也缺乏授課熱情，只要完成自己的本職工作就行。學(xué)生學(xué)完這門課，只是對芯片的基本功能有所了解，至于如何綜合運(yùn)用解決實際問題，很少思考。現(xiàn)在通過教學(xué)模式的不斷改革，學(xué)生覺得這門課把軟硬件巧妙地結(jié)合在一起，而且通過這門課的學(xué)習(xí)可以得到書本以外的鍛煉，學(xué)生的積極性得到很大的提高。看到學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，教師授課熱情也很高，把更多的精力投注于教學(xué)工作，從而形成了良性循環(huán)，提高了學(xué)生的綜合實驗技能。通過創(chuàng)新實驗的開設(shè)，進(jìn)一步提高了學(xué)生之間的協(xié)調(diào)工作能力，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊精神。

［1］ 張瑞.“微型計算機(jī)原理及其應(yīng)用”課程教學(xué)實踐之我見［J］.貴陽學(xué)院學(xué)報，2007，2（2）：41-44.

［2］ 許慶靜.《微型計算機(jī)接口技術(shù)》實驗教學(xué)改革的探討［J］.南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，13（2）：77-79.

［3］ 董代潔，全成斌，田淑珍，趙有健.微型計算機(jī)系統(tǒng)接口技術(shù)課程實驗探索［J］.計算機(jī)教育，2013（18）：103-105.

［4］ 馮玉昌，門洪，關(guān)碩.微型計算機(jī)原理及接口技術(shù)課程教學(xué)實踐研究［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報，2012，32（3）：88-90.

Exploration and Practice of the Experimental Teaching Mode of Microcomputer System

Liu Huiting1， Zhao Peng1， Liu Jun2
1. Anhui University， Hefei， 230601， China 2. The Tenth Middle School of Fuyang City， Fuyang， 236000， China

To highlight the practical ability oriented， to train professionals in computer science and technology for the purpose， we make some benefcial explorations of experimental teaching mode of microcomputer system courses， and put forward reform measures on some aspects，such as the experimental content， experimental teaching method， experimental assessment methods and so on. After the reform， students are more interested in this course than before， the students' ability of practice is improved， and they can make comprehensive use of knowledge to solve practical problems.

microcomputer sytstem； experimental teaching； teaching mode reform

2016-02-19

劉慧婷，博士，副教授。趙鵬，博士，副教授。

安徽大學(xué)教研項目（編號：xjjyxm14040）；安徽省質(zhì)量工程項目（編號：2015tszy003）。