提高《微機原理與接口技術》課程教學質量的方法與實踐

史慶武, 顏兵兵, 劉德勝, 王 鹍

(1. 佳木斯大學 信息電子技術學院, 黑龍江 佳木斯 154007;2. 佳木斯大學 機械工程學院, 黑龍江 佳木斯 154007)

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提高《微機原理與接口技術》課程教學質量的方法與實踐

史慶武1, 顏兵兵2, 劉德勝1, 王 鹍1

(1. 佳木斯大學 信息電子技術學院, 黑龍江 佳木斯 154007;2. 佳木斯大學 機械工程學院, 黑龍江 佳木斯 154007)

《微機原理與接口技術》課程是通信、電子、自動化等非計算機專業的專業基礎課,在整個專業體系中占有重要的地位。由于《微機原理與接口技術》課程存在教學內容龐雜、知識內容理論性過強、實踐不足等特點,所以學生對重點和脈絡難以把握,以死記硬背為主,學生的實踐創新能力不強。針對這些問題,以增強學生的學習興趣和學習主動性為出發點,以提高學生創新能力和開發能力為目的,理順課程的知識脈絡,以中斷方式作為課程的主線串聯課程各部分內容;精選教學內容,增加開發性實驗;以實際課題作為課程設計題目等方式對學生的創新能力進行培養;為了豐富教學環節和教學手段,將Proteus仿真工具引入到課堂教學和實驗中。結果表明,在教學中實踐這些方法和手段,教學質量得到了明顯提高。

微機原理與接口技術; 教學質量; 課程建設; 方法與實踐

0 引 言

《微機原理與接口技術》是通信、電子、信息工程、自動化等非計算機專業的一門重要的專業基礎課[1],是培養學生具有微機軟、硬件設計與應用及工程意識和工程素養的必修課,也是學生今后從事智能控制和微機開發的重要入門課程[2],具有很強的理論性和實踐性。課程主要包括微機原理、匯編語言及接口技術3部分內容,微機原理是基礎,接口技術是應用,匯編語言是中間的橋梁[3]。由于課程中涉及到很多接口芯片,它們引腳多且具有多種工作模式,學生對接口芯片又缺乏感性認識,學生在學習過程中普遍感覺抽象難懂,難以建立起興趣,甚至放棄學習。因此,如何提高教學質量,激發學生學習興趣,是這門課程教學改革和建設的重要課題[4-7]。

1 合理安排課程體系和選擇教學內容

1.1 合理安排課程體系

為了使課程之間的過渡更合理,知識之間的銜接更順暢,使學生在學習過程中不再感到突兀,并考慮到后續其他課程的需要,在修訂培養計劃和教學大綱時,將《計算機基礎》《電路》《模擬電子技術》《數字電子技術》《計算機輔助設計(印刷電路板設計)》等先修課程安排在前3個學期完成,原來安排在第6個學期的《微機原理與接口技術》課程調整到第4個學期,這樣在講授這門課程時,學生不會因為時間跨度大,造成知識的脫節和遺忘。例如:在講授接口技術部分內容時,涉及到《電路》和《電子技術》等課程的內容,如鎖存器、譯碼器、存儲器等器件的原理等內容,課堂上不再重復,更專注于從理論上講解CPU與各種接口芯片連接應注意的邏輯與時序等問題,從而提高了課堂的效率。

1.2 選擇適合的教材

不同學校不同專業的學生,整體的學習能力參差不齊,因此,在教學中要差異性對待,做到因材施教。不同專業對課程的需求及學生的知識儲備結果也不一樣,選擇適合專業和學生的教材非常重要[8]。目前市面上關于《微機原理與接口技術》的教材很多,這些教材編寫的體系結構和側重點各有千秋,甚至有的院校針對自己的實際教學大綱和教學過程,自己編寫相應的教材。佳木斯大學(下文簡稱“我校”)在微機原理與接口技術課程的教學中,選擇了電子工業出版社出版的顧暉老師編寫的《微機原理與接口技術----基于8086和Ptoteus仿真》教材,教學過程發現這本教材很適合電氣工程及其自動化專業學生使用。

1.3 精選教學內容

在教學內容上進行更新,精選教學內容,簡化理論表述,增加實例和仿真,把抽象的理論融入直觀具體的實例中,既可以吸引學生的興趣,同時也提高了學生應用理論進行應用設計的能力。

在修訂教學大綱時,將以往沒有的8086微機原理仿真列為一個教學內容。Proteus是英國Lab Center Electronics公司研發的多功能EDA軟件,是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。對于8086,Proteus可以添加外部匯編編譯工具Emu8086,將編寫好的源程序加入到工程中,利用軟件中的載入程序功能將通過編譯并生成可執行程序載入到8086中,進而可以進行仿真,觀察現象[9-12]。例如在課堂上講解8086最小系統下和8255A的硬件連接電路設計及8255A的多種工作模式時,單純的理論講授太抽象模糊,采用以Proteus自帶的實例作為案例進行仿真,仿真電路如圖1所示,學生可以通過實驗現象觀察到隨著硬件電路的改動和程序的不同,8086CPU和8255A的配合工作得到不同的輸出效果,將會大大調動起學生的學習興趣,也可以為后面的實驗箱實驗以及課程設計提供設計思路,開發他們的動手能力和培養創新能力。

2 豐富教學環節和教學手段

2.1 豐富教學環節

教學環節,就是在一次課或一門課程的教學中,從不同的角度有序地安排教學內容的教育活動,教學環節的設計并不能形成模式,要形成自己的教學風格[13]。因此研究課程知識體系的脈絡,把握課程的切入點變得尤為重要。

圖1 Proteus中模擬8086與8255工作的電路圖Fig.1 Circuit diagram of the simulation of 8086 and 8255 in Proteus

《微機原理與接口技術》是理論與實踐應用并重的課程,同學們普遍反映教學內容中重點和難點多,知識點比較分散,不容易把握課程的主線,不知道該如何應用。因此研究如何從第一堂課導入問題,提高學生的興趣,一直到課程結束,使學生在學習過程中有清晰的脈絡變得尤為突出,而通過對教學環節的改革,可以解決這個問題。

圖2 課程內容相互關系與脈絡

中斷機制是提高計算機控制系統的響應速度和CPU處理效率所普遍采用的一種方式。總結多年的教學及實踐經驗,及對微機原理與接口技術課程知識內容的梳理,可以發現,中斷工作方式在該課程中貫穿各部分教學內容;在工程實踐中,采用中斷方式工作的系統的響應速度和效率也明顯優于其他工作方式。

基于以上原因,明確了如圖2所示的知識脈絡,即采用中斷工作方式作為主線,把課程分為3個大部分,微處理器工作原理部分是基礎;接口技術及應用部分是課程要達到的目的,即完成課程后應具有小型微機系統設計及應用的能力;匯編語言是聯系這2部分的橋梁與紐帶。因此,在講授課程的各部分內容時,將中斷工作方式貫穿其中。例如,在微機原理部分重點突出CPU處理中斷的過程,在匯編語言設計部分,重點突出中斷程序的設計,在接口技術部分重點突出接口與CPU連接構成系統時如何從硬件上設計為可以使用中斷的方式等。

在明確了教學的主線和側重點后,教學過程中重視教學的有序性、知識的連貫性及教學的鏈接性,精心安排教學步驟,恰當使用教學手段,靈活運用教學方法,合理分配教學時間,使教師的教和學生的學,相得益彰,和諧融洽[13]。

2.2 豐富教學手段

圖3 Debug調試窗口Fig.3 Debug window

靈活多樣的教學手段也是提高教學質量必不可少的因素之一。在實踐中,經典教學手段和現代教學手段相結合,充分利用多媒體、網絡等載具,把教學真正帶入有興趣有討論的氛圍,使教學與研究呈現出并進局面。課堂上在主要內容講授結束后,可以自由的討論,形成師生互動式課堂,同時,借鑒國外先進的教學理念,課堂上不拘泥于古板的傳統模式,允許學生帶電腦進入課堂。在講授匯編語言時,為了使學生能更直觀地掌握寄存器和存儲器中代碼和數據的變化更新,課堂上允許學生進行實驗,利用debug工具,對短小的匯編語言代碼進行調試,既提高了學生的學習熱情又鍛煉了他們調試代碼的能力。例如在講授傳遞指令或者算術指令時,在debug窗口中編寫如圖3所示的小程序,就可以直觀的看到各個寄存器值的變化。

3 重視實驗教學

《微機原理與接口技術》是一門集理論、實踐、應用與一體的核心課程,知識內容理論性過強,如果實踐不夠,難以激發學生的學習興趣,只會事倍功半。因此實驗教學環節必不可少,必須給予十分的重視。

實驗作為教學中的一個重要環節,每年都會根據實驗室和學生情況更新實驗大綱,在設計實驗題目時,既要有理論驗證性實驗,也要有開發和創新性實驗[14]。

目前,大部分高校普遍存在經費緊張,學生人數多,實驗開出率偏低等現象。為了克服供給與需求之間的矛盾,我校在這門課程的實驗教學中,實踐了軟件仿真結合硬件實驗箱的方式,不僅滿足了教學的需求,也節約了經費,提高了教學質量和效率。

軟件仿真可以使用前文提到的Proteus仿真工具。在某些具有開發性和創新性的實驗中,可以利用軟件優先對方案中核心控制部分的設計進行論證和仿真。

軟件仿真作為教學的輔助手段和補充,不能完全代替實際硬件實驗。結合我校的實際情況和教學需求,自己設計開發了相應的硬件實驗箱,使用這些教學設備可以做一些驗證性實驗外,如果加上其他的配套模塊,也可以進行開發性實驗。

4 課程設計

課程設計環節是檢驗學生實際應用能力和創新能力的最直接途徑。我校電氣工程及其自動化專業的學生在修完《微機原理與接口技術》課程之后,結合其他先修課程以及自動控制原理等理論后,還要完成微機原理與接口技術課程設計環節,通過這個環節來檢驗他們實際掌握和運用知識的能力。

課程設計大綱每年也會進行相應的修訂,更新20%題目。依賴實驗室能夠提供的最大限度,結合教師的科研以及生產生活中的具體問題,提出難易程度適合的題目,具有代表性的題目得以保留,學有余力的同學則進行創新性的課題研究。課程設計完成后進行答辯,并單獨考評給出成績。通過課程設計環節,使學生掌握了這門課程的核心和實質,培養了他們初步的系統設計與開發能力。很多同學因此轉變了學習觀念,開始主動進入開放實驗室學習和參加電子設計大賽等活動,提高和鍛煉了他們的能力。

5 以培養學習興趣為導向的創新能力培養

實踐表明,填鴨式教學并不能真正提高教學質量,如何調動學生學習的積極性也是教學成敗的關鍵。提高教學質量的有效途徑之一就是使學生產生濃厚的學習興趣和學習的主觀能動性,因此,除了從上述各個方面進行改革之外,學院調動資源,為學生創建了開放實驗室,鼓勵學生進入實驗室進行學習,提高了學生應用理論進行應用設計的能力。

通過以上方法和實踐,我校電氣工程及其自動化專業的學生成績大幅度提升,教學質量得到很大地改善,學生的實際動手能力和創新開發能力得到提高,有越來越多的同學進入信息電子技術學院開放實驗室學習,參加不同類型和級別的競賽并獲得了榮譽,如表1所示。

表1 近3年學生參加比賽及獲得的榮譽Tab.1 Nearly three years of students to participate in competitions and won the honor

6 結 語

《微機原理與接口技術》課程作為信息類非計算機專業的一門核心課程,它的地位和基礎作用是由日新月異的科技發展決定的,是整個專業體系中的重要一環。因此,如何提高這門課程的教學質量,從教學內容、教學手段和過程、教學質量成果的評估和結論等方面進行不斷的更新,是每個從事這門課程教學老師的一個重要研究課題。

[1]李秋潔. “微機原理與接口技術”課程教學探討[J]. 教育教學論壇, 2015(4):127-128.

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[3]史慶武,田思慶,史慶軍. “微機原理與接口技術”課程教學改革與實踐[J]. 中國電力教育, 2009(7):94-95.

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Method and practice of improving teaching quality of “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique”

SHIQingwu1,YANBingbing2,LIUDesheng1,WANGKun1

(1. College of Information and Electronic Technology, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China; 2. College of Mechanical Engineering, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China)

The course of “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique” is a professional basic course of communication, electronics, automation and other non-computer professional, which occupies an important position in the whole system of major. Because “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology” course teaching contents are complex, deep theory, and deficient practice, it is difficult for students to grasp the focus and context, based on rote learning. The students’ practical innovation ability is not strong. Aiming at these problems, to enhance students’ learning interest and learning initiative as the starting point, in order to improve the students’ ability of innovation and development, straighten out the course of knowledge context, interrupt mode taken as the main line connecting the all parts of the course content; selected teaching content, increase the development of experiments; to cultivate students’ creative ability by the way of practical subjects, such as curriculum design; in order to enrich the teaching link and teaching means, the Proteus simulation tool is introduced into the classroom teaching and experiment. The results show that the teaching quality has been improved obviously in the practice of these methods and means.

MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique; teaching quality; course construction; method and practice

2016-05-28。

黑龍江省教育廳新世紀教育教學改革工程項目(JG2014011044)。

史慶武(1974-),男,黑龍江穆棱人,佳木斯大學副教授,哈爾濱工業大學博士研究生。

1673-5862(2016)04-0494-05

G642; TP36

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.04.024