微型計算機原理與接口技術課程教學改革探索

杜巧玲　任增強

摘要：筆者深入分析《微型計算機原理與接口技術》課程教學中存在的問題，從學習意義的明確、教學內容的更新、教學方法與考核方式幾個方面進行了一系列的教學探索。針對微型計算機升級換代較快的現狀，提出了教材修訂計劃；針對微型計算機硬件系統復雜度較高、學生較難理解的問題，提出了從設計者角度講授課程的教學方法；改革考核方法督促了學生參與課堂教學，培養了學生舉一反三、靈活設計的能力。教學實踐表明，采取的這些措施激發了學生的學習動力，提高了學生分析問題、解決問題的能力，有效地改善了課堂教學的效果。

關鍵詞：微型計算機原理與接口技術；本科生教學；教學內容；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）26-0091-03

《微型計算機原理與接口技術》是教育部指定的非計算機專業計算機基礎課程6門核心課程之一。本課程是本校電路與系統專業本科生的專業選修課程，也是自動控制類專業、信息類專業和通信類專業本科生的重要專業課程。通過對本課程的學習，使學生掌握有關微型計算機的基本理論、匯編語言程序設計以及相關接口技術的原理、設計方法和具體應用。

由于微處理器日新月異，微型計算機技術不斷更新，硬件系統升級換代，當代的“微型計算機原理與接口技術”已經與早期的“8086/8088微型計算機原理與接口技術”有很大的不同。如果課堂教學依然沿用傳統教學模式，會導致微型計算機原理與接口技術的理論教學與時代嚴重脫節。因此《微機原理與接口技術》課程的教學內容需要更新。同時，為了得到良好的教學效果，教學方法、考核方法等也需要進行全方位的改革。首先，在教學內容上，經典教材“8086/8088微型計算機原理與接口技術”不能涵蓋微機體系結構的新技術，導致教學脫離實際應用技術。其次，在教學方法上，如果單純從使用者角度，按照教材講解《微型計算機原理與接口技術》課程，導致授課內容抽象、枯燥，學生不易理解，難于記憶。筆者根據十幾年積累的教學經驗，在吉林省教育廳項目和吉林大學本科教學改革研究項目的支持下，從電路與系統專業的本科生特點出發，開展了《微機原理與接口技術》課程的教學改革與實踐。

一、明確本時代學習微機原理的意義

明確學習意義、樹立學習目標，是課程深入學習的重要環節。微型計算機從20世紀80年代發展至今，經歷了幾個階段，每個階段都有重要的新技術出現。為什么這些新技術只能在相應階段產生？如果我們也處在那個年代，是否也會為這種新技術貢獻力量？從以上問題出發，引發學生設身處地地思考問題，激發學生學習微機原理與接口技術的興趣。

微型計算機發展至今，難題不斷被攻克，技術不斷成熟，是否意味著微型計算機系統已經完善？微型計算機系統還會有新問題需要解決嗎？學生需要清楚以上問題的答案，并明確學習的必要性。使學生了解目前微型計算機系統存在的缺點，清楚本時代微型計算機的發展方向，明確學習的方向。

筆者帶著以上問題，邊介紹邊提問，引領學生共同回顧微型計算機的發展歷史。讓學生清楚每個發展階段的歷史局限性和當時的社會需求，使學生從歷史的角度思考時代問題、提出解決問題的方法，帶領學生融入到微機原理的課堂教學中。同時，筆者概括介紹目前微機系統的特點，指出目前在微機系統中仍需改進的技術難題，使學生明確學習微機原理與接口技術的實際意義，給出學習方向，激發學生的學習動力。

二、與時俱進，更新教學內容

《微型計算機原理與接口技術》主要的教學內容是微處理器的體系結構和工作原理，以及相應的接口技術。當今時代，微處理器迅猛發展，型號已經從上世紀80年代初期的8086/8088升級換代為英特爾酷睿i7處理器。微處理器更新換代要求新技術不斷涌現，并將其集成到微型計算機系統中，相應的微型計算機體系結構得到不斷改進。然而，在教學中，往往是依舊采用經典教材，講授“8086/8088微型計算機原理與接口技術”的課程，導致理論教學與實際應用嚴重脫節。例如，8086/8088微型計算機原理中存儲體系結構為CPU、主存和外存，不包含高速緩沖存儲器Cache；但從80386開始存儲體系結構中增加了外部Cache部件，以提高CPU訪問內存的速度。從奔騰開始，Cache部件演變為指令Cache和數據Cache，并集成到CPU內部，作為外內外設。此外，還有浮點部件，超標量流水線等新技術不斷被集成到CPU芯片上，作為片內資源。因此，微型計算機原理與接口技術教材需要重新修訂，更新教學內容。

更新教學內容并不意味著所有微型計算機系統的新技術都需要涉及。微型計算機系統升級較快，如果要求每次體系結構的變化都體現在課堂教學中是不現實的，也是不必要的。課堂教學學時有限，不能包羅萬象，泛泛講解每種新技術。這樣做只會增加硬件系統的復雜性，使學生難于掌握微型計算機體系結構的框架和重點內容。因此，更新教學內容，修訂教材應該針對體系結構改進的關鍵技術，并圍繞該技術展開詳細講解。

更新教學內容并不意味著摒棄舊知識點。8086/8088微型計算機系統是X86架構的經典體系結構，運算器、控制器和寄存器組依然是目前微機系統的組成基礎。學生在重點學習該結構的基礎上，才能進一步掌握集成到CPU內部的新技術，全面掌握微機系統的構成和工作原理。因此，更新教學內容應該做到既保留8086/8088微型計算機的系統經典內容，又增加新的關鍵技術。

針對以上問題，筆者編寫了本門課程的教材《Pentium系列微型計算機原理與接口技術》，并于2008年由西安電子科技大學出版。該教材是高等學校電子與通信類專業“十一五”規劃教材。教材在編寫時，充分考慮了以上的問題，將教材內容選定為英特爾的Pentium系列微處理器。該微處理器是可超頻的微處理器，浮點性能、Cache性能等是當時CPU系列中最高的，同時擁有較高的性價比。教材組織時，也充分兼顧了8086/8088微型計算機系統，將其內容安排在Pentium新技術之前介紹。該教材出版后一直沿用至今，取得了顯著的教學效果。

三、從設計者角度講授課程內容

《微型計算機原理與接口技術》是一門內容抽象、學習難度較大的課程。因為微型計算機系統的硬件復雜性較高，涉及的新概念、技術術語較多，學生很難理解、接受該門課程的知識要點。那么如何教授才能使這門課讓學生易于理解？如何教授才能激發學生的學習興趣，培養學生解決問題的能力呢？

針對以上問題，筆者在授課時注意將微機原理的內容與電路、數電等課程的內容相聯系。例如，時序電路與D觸發器聯系等。讓學生感覺到“微機原理與接口技術”既熟悉又陌生。使學生明白可以用熟悉的電路、數電知識搭建出新的模塊，實現新的功能。使學生認識到對于陌生、難懂的功能模塊，只要肯認真學，學習效果與電路、數電課程是一樣的。

筆者在講授模塊功能、結構時，采用了以下的教學方法。首先，介紹該模塊的功能，提出設計目標，引發學生思考“如何設計才能實現該模塊功能”。其次，按設計要求逐次介紹每個組成部分。最后，從整體上驗證功能的實現。帶領學生從各個功能模塊設計角度出發，讓學生身臨其境，思考模塊結構，反復練習從工程要求分析問題的方法，提高學生解決問題的能力。

四、課程考核方法的改革

為了實現素質教育，培養具有分析問題、解決問題能力的創新性人才，考試模式必須從應試教育模式中解脫出來。在考核方式上，筆者將期末總評成績分為期末考試成績和平時成績。期末考試成績的權重為80%，平時成績的權重為20%。期末考試由閉卷模式改為開卷模式，開卷考試可以帶參考書。開卷考試改革主要是針對“微型計算機原理與接口技術”的課程特點。本門課程涉及眾多控制寄存器，從工程實際應用的角度，這些寄存器的設置不需要死記硬背，主要培養學生的靈活使用能力。此外，考慮工程設計時可以翻閱參考書，因此將期末考試定位為可以帶參考書的開卷考試。平時成績主要包括出勤情況、課堂作業和課后作業。這樣的考核方法督促了學生參與課堂教學，防止了學生考前突擊，使學生注意平時的學習積累，培養學生舉一反三、靈活設計的能力。

《微型計算機原理與接口技術》是一門理論性強、工程性強的課程。筆者根據多年來的教學經驗，從學習意義的明確、教學內容的更新、教學方法和考核方式幾個方面提出了相應的改革措施。教學實踐證明，采取的這些措施提高了學生學習這門課程的興趣，激發了學生的學習動力，有效地改善了課堂教學的效果。通過本門課程的學習，提高了學生分析問題、解決問題的能力，培養了學生綜合設計的能力。

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