浅析微机原理与接口技术实验教学改革

摘要:针对目前微机原理与接口技术实验的教学现状,从实验内容、教材建设、教学方法、考核方式等方面进行有效的改革,以提高该课程的实验教学水平,培养社会真正需要的计算机人才。

关键词:微机原理;接口技术;实验教学;教学改革

中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0187-03

《微机原理与接口技术》是工科学生必修的一门重要的专业基础课,通过该课程的教学,使学生能够利用单片微机器件进行硬件电路设计与软件编程开发,为社会培养高素质的建设人才。该门课专业技术性极强,无论从课程本身的特点,还是从专业素质的培养来看,加强该课程的实验教学都是很重要的。有关基础知识、基本原理、基本方法,必须靠大量的上机实践和动手实验,才能加深理解并且较好地掌握。通过实验可以培养学生利用计算机技术和编程手段分析、解决专业领域的各种问题的能力和意识,并进一步感受微机发展的新技术和新方法。因此微机实验教学是整个微机教学中重要的环节,它与理论课程相得益彰,是课堂教学内容的补充、延伸和深化,通过与课堂教学的密切配合,使《微机原理与接口技术》真正成为专业的主干技术基础课。

实验教学环节作为《微机原理与接口技术》课程的重要组成部分,许多高校已把微机原理与接口技术实验单独列为一门课,紧随理论课开设,并且单独计算学分。然而实验教学还存在着一些教材、教学内容、教学方法以及考核方式等方面的问题,不利于学生能力的培养及向素质教育的转化,本文结合我校的实际情况,对微机原理课程的实验教学改革进行了探讨。

一、深化教学内容改革,实施高效教学

微机原理与接口技术实验作为一门专业基础课实验,对培养学生今后从事信息系统设计、研究、开发和应用起着极其关键的作用,结合其课程特点,充实实验内容,使之集知识性、设计性和综合性于一体。微机原理与接口技术实验内容主要包含以下几部分:

(一)原理部分

包括8086/8088指令系统与汇编语言程序设计、存储器与I/O机理的认知等内容,着重帮助学生熟练掌握计算机及其基本组成部分的工作原理和工作机制,训练和培养学生运用汇编语言编写应用程序,解决实际问题的能力。

(二)接口部分

包括典型的可编程接口芯片的扩展、性能验证及输入输出应用等内容,主要包括可编程中断控制器8259、可编程定时器8253、可编程接口芯片8255和8251以及模数(A/D)和数模(D/A)转换等,着重培养学生应用典型可编程接口芯片和数字电路芯片进行I/O接口设计和扩展的能力。

(三)综合应用

包括多种接口芯片的组合、自动实时控制等方面的内容,着重培养学生综合应用微机原理和接口技术进行设计、调试微机应用系统的能力,解决实际问题。

参考以上实验内容,我校编订的实验教材分为软件部分和硬件部分两部分实验内容。软件部分为汇编语言程序设计,主要让学生熟悉8086的指令系统、DOS功能调用以及BIOS中断调用,要求学生掌握基本的程序设计和调试方法,能熟练掌握基本的编程与调试技巧。硬件部分为接口部分,是根据学校购买的硬件接口实验箱以及所配套的软件等进行编制而成的,主要让学生熟悉各种接口芯片的编程方法,实验涵盖了基本的接口技术,包含验证性实验以及综合设计类实验。验证性实验要求学生根据接口电路图编写实验程序、验证实验功能。设计性实验要求学生自己设计接口电路、画出流程图并编写出接口程序,注重设计性。

二、合理选择实验内容,层次教学,从基础到深入,循序渐进

微机原理与接口技术的实验教学过程主要分为四个层次,循序渐进,逐渐提高学生的实验分析能力以及创新能力。

(一)软件基础性实验

软件基础性实验主要是验证性实验和简单的程序设计,目的是让学生熟悉编程环境,学会利用不同的调试工具调试汇编语言程序,并学会根据流程图编写简单程序。在这个过程中,主要是为了让学生明确实验的目的、步骤以及方法。以第一次实验为例,该实验的目的是:(1)让学生掌握debug的常用命令,学会用debug和Emu8086调试程序;(2)让学生深入了解数据在存储器中的存取办法,以及堆栈中数据的压入和弹出;(3)让学生掌握各种寻址办法以及简单指令的执行过程。在教学过程中,我们先让学生在预习报告里通过理论分析写好各个实验内容的答案。然后在debug中完成这些实验,让他们熟悉在debug中如何利用R命令修改寄存器;熟悉如何利用E或者F命令修改内存单元;熟悉如何利用D命令或者单步执行命令T查看内存单元和单步运行程序并查看寄存器和标志位的值等。接下来再介绍另外一个调试工具Emu8086,并让他们在Emu8086上完成刚才的实验,然后比较Emu8086和debug在汇编语言程序调试方面的异同点以及各自的优缺点,为他们在后面的软件设计实验中可以充分熟悉利用不同的调试工具来进行调试做好准备,最后通过上面两种不同的调试工具所得到的结果和理论分析的结果进行比较。

(二)软件设计性实验

软件部分的设计性实验主要是提高学生分析问题、解决问题的能力。在这个过程中学生需根据实验内容要求,画出实验流程图,并根据实验流程编写程序,然后进行调试验证。在这个阶段的实验教学中,教师通过分析实验目的和要求,启发学生根据要求画出流程图,然后在教师的辅助下完成程序代码的编写。比如在做“两个多位十进制数相加”的实验时,由于要显示被加数、加数和结果,这边就可以提示学生利用DOS功能调用中的9号或者2号显示功能。通过提示,让学生回忆理论课堂中讲过的这部分内容,并让他们清楚9号和2号DOS显示功能使用时的区别。当学生完成显示部分程序之后,就可以开始编写两个数相加部分的程序了,但是因为题目中要求的是十进制数相加,而汇编语言中默认的是按十六进制数相加,所以这边可以采用提问的方式对学生进行提示,这时候学生就会知道要将结果进行十进制调整转化为十进制了。由于是多位相加,所以应该根据位数来定义循环相加的次数,并对进位位进行处理等。通过这样的引导,学生就很容易画出实验流程图,然后编写出程序,完成这部分设计性实验。

(三)硬件设计性实验

硬件设计性实验主要是让学生熟悉各种接口芯片的程序编写方法以及工作原理,包括可编程定时器8253、并行通信和可编程接口芯片8255、串行通信和可编程接口芯片8251、可编程中断控制器8259、模数(A/D)和数模(D/A)转换以及8237DMA控制器等。通过这部分实验内容的学习,可以着重培养学生应用典型可编程接口芯片和数字电路芯片进行I/O接口设计和扩展的能力。比如通过“交通灯控制”实验,可以让学生明白如何设置控制字来控制各端口的工作方式、各个端口在不同工作方式下的状态以及各端口的输入和输出等。

(四)硬件综合性实验

硬件综合性实验是运用所学知识构建具有一定意义的实用系统,学习和掌握微机中常用接口电路的应用和设计技术,充分认识理论知识对应用技术的指导性作用,进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼,通过综合设计性实验使学生的设计水平和对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。

三、多种教学方法相结合,提高教学效率

教学方法是教师和学生为了实现共同的教学目标,完成共同的教学任务,在教学过程中运用的方式与手段的总称。在微机原理与接口技术的实验中,根据以上实验程度的层次要求,我们采用不同的教学方法进行教学,这样可以取得更好的教学效果。

(一)演示法在基础实验教学中的使用

演示法是指教师通过展示实物、教具,进行示范性实验,或通过现代化教学手段,使学生获取知识的教学方法。对于软件基础性实验以及硬件设备基础实验我们可以采用演示法进行教学。由于学生在刚接触微机原理与接口技术实验课时,对汇编语言调试工具并不熟悉,所以在这一阶段的教学过程中,我们可以适当的进行演示,以提高学生学习效率。比如在做“汇编语言的编写与调试实验”时,我们可以在教师电脑上对debug和Emu8086的程序书写过程以及调试方法、步骤等进行演示,让学生深入了解这些软件的使用方法。对第一次接触硬件基础实验时,我们同样先向学生演示实验室硬件配套实验箱以及配套软件的操作方式以及调试过程,比如我校采用的是清华大学科教仪器厂的TPC2003A实验箱,其配套软件为TPC-USB,在课堂上我们可以以一个简单的实验为例,接上导线,连上硬件,然后通过演示,可以让学生熟悉实验箱,并熟悉利用这个软件进行编写、调试、运行程序等实验步骤,对后续的设计实验中学生能熟练利用这些配套软件来进行实验设计起到了很大的帮助作用。

(二)启发式教学在设计实验教学中的使用

启发式教学是指教师在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律,从学生的实际出发,采用多种方式,以启发学生的思维为核心,调动学生的学习主动性和积极性,促使他们生动活泼地学习的一种教学指导思想。在汇编语言软件和接口硬件设计实验中,我们可以采用启发式教学的方法。根据设计实验要求,教师对学生进行适当的启发和引导,让学生在教师的帮助下独立完成实验的设计和调试,发挥自己的主动性和创造性。

(三)讨论法在综合实验教学中的使用

讨论法就是学生根据教师所提出的问题,在集体中相互交流小组的观点或个人的看法,相互启发、相互学习的一种教学方法。在综合设计实验这一阶段,学生2～3人为一个小组,通过学生之间的讨论以及资料查询等,取长补短以完成整个设计。这样不仅可以引发学生的学习兴趣,使学生感到自我存在的价值,激发学生的智慧,也可以让学生进行积极的思维活动。况且某些学生的独特见解许多时候更胜于教师循规蹈矩的讲解,有利于学生巩固和加强对基本概念和理论的理解和掌握。

四、严格要求学生,培养学生积极的学习态度

实验教学是课堂教学的补充、延伸和深化,是课程教学的重要组成部分。实验教学的目的就是通过与课堂教学的密切配合,巩固和扩充课堂讲授的理论知识,加深对课堂教学内容的理解;训练科学实验的基本技能和方法,养成严谨的科学态度和工作作风,培养运用所学理论知识独立分析、解决实际问题的能力和实际动手能力。为了完成以上的实验目的,我们要求学生在进行微机原理与接口实验过程中完成以下任务要求:

(一)实验预习

在每一次实验课之前,学生都必须写好预习报告。要明确实验目的和要求,在实验报告上画出程序流程图并编写出程序(硬件设计实验还需要画出电路图)。

(二)课堂实验验证

在实验课堂上学生通过对预习报告中的设计方案进行调试和修改,直至符合实验要求为止。

(三)完成实验报告

实验结束之后,学生都必须完成实验报告,并对实验内容进行总结,对实验结果进行分析和讨论。

五、完善实验课程考核方式

对学生进行实验考核是验证学生掌握所学知识的一种手段,也是督促学生钻研基本理论和提高基本技能的重要措施。为了有效提高微机原理与接口技术实验教学的质量,更好的检验实验教学的效果,我们采用现场实验操作的方式进行期末考核。考核的题目由教师在考试之前准备若干份,然后由学生现场抽签决定。考试的成绩由教师在学生的操作过程中,根据学生对所涉及题目要求的设计方案、程序设计代码、动手验证操作以及故障排除等方面进行给分。学生最后的综合成绩包括其期末实验考核成绩、实验报告成绩、平时完成实验情况及出勤表现等来进行综合评定。制定一个严格的考核方式有利于提高学生的学习积极性及主动性,并能在平时实验过程中以及期末考核中了解学生掌握实验的情况,对于今后改进实验教学有很大的帮助。

六、结语

微机原理与接口技术的实验教学是一个长期的过程,只有不断总结实验教学经验,改善实验环境,探索实验教学新方法,提高自身业务素质与管理水平,才能培养出满足社会需求的高素质的人才。

参考文献

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[2]陶龙芳.微机原理与应用实验(第一版)[M].北京:中央广播电视大学出版社,1998.

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[4]王华,傅彦,崔金钟.《微机原理与接口》课程实验教学改革的实践[J].实验科学与技术,2007,(2).

作者简介:彭文竹(1982-),男,集美大学诚毅学院教师,助理实验师,厦门大学电子与通信工程专业硕士,研究方向:图像处理。