微机接口综合性实验教学内容研究

摘要：本文从哈尔滨工程大学计算机实验教学中心的实际建设情况出发，介绍了中心在硬件系列实验改革中的做法和探索，详细阐述了对于微机接口实验课程的具体改进和创新举措。

关键词：微机；接口；实验；教学

中图分类号：G642 文献标识码：B

1新的课程体系

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，已受到欧美等发达国家的广泛关注。针对当今国际电子设计业界对人才培养能力的普遍认同标准，必须强化学生嵌入式开发技术技能的培养。基于这点考虑，计算机科学与技术专业系列实验课程采取了全新的层次递进的方式，分阶段培养学生工程实践能力特点。如图1所示：

新的课程体系的特点是：从第四学期到第七学期硬件实验不断线，层次逐步提高，实验内容衔接连贯；通过重组实验教学环境，构建反映当今计算机科学技术水平和加强培养学生工程实践能力的系列实验课程；强调各门课程明确分工、分层次培养学生的独立组织硬件实验的能力，软件仿真验证能力，测量仪器使用能力；为提高教学效果，教师都认真准备，精心设计实验范例，还收到明显成效。

为体现分层次实验教学，加强实验内容的综合性与设计性，进一步提高学生实践能力的培养。并有效结合学生在校所学习相应理论知识的内容，合理安排实验内容，从时间和内容上与理论课程相呼应，达到实验层次逐步提高，实验内容衔接连贯的目的；通过重组实验教学环境，构建反映当今计算机科学技术水平和加强培养学生实践能力的系列实验课程；强调各门课程明确分工、分层次递进地培养学生的独立组织硬件实验的能力，软件仿真验证能力，测量仪器使用能力；为提高教学效果，教师精心设计实验范例。实验内容从初级实验开始，以一定的梯度逐步提升实验层次，最后完成设计一个综合实验。

2新的指导思想

“软硬件实验环境一体化、实验平台综合化、实验内容系统化”是建立新的课程体系的指导思想。单纯的软件实验和单纯的硬件实验都不利于学生软硬件综合素质的培养，传统的硬件设计和软件设计相分离的设计方法已经成为阻碍设计和实现复杂大规模系统的关键因素，构建软硬件一体化实验环境有利于培养学生软硬件综合素质；综合的实验平台可以进行多课程内容交叉的综合实验，有利于培养学生的综合设计能力；技术的进步以及应用需求的迅速提升推动系统规模变得越来越大，功能实现也越来越复杂，这些都要求学生具有系统化设计能力，实验内容的系统化有利于培养学生的系统化设计的思想和能力。

3新的教学理念

(1) 构建国内一流的多功能、开放型计算机实验教学大平台

中心提出着力构建多功能、开放型计算机实验教学大平台的建设思路，并将这一思想确定为实验中心的建设目标。实验教学中心不但要具有一流的师资队伍、一流的办学条件、一流的改革成果和一流的教学质量，同时还要高标准地建成多功能、开放式的实验教学中心和平台。该平台由通识实验教学和创新实验教学两部分组成，通识实验教学主要以开展综合性、设计性实验为主；创新实验教学主要体现创新能力培养的功能，所开展的实验项目以综合设计、自主创新实验为主。

(2) 实行针对“拔尖”学生的“个性化”培养模式

为培养学生的实践与创新能力，给“拔尖”学生提供创新训练环境与条件，中心除建有“数字逻辑与电路”、“嵌入式系统”、“可编程逻辑及数字系统”等基础实验室外，还建有“网络与信息安全实验室”、“软件创新实验室”、“嵌入式创新实验室”等创新训练环境，并相应配备了经验丰富的指导教师。这些实验室主要用于对“拔尖”学生进行“个性化”培养、电子赛事培训及学生业余科技活动制作。经过此环节的训练，学生的理论水平及实践创新能力均可得到较大的提高。

4新的教学手段

为了提高教学质量，目前中心各实验室都配备了多媒体投影设备，所有实验课都采用电子教案授课。同时，为方便实验室开放、实验教学管理，中心建立了计算机专业实验教学中心网站，开发了实验室开放教学管理系统，各实验室开发的CAI课件等多媒体实验教学材料均挂于中心网站上，学生可以通过网络预习、准备、下载实验内容和相关应用软件；教师可以通过网络与学生开展互动交流、成绩管理等实验教学活动；管理人员可实时掌握学生预约及上课情况。

筹划建设网上计算机虚拟实验环境。为了提高实验室的开放层次，扩大开放的覆盖面，利用网络资源优势，为学生提供更多的现代化实验教学手段，中心积极筹划建设网上计算机硬件虚拟实验室。该实验室能够实现真实实验环境的虚拟，学生可通过网络，在远程操控实验设备与器件，并完成相应的实验内容。这一实验室的建设为学生提供了全新的实验教学模式，可以充分发挥实验教学中心的示范辐射作用。

5逐步完善的实验教材建设体系

为了确保实验教学质量，课题组的成员编写了《数字逻辑实验教材》、《计算机部件实验指导书》、《计算机组成实验指导书》，这些教材着重强调了实验规则、基本实验方法、实验技巧、相关实验理论、实验预习、实验报告等方面的特点、注意事项和要求，其内容丰富且前后衔接连贯，使一个个孤立的实验，综合成一个知识的整体；课题组的成员准备将上述教材重新整理，编辑成系列教材正式出版。这些教材和已获校级重点教材由哈尔滨工程大学出版社出版的《数字电路与可编程技术实验教程》及正准备组稿的《ARM技术实验教程》、《FPGA技术实验教程》一起成为新实验教学课程体系的重要支撑。

6微机接口实验课程的创新与改革

微机接口实验属计算机专业实验教学中心所开设硬件系列课程体系中的提高课程。该课程是计算机本科硬件实验系列教学中的最后一门主干实验课程，是对数字逻辑实验、计算机部件实验、计算机组成实验的最终学习内容的一次综合应用的检验，见图2。

目前的实验教学内容，仍单一的停留在考核学生计算机接口课程本身的项目阶段，多数实验项目只着重于学生对已有接口知识的检验。其目的是提高学生的硬件动手能力和专业技术水平，但仍存在一定的弊端和缺陷。基于此，在实验教学研究的过程中，中心在实践中进行了大胆的实施和探索：

(1) 采取设计创新实验，培养学生创新能力和思维方式。要求学生运用已有知识，发挥创造才能，设计较新颖的实验，选用不同电路和不同编程方法，启发学生从不同的角度来全面地掌握微机接口知识。

首先教师诱导性地提出一些问题，布置学生广开思路，设计实验方案。这可以使学生课后积极思考、探究，从而达到拓宽、延伸课堂教学内容，强化教学效果的目的。

其次，由于每个学生的知识水平及认知事物的方法和能力参差不齐，设计的方案也不尽如意，教师必须认真检查每个学生的设计方案，给予指导，使其完善。可挑选部分优秀方案，积极创造条件，让学生动手实践，学生通过自己设计的实验方案自己动手操作实验，可以唤起他们的学习兴趣，充分挖掘学生的潜在能力，对开阔学生知识视野、培养学生由此及彼、由表及里、触类旁通的微机接口思维素质具有积极的作用。

在微机实验教学中，尽可能地不给学生所谓的“标准答案”，而是鼓励学生大胆想象，大胆创新。对接口电路实行不同连接，芯片选择不同，结果可能不同，鼓励持不同意见者充分阐述自己的观点，积极进行争论。因为，只有通过争论，才能发现自己的不足和别人的长处，才能对问题进行深入的思考，才能促进思维发生飞跃，才能得到最佳结果。如图3所示。

(2) 分阶段批次培养，结合实验室开放采取跳跃式选拔模式。通过微机接口实验的基本教学环节，筛选和选拔表现较突出，理论知识扎实的学生进行跳跃式培养。

通过实验室开放，提供充足的时间和空间保障，结合先进的仪器设备提供了技术保障。接下来教师设计出尽可能多的综合性实验项目(目前为5-10个)，鼓励这些较优秀的学生独立思维和探索。

通过通过学生良好的反馈作用，不断完善和修改实验内容，提高实验的灵活性和可操作性，并适当调整综合性实验内容的难度和知识覆盖程度，进入一个教学和实践互相促进的良性循环。

以教学小组为试点，从教师自身提高，积极开展实验教学内容和研究的探索。在结合现有实验内容的基础上，充分挖掘现有实验平台和仪器设备的最大效用空间，通过学生的课程设计、毕业设计等环节，加大改革力度，研发新的实验内容和具体实验项目。

7改革的成效

目前已完成的综合性实验内容有：基于嵌入式ARM平台的五子棋程序、触摸评汉字输入模块、点对点通讯测试模块，图象编辑画板等。通过实验教学改革，培养一大批具有鲜明的创新思想，实践能力突出的本科生同学，他们在各种全国性的嵌入式大赛中均获得了突出的成绩。

中心通过实施“个性化”培养、计算机软硬件创新设计和计算机技术创新实验室的开放、支持学生科技活动等一系列措施，使实验教学的范畴不单纯拘泥于中心本身所开设的选题。“自主学习、独立创新”的学研结合模式在极大程度上激发了学生的科研攻关和自我创新的意识。微机接口实验的综合性教学内容还有待丰富和提高，这将是未来的发展方向和重点。相信随着嵌入式技术的提高，产品性能的不断改进，微机接口实验将越来越向生产实际倾斜，这也将是高校教学和科研的努力方向。

参考文献：

[1] 武俊鹏,孙建国,张国印. 虚拟现实技术在计算机实验教学中的应用[J]. 计算机教育,2007,(24).

[2] 中国计算机科学与技术学科教程2002研究组. 中国计算机科学与技术学科教程2002[M]. 北京:清华大学出版社,2002.

[3] (美)Vince J. Virtual Reality Systems[M]. Addison Wesley Publishing,1998.