微机原理与接口技术实验教学改革综述

摘要:钍对32位实验系统的特点,该文从改善实验条件、精选实验项目、改进教学方法、完善考核方式等方面对微机原理与接口技术实验课程的教学改革进行了综述。教学改革主要关注在32位的环境下如何激发学生兴趣、降低实验复杂性,提高实验效果。

关键词:微机原理与接口技术;实验教学改革;程序陷阱

中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)19-5385-02

Elaboration on the Teaching Reform of Microcomputer Principle and Interface Technology Experiment

LI Jian-xin1,2, SONG Qi-xiang1, YANG Bao-sheng1

(1. Department of Computer Science and Technology,Suzhou University,Suzhou 234000, China;2.School of Computer and Information,Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract: Thorium on the features of 32-bits experimental system, this paper expounds the teaching reform of microcomputer principle and interface technology experiment from the improvement of experiment conditions, selection of experiment projects, improvment of teaching and testing methods and so on. The teaching reform mainly pays attention to how to stimulate interest of students, reduce experiment complexity and improve experiment effect in the 32-bits environment.

Key words: microcomputer principle and interface technology; experiment teaching reform; program trap

微机原理与接口技术是计算机及电子信息类专业的一门专业课程,是综合应用微机原理、汇编语言、接口技术及数字电路等知识的一门技术性课程。该门课程的实验环节是教学过程中不可缺少的部分,合理有效的实验教学非常有利于提高学生的软硬件设计、应用及创新能力。

近年来,部分院校对该门实验课的实验设备实现了从原16位系统向32位系统的更新换代,实验环境、设备的使用方法、实验项目等方面均发生了较大的变化,因此,为提高学生的开发应用能力,充分发挥该实验课的作用,达到最佳实验效果,探索32位微机原理与接口技术实验的教学改革是十分必要的。现以我校的实验资源为背景对该门实验课的教学改革进行综述。

1 改善实验条件

我校微机原理与接口技术实验室过去多年来一直配备使用的是十六位微机原理与接口实验箱,实验设备老化,硬件实验项目单一,且大部分为软件实验或芯片功能验证性实验,不利于培养学生的开发能力,已不能满足现代微机原理与接口技术的需要。

2009年下半年,该实验室配备了20台套32位微机原理与接口技术综合实验台。此系统是一套基于PC机PCI总线的32位实验系统,其硬件包括PCI接口卡和实验对象两大部分。PCI接口卡主要由PCI9054、93LC66、CPLD EPM7128组成。PCI9054是PLX90XX系列芯片中的PCI总线接口桥芯片;93LC66(EEPROM)用于存放PCI9054初始化设置信息;CPLD则将复杂的PCI总线转换成标准的LOCAL BUS。实验对象由1 块实验主板、开关电源、实验导线等组成。实验主板上已包含众多微机接口对象,并引出LOCAL BUS插座和扩展接口插座,供用户二次开发和扩展。

实验系统工作原理:PCI接口卡将PC机PCI总线转换成标准的32 位的LOCAL BUS,再通过总线驱动与隔离扩展成64芯的插座,用户使用1根64芯的扁平电缆将PCI接口卡上的LOCAL BUS引入实验对象。实验系统可支持8位、16位和32位的总线宽度。

实验系统的特点:1)可使用的PC平台:DOS、WIN98、WIN2000、WIN XP;2)可使用软件开发平台:汇编、C、C++;3)可使用软件开发方法:汇编开发、WINDOWS平台下的C开发、WINDOWS下的驱动程序开发(WDM)、ALTERA公司的可编程逻辑的开发;4)提供二次开发的接口(LOCAL BUS)。

2 精选实验项目

原16位装置实验项目多为软件实验或简单的接口验证性实验,学生在实验时,基本是经过简单的连线后,调用简单的软件程序,很容易就可以完成实验,真正让学生动手动脑的东西很少,对于原理熟练的同学,一个实验很快就可完成,不利于培养学生的创新能力,而且原来的实验项目距离实际应用相差甚远,学生的学习兴趣较低,实验效果较差。因此,必须改革传统的实验项目,将实验项目由验证性实验为主转为以面向应用的综合、设计性实验为主。

鉴于上述原因,我们在现有的32位实验平台基础上精选了一些有实用价值的实验项目, 开课时实验教师根据微机原理与接口技术课程安排及学生的实际情况进行选用,尽量减少原理性及芯片功能验证性实验项目的开设。目前精选的实验项目如表1所示。

上述实验项目中大部分项目均具有一定的实用价值,尤其象模拟交通灯实验、步进电机驱动实验、直流电机驱动实验、8253电子音调实验、温度测量实验、语音芯片控制实验、红外数据发送与接收实验等项目更贴近于人们的生产和生活,从对部分实验项目实际开设效果来看,充分显示了微机原理与接口技术这门课程的应用性,同时极大地激发了学生的学习兴趣。

3 改进教学方法

32位微机原理与接口技术实验的教学方法与原简单的16位实验系统相比有共同之处,象启发式教学、讨论式教学等一些效果好的传统教学方法当然还可以继续延用,但32位的实验项目还有它自己的一些特点,需要采用独特的教学方法才可收到较好的效果。最主要的是32位实验项目大多是解决生产和生活实际问题的,多数实验参考程序较为复杂,有的多达数页,另外32位综合实验系统采用插在主机箱内部的PCI接口卡将实验对象与PC机联系起来,实验对象要通过PCI卡使用PC机的处理器和存储器等资源,实验程序中必须要对PCI接口卡进行配置方可完成实验,这无形当中还要增加程序的复杂性。这么复杂的程序要求学生在有限的课堂时间内编写出来几乎是不可能的。

针对上述状况,我们在教学方法上主要采取了以下改进措施来增强实验效果:

3.1 设置程序陷阱

实验时,将事前准备好的实验参考程序提供给学生,但对一些关键性的语句设置陷阱,让学生根据理论课学习的内容自行分析完成。比如在做一些芯片的应用实验时,对于芯片的控制字的设置不提供给学生,让学生对照各种芯片控制字的格式自行设置;对一些直接关系到实验任务的功能性语句同样可以设置程序陷阱。

3.2 相关任务驱动

学生按照教师提供的参考程序完成规定的实验任务后,在此基础上由老师再布置一些相关的实验任务,让学生在原参考程序的基础上通过改变硬件连线和重新组织实验程序完成相应的实验任务。比如在32位LED显示实验中提供给学生LED灯的左移、右移程序,让学生设计交叉点亮的实验程序,还可以让学生设计程序模拟各式各样闪烁的霓虹灯。学生通过这样的实验过程训练后,会感到有极大的成就感,从而强烈地激发他们的探索欲望和学习兴趣。

3.3 加强课前预习,合理调整教学节奏

由于原来的实验项目较为简单,在2到3个课时内,就可完成实验原理讲授、实验过程的指导以及实验成绩的验收等环节,大部分学生也可有足够的时间完成规定的实验任务。但目前的实验项目较为复杂,一个实验项目在2到3个课时内很难有效完成上述全部过程,即便完成,留给学生的有效实验时间也会缩短,影响实验效果,因此加强课前预习更为重要,一部分任务要求学生在课外时间完成,为此,需要调整一下教学节奏,在上一个实验结束前或抽取课外时间将下一个实验的任务布置下去,有时可将带有问题陷阱的参考程序也一并提供给学生,让学生利用课余时间带着问题去预习,从而节约了课堂时间,为学生争取了更多的有效实验时间。

3.4 完善考核方式

实验考核是验证学生对所学知识掌握程度的一种手段,也是督促学生提高基本技能的重要措施,合理有效的考核方式有利于提高学生的学习积极性及主动性。为了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,我们采用平时加期末合并评分的方式进行考核,为使学生不仅要重视期末考试,还要认真对待每一个实验项目,成绩按平时占60%,期末占40%的比例进行计算。平时成绩根据每一个实验成绩进行综合评定,每一个实验成绩根据实验预习情况、实验操作情况及实验报告按2:5:3的比例进行综合评定。期末考核以现场实验操作的方式进行,考核的题目由学生现场抽签决定,成绩是根据学生对所涉及题目要求的设计方案、程序设计代码、操作以及故障排除情况等方面综合给分。

4 结束语

微机原理与接口技术实验是一门综合性较强,难度较大的实验课程。通过改善实验条件、精选实验项目、改进教学方法、完善考核方式等一系列措施来提高教学效果是该实验课教学改革的重要内容。目前新的实验系统还支持高级语言和可编程逻辑等开发方法,进一步挖掘实验系统的新特点、新方法来降低实验过程的复杂性,并有效达到实验目的,将是今后教学改革需要探索的方向。

参考文献:

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[2] 彭文竹.浅析微机原理与接口技术实验教学改革[J].中国高新技术企业,2009(20):187-189.

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