《微机原理》课程教学方法改革研究

时间:2022-10-10 11:15:24

《微机原理》课程教学方法改革研究

摘 要:《微机原理》课程是电子信息专业的必修专业基础课,课程特点是知识点多,涵盖面广,理论性强。该文从教学内容、教学方法、教学实践等方面讨论了该课程的改革和创新思想方法,旨在找到更合适学生学习的授课方法,提高学生学习兴趣及动手能力。通过实际的教学实践过程证明,取得了良好的效果。

关键词:教学改革 教学实践 动手能力 综合开发

中图分类号: TP301-4 文献标识码: A 文章编号:1674-098X(2014)04(a)-0125-02

《微机原理》这门课是学分制改革以来全国各高校重点建设的实践性专业基础课程之一,也是工科电子类及很多非计算机专业的专业基础课。本课程主要讲述目前国内外广泛应用的INTEL 80X86系列微机原理及汇编语言程序设计,培养学生从理论和实践上掌握微机的基本组成、工作原理,以及与常用外设的硬件连接等知识,是学生初步具有应用危机系统软、硬件的能力,为更广泛的计算机应用打下基础,为学生将来进一步学习深造计算机相关专业或从事IT行业相关工作打下基础。然而,在学习这门课程之初,一些非电类专业,如应用数学专业的学生,《程序设计语言》、《数字电子技术基础》等先修课的基础并不牢固,也未进行生产实习,大部分学生对计算机内部的构造还不十分了解。传统的授课方式导致学生在学习微机原理理论性强,知识点多的基础知识时略显枯燥,无法理解内部指令流和数据流的工作过程,在接触接口芯片应用系统分析及设计技术这部分知识点时,觉得难以理解;在学习汇编语言程序设计技术时,觉得指令晦涩难懂,无从下手。加之实验项目设置死板,并且大多数是以实验箱为主,学生只做简单连线,使用实验指导书上现有的程序敲入运行再根据实验指导书写出实验报告即可,根本无法真正掌握用汇编语言设计硬件驱动和控制程序的方法。学生的学习主动型没有的到发挥,实际动手能力也没有得到锻炼,后续再进行软、硬件结合的综合项目开发就会非常困难了。基于这些原因,进行《微机原理》这门课程的教学改革就显得非常有必要了。近些年来,结合以上这些问题,并根据对不同专业学生课堂授课经验和实验辅导过程,我们从教案编排,授课方法和教学实践几方面进行了有益探索和改革,并取得了良好的效果。

1 结合专业特点,结合培养方案,重新编排、整合教案

《微机原理》这门课程,我们除了针对电气与自动化控制、测控技术、信息工程专业开设外,还特别在应用物理和应用数学专业的第5学期作为必修的专业基础课开设,目的是使学生掌握这门综合专业基础知识,提高学生认识硬件,开发硬件的能力,毕业后能在工业自动化、测控和信息通讯技术领域中进行综合的应用。一般专业开课课时为56课时,可以根据所定教材依章节进行讲授。但是像应用物理,特别是应用数学专业,我们对学生的综合设计能力要求低于其他专业,所以一般课时安排为48课时。在较少的课时下,如何让学生掌握整个课程对应的知识点,并深入理解重点内容进行综合应用,在授课过程中就应该对教案进行适当的整合编排了。我们可以采取分散知识点[2]的方法,将学生必须掌握的内容整合为12个知识点,每次课讲授一个知识点。例如,在以往的授课方案中,在介绍完8088CPU的引脚及功能后,紧接着会介绍CPU的功能结构包括内部EU及BIU和14个寄存器,以及存储器组织,然后才介绍CPU作为芯片的工作时序。而在工作时序的讲解过程中又会大量引用CPU的各个引脚介绍不同时钟周期的工作过程[1]。由于学生第一次学习芯片,各引脚的名称和作用掌握起来比较困难,如果授课进程较快,学生在还没有完全掌握引脚功能的情况下,又要记忆寄存器名称、作用和分段存储的原理,这样造成了知识点的记忆断裂,最后在学习工作时序时就会完全想不起来各个引脚的功能,影响了学生对总线周期的理解。我们可以这样进行整合:先介绍8086CPU的特点,再介绍功能结构和存储器组织,让学生对CPU的整体结构有一个了解,然后再讲CPU芯片的引脚功能,再趁热打铁结合各引脚不同时钟周期的工作讲解CPU芯片的工作时序。再比如,操作数的寻址方式这个知识点也是很重要却不容易理解的一部分内容,一般教材是将所有寻址方式混杂在一起不分类型的安排,我们可以这样进行整合:先介绍计算机内部操作数的类型--立即数,寄存器操作数,存储器操作数。接着分析计算机在执行指令时是如何寻找这些操作数的,也即操作数的寻址方式问题,所以由此就产生了立即数寻址、寄存器寻址,和存储器寻址这三大类寻址方式,在存储器寻址方式这一大类下,再讲解直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址等寻址方式,这样一体化安排,更容易理解和掌握。

2 通过生活实例,采用启发式教学方法,提高学生兴趣和主动性

在传统的授课方法中,老师往往采取板书授课或者多媒体授课,在一堂课中,不停的在黑板上写,占用了大部分时间;或者在讲PPT过程中不断地翻页。单纯的使用这两种方法都会使学生难以集中思想去听完完整的50分钟,所以课堂效果不理想。我们可以采取板书和多媒体相结合的方法,在教师不断地启发下,详细复杂的知识点和芯片结构图等采用幻灯片放映,而各章节框架采用板书的形式,结合教师的设问和提问,不断让学生处于好奇和思考的学习过程中,这样教师也摆脱了繁重的板书,学生也变得活跃而充满求知欲望,课堂效果良好。

比如,在区分寄存器与存储器时,我们可以把身体比作CPU,从生活中的储物袋对学生进行启发。要进行存储,可以把距离身体很近的裤兜比作寄存器,而将手中的大量购物袋比作存储器。当我们购物完毕,手中提着10个塑料袋,同时裤子上有四个口袋。当你有一块零钱时,你会把它存放到哪?学生只要稍作想象,就会答出存进裤兜,也就是寄存器中,因为这里方便存取。倘若存入10个塑料袋中的某一个,你要上车投币时,恐怕车走了,你的一元钱还没找到。通过这个例子启发学生,寄存器距离CPU近,虽然容量小,但是使用方便,存取速度快;而存储器容量大,但是进行数据存储时,存取速度慢,而且需要知道明确的地址。通过这个实例,不但加深了学生对寄存器和存储器存取方法的认识,而且提高了学习相关知识点的兴趣。再比如,CPU对存储器的操作方式分为读和写两种方式,很多学生分不清读操作和写操作的数据流向。如果将CPU比作大脑,当我们在读书的时候,是把书上的数据往脑子里读,同理从存储器向CPU传送数据时,称为为存储器读;我们在写字时,是把脑子里的事往书上写,同理由CPU向存储器传输数据时,称为存储器写。通过这种实例启发学生,还可以理解I/O指令中,IN输入指令为读外设,OUT输出指令为写外设指令。如果能把学生难以理解或记忆的知识用日常生活中的实例加以启发讲解,再抽象的问题学生也会产生浓厚的兴趣,形成习惯后,学生会自发联想生活实际去理解问题,从而变被动接受为主动学习,课堂效果良好。

3 调整实验大纲,因材施教改变实践教学模式,提高学生实际动手能力

理论是实践的基础,《微机原理》这门课程不但具有很强的理论性,而且具有很强的实践性和应用性,很多理论知识只有通过实践教学才能得以真正理解。如果只是单纯的进行理论分析,就会让学生觉得枯燥乏味,逐渐缺乏参与与学习的积极性[3]。传统的实验往往采用实验箱,学生通过简单连线和运行现有程序对芯片进行功能验证,即使是综合设计性实验也是如此。在这种实验氛围下,学生对于较难的软硬件问题不愿动脑筋思考,更加缺乏自主创新的意识,所以势必要对实验大纲和实验模式加以改革。

3.1 成立学研小组,以小组为中心,开展各项实践项目,达到实践目的

以往的实验往往将学生分为2人一组,学生按部就班照着教师,按照实验指导书的步骤完成实验,结果导致大部分同学的实验报告是同一版本,没有达到锻炼学生动手能力的目的。在实践教学改革中,我们打破以教师为核心的单一教学模式,让学生自发成立学研小组,由教师指导,开展与课程相关知识内容的程序设计和芯片与电路相结合的应用设计创新,通过小组学习和讨论、实践,不断深化理论知识,锻炼动手能力增强创新意识;于此同时,新增一些综合实验和自主创新实验,以学研小组为中心鼓励学生独立完成从实验方案到芯片选择及程序填写的全过程;在毕业设计和生产实践等实际动手环节环节适当增加与微机原理相关的课题,给学生适当的展示机会,切实达到实践的目的。

3.2 结合课本知识,在实践中扩充知识面,提高学生综合开发能力和开发兴趣

很多学生在学习过程中反映接口芯片应用系统分析及设计技术这部分知识点难以理解,只能死机硬背一些芯片的引脚功能和工作方式,实际应用起来觉得无从下手。而且很多课本上介绍的接口芯片在市面上实际应用已经很少,甚至不再生产了,这就导致在使用此类芯片时,只能靠实验箱内部集成的现有设计,这样大部分对理论知识理解都不够透彻的学生就无法真正学会芯片的应用,自主创新就更难了。授课教师可以利用市面时下流行的系统开发工具,根据教学要求,针对学生接受能力设计具有实践性的案例,拓宽学生知识面。

例如,在课本中定时器/计数器介绍的是8253A可编程定时器/计数器,教师在讲解该芯片应用的同时,还利用实践课为学生介绍了SONIX微控器开发系统,利用该开发系统就可以制做计时器了。微控制器开发系统根据应用系统的需求,可集硬件实际及软件调试和修改的完成于一身,它实际上也是一种计算机系统,是专门用来开发微控制器应用系统的工具,它通常由一台PC机、一个通用在线仿真器和一个编程器(也称烧写器)等组成,如图1所示。设计人员借助于PC机上运行的系统开发软件,就可以输入、删除、编辑用户程序,也可以把用户程序汇编成目标代码通过LPT口传送到仿真器,并通过仿真器在线运行和调试用户程序。编程器可以对微控器片内ROM进行编程和校验。教师利用课余时间购买相关硬件器材,焊接了硬件电路板,将所需的程序烧录入芯片设计了时钟定时器。并且在实验课上给学生讲解了SONIX开发工具及使用方法,详细说明案例设计步骤及用到的相关硬件和内部的汇编程序,并让同学们了解了计时器的设计方法和编译原理,极大地提高了学生实验开发的兴趣及深入研究的积极性,综合开发能力也通过该案例有了实质性提高。

4 结语

随着计算机科学技术的迅猛发展,社会对人才要求越来越高,这就不断地向我们提出新的目标和要求。《微机原理》课程教学改革从教学内容,教学方法及实践手段几方面着手,采取多种途径提高学生对知识的掌握能力及实际动手能力和创新能力。通过教学改革,学生提高了兴趣,增强了学习的主动性,教学质量也得到了提高,教学效果良好。今后还应鼓励优秀学生参加创新设计竞赛,进一步锻炼自身的应用设计能力。

参考文献

[1] 冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M].3版.北京:清华大学出版社,2001.

[2] 华艳秋.《微机原理与接口技术》课程一体化教学改革的探讨[J].科技创新导报,2011(34).

[3] 谢勤岚.微机原理课程教学改革的探讨[J].理工高教研究,2009,28(4).

[4] 周明德.微型计算机系统原理及应用[M].4版.北京:清华大学出版社,2002.

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