关键词 计算机应用 计算机原理 高等职业教育 能力培养
引言：《微型计算机原理及应用技术》是高等职业学校计算机及相关专业一门非常重要的专业基础课，同时也是一门发展迅速、与实践结合紧密的学科，了解和掌握微型计算机原理和应用的知识是现代社会工程和科研人员比不可少的一项技能。对于高等职业院校的学生来讲，掌握这门课就显得十分重要。本文主要结合教学实践，就充分调动学生学习的主动性，培养学生的创新能力和创新精神方面进行了详细探讨。
一、合理的把握教学的理论起点，侧重硬件部分的教学
高等职业学校的学生掌握计算机的基本原理和计算机的工作方式方法是使得学生获取后续学习能力和持续发展能力的重要保证。但在微机原理的教学过程中，许多内容比较复杂、抽象，学生难以理解。如CPU如何执行程序、存储器的读/写操作、数据/地址线的合用、键盘的扫描等等。如何让学生能更好地理解和接受这些知识，不产生厌学情绪，为此我在教学中合理安排好教学计划，尝试了多种教学方法，取得了一定的教学效果。
首先在制定教学计划时，力争做到重点突出、层次分明。在教学过程中，适时加入对知识纵向和横向的延伸，如在介绍基本原理的基础之上合理的介绍计算机应用的新技术，调动学生学习积极性的同时将计算机日新月异的技术发展介绍个学生。这样才能够最大限度的活跃课堂氛围，让学生能够带着对于新知识的新鲜感和求知欲进行课堂学习，起到事半功倍的作用。
其次在教学方法上，采用启发、渐近、案例、比喻等多种教学方法，充分利用多媒体工具，提高学生的学习兴趣和学习欲望，达到了所要的教学效果。如在介绍存储器时，为了便于学生理解，我把存储器比喻成了学生的宿舍，每个宿舍相当于每个存储单元，每个宿舍都有门牌号那就相当于存储器的单元地址，每个存储单元可存放8位二进制数，那就相当于每个宿舍可住8个学生，存储器读数据比喻成学生走出宿舍，学生进宿舍就好比向存储器内写数据。在讲算术运算指令时，采用启发式教学，首先引导学生回忆标志寄存器的结构和数制计算时的补码运算，在此基础上再介绍算术运算类指令的格式和功能。有了这良好的理论基础，再介绍十进制数转换为十六进制转换程序。用顺序结构算法讲解转换过程，引导学生思考传统算法的不足，为后续介绍循环结构打下基础。
二、加强实验教学，重视技能的训练
微机原理是一门实践性非常强的课程，在日常的教学中，除了要有很好的课堂教学来对学生进行指导之外，实验教学的环节也是必不可少的重要环节。受传统教学的影响，实验课程往往局限于对理论的验证或者是课堂教学的补充，这就在很大程度上限制了学生综合素质的培养。实验课程应该促进学生的学习动机，使得学生可以处在一种期望和主动学习的状态，通过实验课程来培养学生的学习兴趣。在实验过程中，采用多种教学方法相结合，提高教学效率。如对于一些验证性实验和简单的程序设计等基础性实验，可以通过演示法进行教学。对于一些设计性实验，可采用启发、案例、讨论等方法来进行教学。比如在讲授可编程并行通信接口芯片8255A时，如果单纯只讲它的内部结构、引脚和功能、控制字和它的工作方式，学生对这些枯燥的内容就很难理解，通过“交通灯控制”实验，让学生通过编程来实现信号灯的控制，这样学生通过动手明白了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等内容。
当然在具体的实验过程中，由于每一个章节的教学内容都有不同的侧重，学生在进行实验的时候其动手能力也是不断的变化的，所以其教学的深度和难度也会不断的调整和变化。因此在微型原理的教学中务必要紧扣高职学校教学的特点，更加贴近实战，这样才能真正促进学生综合素质的全面提升，为学生工作学习养成良好的习惯。
三、引入工程意识，丰富理论知识
高等教学的特点和目标是将使用作为主导思想来贯穿在整个教学之中。为了可以在教学中能够让学生从整体上把握计算机学习的系统性，就必须将工程的意识引入到日常的教学中，以此来达到提升学生理论知识的目的。教学中，老师可以多给学生讲解一些计算机领域发展中新的技术和前沿信息，一方面可以有效的激发学生学习的积极性，另一方面通过老师的讲解，可以促使学生计算机学习的理论知识更为丰富。
计算机工程是一个系统的知识体系，需要学生长期的积累才能达到良好的效果。但是仅仅依靠高职阶段的课本知识还是远远不够的，需要老师引导学生进行计算机学习体系的构建。而最为关键的是要培养学生学习计算机的兴趣，树立起长期学习计算机知识的目标，通过一次次老师的启发中，使得学生在学习中获取成功和收获，最终帮助学生构建起属于自身的计算机知识体系。
四、结束语
《微型计算机原理及应用技术》主要讲授的是一些原理性知识，学生能否通过老师的教学获得知识，这虽然和教育的对象以及教学的环境有着密切的关系，但这更取决于学生的决心。高等职业学校教学中面临的困难不少，但老师只要充分的考虑提升学生综合能力的目标，不断的进行教学方法的探讨，寻找适合自己所带班级学生特点的教学方法，发挥学生在课堂中的主体作用。只要教学以学生成长做为教学的动力和目的，就能够使得学生在获取知识的同时掌握学习的能力和方法。
参考文献：
[1]周佩玲 彭虎 傅忠谦 《微机原理与接口技术（基于16位机）》电子工业出版社 2006.
[2]朱金均 《微型计算机原理及应用技术（第2版）》 机械工业出版社
[3]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）.
关键词：高等院校；微机原理；单片机；教学改革
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)07-0074-03
0 引 言
微机原理及应用和单片机原理及应用是现今大多数院校自动化、电气自动化等信息工程类专业的重要课程。微机原理偏向于原理性的介绍，涉及的实验比较简单；而单片机则更偏向于应用性，涉及的实验较多。这两门课程的实验过程及使用的芯片及编程的的方式非常类似。大多数院校选择先开设微机原理的课程，在随后的一个学期开设单片机的课程。这样的选择在逻辑上没有错误，可毕竟这两门课程有很大的相似之处，但又有各自的特点。微机原理和单片机的内容既相关又有明显的区别，前后开课会使得学生可能产生忘了前面、记不住后面的感觉，同时两门课的相似点又使得学生区分不清，对内容产生混淆。而实验的环节，用的实验箱不同，虽然芯片不同，学生也仅仅为做而做。在实际教学中，会经常碰到学生提出“微机原理的汇编语言编程要分段(segment)，而单片机的汇编语言编程为何不分段”、“微机原理课里的标志寄存器有16位，为什么单片机里才有8位”等问题。此外，这两门课一般都由同一位教师讲授，教师备课时不由得对比着备课，在教学中自然把两门课相关知识点进行描述或比较，使得单一门课程的教学时间无形中被占用。对此，以笔者实际的教学经验，现对这两门课程的教学改革进行一些探讨。
1 课程改革思路
微机原理及应用课程主要是帮助学生理解计算机的原理和结构，通过学习，使学生熟悉一款比较经典的CPU和以该CPU为中心的总线、存储器存储过程等数据处理以及用汇编语言编写程序的方法；同时，还涉及了诸如8255、8259A等一些芯片的运用及接口编程知识，微机原理及应用偏向于原理性的阐述。而单片机原理及应用课程主要是针对某类型已经非常成熟的单片机型号，帮助学生学会如何使用单片微型机以及针对实现不同的功能进行编程的知识，该课程更偏向于应用。
这两门课程的内容既有很大交叉，又有各自的特点：微机原理及应用理论更系统，单片机应用性更强。独立开设两门课程，不可避免地会出现知识点的重复和各自重点的缺失。由此，针对这两门课程授课过程中的不足，笔者有了对这两门课程进行改革的想法。即：同步开课，结合实际教授理论内容，合理分配实验学时等。
2 教学方面
2.1 教学内容
在理论教学方面，笔者对微机原理和单片机的教学内容进行了整合。微机原理基于冯·诺依曼结构，这种理论更易于学生了解计算机体系和计算机系统的工作方式；单片机本质上也是计算机系统，只是性能弱，功能单一。因此，在理论讲课过程中，应该以微机原理为主，同时针对微机原理和单片机的明显不同，比如同是45H，在微机原理中是立即数，在单片机中是存储的地址等，在这方面加以重点讲解。微机原理的内容较多，涉及面广，如果对知识点面面俱到，不仅时间不够，而且学生的学习积极性肯定不高。单片机原理课程主要基于80C51单片机进行讲解，并介绍单片机的特点、在片资源、汇编语言编程、片内接口及中断、通信及A/D、D/A转换等。在这当中，肯定会遇到一些和微机原理相冲突的地方，不论讲解与否，势必会影响到后续课程讲授的连贯和流畅，因此，必须要对相关内容进行取舍。
在此，建议对于汇编语言内容，讲解计算机概论的同时兼顾单片机的兴起和发展；对指令系统的内容进行讲授，同时要总结微机原理和单片机指令的异同以及寄存器的差别等；程序设计部分就放到单片机教学部分讲授，因为汇编语言的程序设计方法这时并不是最重要的，而且此时的汇编程序与单片机编程的汇编程序有一定的不同，并且应用性不强。在此学生能读懂程序或者能编写一些小的程序就达到要求了，而在以后单片机编程的学习中，再着重教授学生程序设计的方法。同时，应当给学生指出计算机汇编和单片机编程的差异，特别是容易混淆和产生笔误以及一些诸如RET/IRET等具有极大相似而又是不同从属的指令。指令系统的学习也只是学习经常使用的指令，主要通过对比的方式使学生对单片机的编程指令有更深的印象，同时对单片机的111条指令进行系统的分类，使学生记忆更加深刻，其他的就一笔带过。中断控制器8259A、DMA控制器、定时器/计数器这些内容基本一样，就可以压缩到一起讲，然后把省下重复上课的学时投入到实验中。串行通信的内容在原理上是一样的，针对自动化/电气工程及其自动化专业的学生，他们毕竟不是计算机专业的，所以微机原理方面属于选学内容，而实际操作中，单片机的很多问题都出现在通信及其协议上。因此，对于波特率、串并行通信及其工作方式以及双机通信的例子应该进行重点讲解，力求学生做到熟练应用的水平，这对学生在以后的单片机课程设计或者以后从事相关的工作都有较高的实用及应用价值。而由此衍生的串行总线、总线的扩展则适当讲解，目的是使学生在以后碰到相关问题时不会乱了阵脚，同时提前给他们解决相关问题的信心。
关键词：微机原理；接口技术；实践
中图分类号：G715 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 15-0000-01
Microcomputer Principle and Interface Technology Practice
Pan Lili
(Qingdao Technological University,Qindao College,Qingdao266106,China)
Abstract:The description"Microcomputer Principle and Interface Technology"current situation,describes the course of practice teaching role,made a practice of teaching computer interface design,in order to reinforce the teaching of the course.
Keywords:Microcomputer theory;Interface technology;Practice
一、引言
微机原理及接口技术课程是单子信息类专业的重要课程，阐述了微型计算机的主要组成结构，讲解了应用系统的设计，描述了指令系统和汇编语言编程。微机原理和接口技术课程可以使学习者掌握微机软硬件方面的基本理论、基本知识以及常规技能，强化学生工程应用能力，有助于今后从事计算机控制技术、智能仪器的学生打下良好专业基础。该课程理论性、实践性都较强，教学课程信息量大；教学内容更新迅速，学生往往感到难学，老师执教困难；实践环节比较多。下面，针对该课程的教学实践，结合其教学进行探讨，阐述一些教学体会。
二、《微机原理与接口技术》课程当前现状
按照《微机原理与接口技术》课程教学大纲的要求，设定学分数为3.5分，56节学时数，包括48学时的理论教学，8学时的实验教学。教学目标要求，通过学习本课程，学生要从理论和实践等方面熟练掌握微型机的组成、工作原理、接口电路及硬件连接，具备微机系统工作的整体概念，初步具有微机应用系统软硬件开发能力。所以，选择教材时，必须涵盖课程相关知识点，并有所侧重，同时注重培养学生分析实际问题的能力，并在实验教学环节上见到实效。教材与习题力求紧密结合，在上机实践过程中消化课堂上讲授的知识，帮助学生掌握相关理论知识，举一反三，开拓思路。《微机原理》课程主要内容主要包括软件、硬件两个部分，软件部分：汇编语言编程；硬件部分：中央处理器和存储器的连接，中央处理器和外部接口的连接。不同类型的中央处理器的汇编语言不相同，与外部接口的连接也有差异，选用不同的中央处理器，对应的教学内容也有较大区别。通过学习本课程，要求学生应在原有基础上提高分析问题与解决问题的能力。为了在有限的教学时间内达到有效的学习效果，教师要不断探讨、研究新的教学思路，充分利用各种教学资源和实践环境来改革教学手段。
三、《微机原理和接口技术》实践教学
实践环节是实践教学的重要组成部分。良好的实践教学过程是保障学生具备从事微机原理和接口技术课程实践和创新的基础。根据教学实际需要，实践课程被划分成基础验证型实践、综合设计型实践和开放型实践三个部分，做到由浅及深，基础是验证型实践，重点是综合型实践，按照学生情况自主选择开放型实践，对原有的实践项目进行重新调整，对项目内容进行必要的增删、整合等整理。
（一）基础验证型实践分析。基础验证型实践主要用来让学生熟悉掌握汇编语言程序设计步骤，熟练运用其开发环境。该项内容包括汇编程序的设计技术（包括DEBUG的常用指令，并且用DEBUG调试程序等）及熟悉PC总线微机工作原理，同时正确使用典型接口电路以及中央处理器及外设的接口方法和其编程原理。对于该部分内容的掌握可以让学生对微型计算机建立感性认识，同时可以培养学生的研究兴趣。这一部分内容掌握的效果如何将直接影响到综合设计型实践能否顺利进行，是综合设计型实践的理论基础。所以在实践开始之初，指导教师要先对实践的内容通过多媒体课件等形式深入讲解，对于汇编语言编程开发环境要加强解释和演示，使学生做到熟能生巧。具体的实践内容分三部分：第一部分：循环分支程序设计实践，要求熟悉8086／8088常用指令及DEBUG常用命令，熟悉使用汇编语言进行分支与循环程序设计的方法。第二部分：DOS系统功能调用，要求熟悉DOS系统功能调用及其编程方法。比方说：字符输入与输出的功能及使用环境。第三部分：简单输入输出接口的操作，要求掌握接口操作的基本方法以及数据输入输出程序编制的技巧。
（二）综合设计型实践。综合设计型实践要求让学生将前面所学知识系统地结合起来，形成一个具有一定实际意义的整体，培养学生灵活运用所学知识分析解决实际问题的能力，激发学生潜意识中的创造性和能动性。通过综合设计型实践的训练，学生能更清晰把握部件与系统的关系，建立系统的概念，获取构建系统的初步知识。该环节的实践只给定实践目的、要求和实践条件，由学生自行设计实践方案并加以完成。
四、微机接口实践教学的设计思想
实践教学的设计思想是将实践教学按照难度进行阶段性的划分。第一步，在实践初期增加基础知识和基本操作训练，使基本操作达到规范化、标准化、安全化的要求。第二步，分阶段、逐渐增强操作的综合性，逐渐提高其难度，拓宽实践的知识覆盖面，做到由易到难、由浅及深、循序渐进，使学生在知识和能力等多方面得到快速提升。最后，实践室对学生全面开放，充分让学生使用实践室和实践仪器设备，包括学生可以自选练习题目，自由设计实践的方案步骤，并让学生自己对实践室进行日常管理和维护。微机原理和接口是一门实践性很强的课程，为避免教学过程中出现重理论轻实践的现象，单独设置实践课，安排足够的微机接口课程设计。实践教学以计算机中央处理器的汇编语言指令为核心，以接口电路为桥梁，通过实践课让学生掌握使用指令控制中央处理器，完成指定的功能，通过接口电路实现信息的I/O，掌握汇编语言程序设计与调试方法，熟悉接口芯片及其电路连接与初始化编程方法。在此基础上，通过实践课程选拔优秀学生参与相关的电子竞技大赛，指定指导教师对学生进行辅导。实践性教学重点在于培养学生对微机接口电路的设计，特别是微型计算机测控系统学习与研究的浓厚兴趣和动手能力。根据学科发展和人才培养方案的要求，对实践教学内容进行更新、整合，重构实践教学体系，提出微机接口基础实践、大型实践、综合提高型实践三个层次改革方案，实践内容与随理论课的教学进度开展实践教学。在基本技能方面，结合基本理论与实践，贯穿于实践教学的每个环节，指导教师全程指导学生实践或设计，注重培养学生实践动手能力和创新能力。
五、结语
通过引入实践性教学模式，强调了教学练的互动，引导学生从被动接受到主动去探究，从刻板记忆到按原理分析记忆。学生们学习兴趣高涨，理解透彻，掌握熟练，是提高课程教学质量的重要途径。
参考文献：
[1]李建新.微机原理与接口技术实验教学改革综述[J].电脑知识与技术:学术交流,2010,6
一、材料准备
所需元器件：电机一个、输入（电梯）键盘一个、AT89C51、7404、晶振12M各一、电容20P×2、10U×1、S8050（9013）×4、电阻2.2K×4。为减小开支，从手边的废旧产品着手，电机选用淘汰的5.25英寸软驱上的步进电机。另需一块4×3键盘，用废旧电话座机键盘部分便可。其余是些常见器件，找来一些废旧电路板拆一拆就能解决一半。用一多抽头变压器，配合整流电路，输出直流5V一路，12V一路，电源也解决了。
在本例中，为了准确控制电梯，采用步进电机来带动。让学生掌握与学会使用步进电机也是这个实验的目的之一。
二、制作原理
现将步进电机的特性说明如下。
电机必须加上驱动电路才能转动，驱动电路的信号输入端必须输入脉冲信号。若无脉冲输入时，转子保持一定的位置，维持静止状态，若加入适当的脉冲信号时，转子则会以一定的角度转动。所以如果加入连续脉冲时，则旋转角度与脉冲频率成正比。步进电机的步进角一般为1.8度，即一周为360度，需要200个步进角度才能完成1转。改变线圈励磁的顺序，则可改变电机的转动方向。步进电机具有瞬间启动与急速停止的优越特性。步进电机的励磁的方式有1相励磁、2相励磁、1-2相励磁三种。
本实验选用的属四相混合式步进电机，定子上有4个绕组，每个绕组阻值为75欧，可直接加12V电压，但转速较低，约300转/分。电机有6根引出线，颜色相同的两根线均为电源线（如为5根线，则有一根电源线），其余4根为绕组引出线。励磁方式x用2相励磁，这样可获得较大转矩。
在本例中，键盘的控制采用键盘扫描法。键盘行扫描法的原理是：行设置低电平，在判断有键被按下后，同时读入列状态。如果列状态出现并非全部为1状态，这时0状态的行与列交点的键就是所按下的键。在单片机的应用中经常会用到键盘，但废旧电话却是很容易找到。这些“大哥大”一旦坏了便留之无用弃之可惜，这里它有了用武之地：用做输入键盘，既节省了成本又免去了出力耗时。一部座机电话机拆开后，成为基座板和上面板两部分。把连接两块板的数据线从接近基座端剪断，带键盘的上片就是实验所要的部分。
程序实现功能：每次加电后先请按键给出电梯当前楼层号码，之后就可以反复输入欲去楼层号码。程序将根据当前楼层号码与欲去楼层号码判断电梯如何运动：当前楼层号码大于欲去楼层号码则电机反转，这时电梯将按每层两个电机周向下运动；若当前楼层号码小于欲去楼层号码则电机正转，这时电梯将按每层两个电机周向上运动。
三、硬件制作
明白程序后，就可以进行硬件制作了。制板、焊装等自然不在话下，只有键盘部分的连接需要认真测量，找出其对应关系后再细心焊接。按要求接上电源、步进电机。将89c51放入编程器，将调试好的程序载入编程器随机软件，执行擦除、查空、下载、校验，之后插入控制板，检查无误后接通电源进行调试。
最后的工作就是组装电梯井，这一环节就可完全施展手工技艺了。电梯的造型与美观视自己的条件而定。这里提供一个简易的方案：首先，制一环形线槽固定在电机输出轴上，量得周长为58mm，程序设计每两个电机周为一层楼，所以每层楼高为116mm。找来三块宽120mm高1500mm的铝塑板边料，组成三面围成的一个电梯井。底部70mm（视变压器体积而定）做为电源盒，从70mm起，上方每隔116mm在正面做一个横条，起到标识楼层和加固的作用，共12层楼，剩下的阁楼正好用来安放电路板和固定电机。用有机玻璃做一个56mm的正立方体就是电梯货厢了，再用细而韧的渔线作为电梯吊绳，分别将两端固定在电机轴和货厢。工程完工，接下来，就准备一个“开梯”典礼吧！
关键词:微机原理与接口技术;案例教学;教学模式
中图分类号:G642 文献标识码:B
1课程的特点及其现行教学中的问题
“微机原理与接口技术”课程是当前高校很多专业的专业基础课,在整个专业建设和课程体系中占据重要地位。但当前在“微机原理与接口技术”课程教学过程中还存在诸多问题。
首先,“微机原理与接口技术”课程涉及面广,是计算机软件技术和硬件技术的结合,还涉及数字逻辑、汇编语言、计算机组成原理和操作系统等学科的知识。学生理解起来具有一定难度。同时,“微机原理与接口技术”还是一门不断发展的科学,新技术、新应用领域不断涌现。因此,“微机原理与接口技术”不仅理论性强,而且概念多、翻新快。而教学内容往往来不及更新和补充,造成了教学和实际的脱节。
其次,以教师为中心的传统教学模式忽视了学生的认知主体作用,在整个教学过程中,以“教”为主,缺乏互动,难以激发学生的学习热情,不利于具有创新思维能力的创造型人才的培养。特别对于“微机原理与接口技术”课程来说,由于概念多,涉及知识面广,教学内容不系统,随意性大,形式松散,传统教学模式使学生很难理解透彻理解网络知识,学生普遍存在理论与实践脱节现象,不少学生修完课程,拿到高分,但对于微机原理与接口技术的理论知识认识并不深刻,在实际应用中不能学以致用。
最后,微机原理与接口技术的实验教学跟不上教学的要求。由于“微机原理与接口技术”课程涉及知识面广,实验内容多,如何有效组织这些试验本身就面临挑战。同时,很多微机原理与接口技术实验需要特定的环境,需要投资购买大量硬件设备及软件,但是很多学校没有条件提供足够的环境让学生进行实验,因此学生往往难以通过实验得到很好的锻炼和对课程知识的深刻理解。
此外,微机原理与接口技术是一个复杂的领域,当前并不是每个教师都具备了设计、实现微机原理与接口实验的经验和能力。无论是进行课堂教学的,还是进行实验教学的,很多老师都没有参与过实验箱构建、芯片模块组织的开发工作,缺乏对相应知识的感性认识,导致教学中理论与实践相脱离。
2案例教学的优点和方法
案例教学是在教师的指导下,根据教学目的要求,组织学生对案例的调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动,教给他们分析问题和解决问题的方法或道理,进而提高分析问题和解决问题的能力,加深学生对基本原理和概念的理解的一种特定的教学方法,其本质是理论与实践相结合的互动式教学。学生通过直接和间接的途径去亲身经历和体会发现知识的过程,它是高年级本科生从“接受知识”的学习过程向“发现知识”的探索过程的过渡的初步尝试。它从传统的知识型教学,向开发学员潜能、培养创新思维和能力的创新型教学转变,开始实现从“教为中心”向“学为中心”的转变。这类教学活动又是研究性学习的一种尝试,它以问题为中心,把教学活动关注的重点从“结论/结果”转到为得到这个结论/结果的“探索过程”,促进学员学习方式的改变。合理有效的案例教学与理论教学有机结合可以最大限度地减轻学生的认知负荷,提高学习效率。
案例教学具有多种教学模式。包括样例学习、解决问题、产生问题、理解问题等。在实际教学过程中,都需要根据具体的教学需要,选择适当的模式进行。因此,进行案例教学需要教师花更多的时间来选择合理的案例,并针对教学要求,对案例进行剪裁,不能将整个科研项目全部搬入课堂,应选择难易程度合适并密切结合课程教学内容的那些部分。案例最后结论的正确与否不必太刻板,可以让学生有较大的自由发挥空间,结论可以有争议性。可事先将尝试案例布置给学员,让其有时间形成自己的思考。学员自身对案例的思考是学员参与程度最直接的推动力。教学活动的具体方式可结合案例特点与教学目的灵活选择,如分散小组式和集中全班式,全班式可有学员主讲讨论式、教师主导演示式和师生对话式。
3 “微机原理与接口技术”课程的案例教学设计
针对“微机原理与接口技术”课程的本身的复杂性和目前教学中存在的问题,考虑到案例教学的特点,我们特别设计了如下几类案例教学方法,来改善“微机原理与接口技术”课程的教学效果。
3.1原理性案例教学
“微机原理与接口技术”课程中有些重要的原理,既复杂,又难以讲解清晰,而且有很多要点还在不断发展。这样的课程内容如果结合案例教学将会达到事半功倍的效果。
我们可以8088系统原理作为案例教学的中心。它们都是“微机原理与接口技术”课程中的难点。如何让学生真正理解各个引脚的符号、功能作用和数据流入流出的方向,引脚之间的相互配合和时序上的安排等将会对学生理解计算机理解微机原理与接口技术中的原理和应用产生重要影响。
我们通过对最小组态下各个引脚基本知识学习之后,结合总线时序要求学生分组动手画出最大组态下总线时序图,重点是怎样设计各个引脚信号在时间上的不同有效状态,讨论各个设计方案的优缺点,最后讲解8088系统的时序控制方案以及最新进展。
这种基于理解问题的案例教学将充分发挥学生的主动性,学生可能由于没有考虑到细节而无法做出科学的方案,但经过思考,在比较现实的解决方案后加深了理解,并在以后的方案设计中考虑能更多的因素,逐步培养科研素质。
3.2设计性案例教学
学习微机原理与接口技术的一个重要目标就是要利用所学的知识进行软硬件产品设计工作。目前很多同学抱怨“微机原理与接口技术”课程学习了大量的概念、原理和理论,到底如何设计应用还是似懂非懂。因此在“微机原理与接口技术”课程教学的过程中,采用一些设计性的案例教学,将有效地解决学生的这些疑问。
课程中的接口技术部分有很多和我们日常生活相关的应用,通过学习8253和8255A接口后,我们设计一个简易电子琴(利用所给键盘的1、2、3、4、5、6、7、8八个键,按下不同的键发8个不同的音调,并要求按下按键发声,松开延时一段时间停止,中间再按别的键则发另一音调的声音)的案例教学和一个带有LCD显示的定时闹钟(能够在夜间显示字符型时、分,用LED闪动表示秒计数,一旦定时时间到则发出声响)的案例教学,可以将抽象的接口知识和具体的应用编程结合起来,学生通过这个案例教学有助于提升学习的兴趣,并积极参与到案例教学中,互动性很好,因此,组织一个设计案例教学将非常有助于学生对两个接口芯片的理解。
设计性的案例教学适合采用样例学习方式。因为如果让学生来设计出一个小型系统模型还涉及大量的编程知识、开发平台,而且耗时日久,也不现实。因此教师必须精选合适的开发例子,来告诉学生如何逐步实施。并通过讲解后的讨论,让学生的疑问得到全部解决。这样不仅让学生更好地理解了微机原理与接口技术的相关理论,也能够让他们很好了解如何将微机原理与接口技术的理论和实践相结合。同时,这种案例教学还可以结合微机原理与接口技术实验教学或者课程设计教学,让学生有更好的学习效果。
3.3综合性案例教学
当前的“微机原理与接口技术”课程教学,总是按照介绍原理、内部硬件组成及应用的步骤讲解,即使理解了部分原理,还是无法将整个课程的内容贯穿起来,缺乏整体的微机原理与接口技术概念。为此,我们设计了综合性案例教学来解决这个问题。
一个综合性案例教学的例子是十字路口交通灯的设计(主要模拟马路上交通灯的变化,红、绿、黄灯交替点亮和熄灭,并有一定的延时),另外一个综合性的案例教学例子是设计一台出租车计价器(主要模拟出租车收费的功能,比如白天和晚上有不同的收费标准,能进行手动修改单价,具有数据的复位功能和数据清零的开关,数据输出等功能),这种案例教学采用解决问题模式,教师给出一个相对具体的设计要求,然后让学生从芯片选择,拓扑结构,设备配置,软件选择全方位进行设计,最后形成设计报告,然后对典型的设计报告进行对比讲评,并和相应的接口功能结合起来,最后还可以通过实验教学进行实际的实现验证。
4案例教学中的问题与对策
尽管案例教学已被越来越多的人所接受,许多高校在教学过程中都广泛采用了这种新的教学模式,但在案例教学的认识和实践上仍存在一些问题。比如将案例教学法混同于举例教学法;案例教学与其他教学方法不能很好地衔接;案例教学中缺少师生互动;对案例教学模式不大适应等。在实际教学过程中,笔者认为,要搞好案例教学,需要从以下几个方面来解决存在的问题。
4.1要充分准备,合理组织
在进行案例教学时,并不能抛弃传统的教学模式。案例教学需要与传统课堂教学要相互融合,案例教学也需要和实践教学相融合。这就需要我们在教学之前认真准备,合理组织。首先要决定选择案例教学的内容和案例教学的方式,然后通过比较和讨论,选择高质量的案例,并对案例中涉及的内容有充分理解,并考虑到学生在从事案例教学中可能出现的问题。最后,教师自己要充分理解案例所涉及的知识面,对于不理解的,一定要查阅资料或者进行课程组讨论来理解透彻,这样才能保障良好的教学效果。
4.2要充分调动学生进行思考
案例教学是理论联系实际的需要,也是教育对象主体化的需要。学生是主角,一定要充分调动学生积极性。在案例教学过程中,我们要有意识地培养学生独立思考和分析推理的能力和表达能力,要组织学生进行自我学习和能力锻炼,将学生置于主要地位,使学生成为课堂教学的中心。即使是样例学习式的案例教学,也需要通过提问、讨论等方式让学生认真思考。案例教学对教师提出了更高的要求,教师只有通过努力探索,不断创新才能适应深化教学改革的新形势。此外,还可以将案例教学过程中的一些结论和课程的考核结合起来,进一步提高学生的积极性。
4.3结合科研和实验教学
案例教学的材料主要来源于科研工作的实际,要给学生介绍一定的案例背景,让学生的实践感觉更强,科研中碰到的问题和解决方法也是案例教学中的重要组成部分。同时,很多案例还可以结合实验教学,让学生通过案例教学的思考,再到实验中去检验和验证,可以让学生得到更好的锻炼。比如上述的简易电子琴设计和交通灯设计和带有LCD显示的定时闹钟,都可以安排合适的实验。对于综合性的案例,比如上述的十字路口交通灯的设计及出租车计价器的设计,在评选出优秀的设计之后,可以组织学生分成小组去实现。因此,这就需要对案例教学进行更加科学的规划和统筹安排。
5总结
采用案例教学需要教师在授课前做比较充分的准备工作,比如对于简易电子琴的设计,可以在讲解了8253的工作原理之后再进行设计,教师需要了解学生的实际学习情况,即学生是否真正弄懂该接口的原理,然后决定是否展开该案例;对于综合性的案例设计比如出租车计价器的设计,可以安排在课程接口8255A、8251芯片原理讲解之后来设计,这样学生可以将学过的接口芯片应用融汇贯穿起来,会进一步加深对微机原理与接口技术概念、原理的理解。
对于精心设计的案例,教师可以在教学过程不断加深扩充其功能,比如对出租车计价器设计在学生基本设计完成后,可以扩充语音播报数据信息和显示当前系统时间功能,使学生把以前所学知识和新的功能应用进一步结合起来。这样,通过引入案例教学,学生会对“微机原理与接口技术”这门相对枯燥的课程产生浓厚的兴趣,并会把所学知识和身边很多具体应用联系起来,思考之,甚至最终实现之,这也是我们开设这门课程的一个重要目的。
参考文献:
[1] 王秀之. 案例教学中需要研究的几个问题[J]. 中国高等教育,2006(12):44-45.
[2] 陈效兰. 以案例教学调动学生学习的积极性[J]. 中国高等教育,2006(1):35-36.
[3] 刘彦保. 计算机网络课程教学改革与实践[J]. 黑龙江高教研究,2006(2):111-112.
[4] 易小琳,鲁鹏程,毛国君,等. 计算机硬件系列核心课程建设的研究与实践[C]//大学计算机课程报告论坛组委会. 大学计算机课程报告论坛论文集2007,上海:高等教育出版社,2007.
【关键词】微机继电保护；原理；发展
前言
基于微处理器来构成的数字电路，则为计算机保护装置，一般情况下会把计算机保护装置称之为微机保护。近年来，微机保护装置会应用在100kV左右的变电站中，然而220kV以上的变电站一般通过对不同原理的微机保护装置的应用，来实现微机保护的运行。并且，微机型的继电保护装置能够和监控系统构成完善的网络体系，控制室的保护装置会把微机监控系统中所具备的运行情况，合理的传递到监控中心，监控人员利用远程操作手段，对投切保护装置进行详细的查看，以此来切换保护定值。微机保护强有力的改善了传统继电保护中存在的硬件无法解决的问题。由于微机继电保护装置便于操作微机软件，使得微机继电保护的发展无可限量。
一、微机继电保护的特点
微机继电保护包含：高压电容电抗器保护、高压电动机保护、厂用变压器保护、母联备自投保护、母联分段保护等。微机继电保护和传统继电保护相比较，在保护性能方面有很大的差异。由于布线逻辑上所显现出的复杂结构特点，传统继电保护的各个功能都是利用相关的连线和硬件设备构成，然而微机继电保护，是通过有效运行微机系统中所具备的不同程序来达成的。微机继电保护和传统继电保护的差异显著的体现出，微机继电保护的优越特性：
1.1较强的经济型。
1.2大幅度提升了保护的可靠性及保护性能。
1.3提升多种保护动作的正确率。
1.4简化了定期的校验流程，并实现运行维护的便捷、灵活的目的。
1.5更加便捷的获取到不同形式下的附加功能。
可是，微机继电保护也会造成一些局限性的阻碍因素，例如：无法移植微机装置中的软件，无法更新微机装置中长期使用的硬件。需要通过对微机装置进行针对性的研究，并引入对微机继电保护的原理的研究，才能够改善这一系列阻碍到继电保护的因素。
二、微机继电保护的原理研究
微机继电保护和传统模拟式继电保护相比较，最大的区别为：传统模拟式继电保护使用的是软件，而微机继电保护使用的是数字继电器来实现保护功能。继电保护有较多的种类，根据保护对象来分类，包含线路保护和原件保护等。根据保护原理进行分类，包含：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护等。而无论哪种保护在算法的应用上，都是为了计算出保护对象运行特点的各个物理量，例如：电流、电压等有效值。广泛应用在微机继电保护中的算法分别为：微积分算法、傅里叶算法，在后备保护方面，具体采用的是微积分算法，能够在一定程度上确保达到每周波12点的高精度目的[1]。
微机继电保护软件的程序包含三个类别：其一，主程序。自检循环和初始化两部分构成了主程序，能够完成工作过程中对工作状态的确认、对定值的调用等工作。其二，采样中断程序。由三项内容构成了采样中断程序，分别为：电压自检、电流自检、采样电流实变量元件。其三，故障处理程序。该程序能够完成微机继电保护的相关保护功能，装置在复位或上电之后，需保护主程序的运行，并要每隔5/3ms才能执行一次采样中断服务程序，同时可以断定电流突变量气动元件能否正常动作。如果无法正常动作，需要中断执行程序，并转入到主程序中。如果正常动作，中断执行程序之后，需及时返回到故障程序中，达到保护功能的目的，指导主控程序能够在正常运行时停止[2]。图1为微机继电保护软件程序的结构：
微机继电保护软件共包含两部分，分别为：接口软件、保护软件。保护软件中的配置主要是中断服务程序和主程序。而接口处负责的是人机接口软件，所具备的程序包含：监控程序和运行程序，在运行模式下才能够执行运行程序，在调试模式下主要执行的是监控程序。保护软件工作状态包含：不对应、调试、运行三种。工作状态不同的情况下，所对应的程度也会有所异同。
2.1运行状态的工作原理
运行状态下的“工作”位置上需设置开关，在“禁止”的位置需设置定值固化开关，而定值拨轮开关需设置在运行定值区域，在“巡检”位置设置接口插件巡检开关，若保护运行灯亮起，要投入相应的保护功能，以此来促进运行工作的顺畅开展。运行状态下的工作共四个步骤，分别为：显示与打印保护定值、修改与显示运行时钟、显示与打印故障报告、显示与打印采样报告。
2.2不对应状态的工作原理
在运行状态下，才能够展开不对应状态工作，对于不对应状态来说，需要将随意一个保护插件中的工作方式开关从“工作”位转移到“调试”位，插件无需复位。在不对应状态下，保护插件只具备运行一些中断服务程序的采集数据功能。不对应状态可以用在精度采样、调试数据采集系统等情况下。
2.3调试状态的工作原理
调试的过程是将CPU插件开关从“工作”位转移到“调试”位，同时将CPU插件复位。若在这种调试状态下，保护插件运行中的OP灯灭，保护功能和数据采集都将退出。调试状态下的工作共三个步骤，分别为：输入定制、保护版本显示、CRC码检验、试验。
三、微机继电保护的发展趋势研究
对于国内与国外的微机继电保护的发展需求来说，在微机继电保护技术发展趋势上，能够归结为：人工智能化、通信数据一体化、网络共享化和计算机一体化等。安全指标得到控制，才能够保证检验工作的顺畅性，即提升安全性就说明已经提升了生产率。继电保护装置实际上是一台高性能、多功能的计算机，对电力系统网络是较为实用的智能终端。能够从网络信息中获得设备运行所必需的数据资料，并有效的传递到网络控制中心。因此，微机继电保护装置不单能够将达到继电保护功能有效性的目的，还能够达成控制、收集数据的功能，也就是说已充分实现测量、控制、保护一体化。
结语：在不断研究微机保护装置的过程中，保护软件、微机保护算法等得到了显著的成就。智能化保护方案成为了提升继电保护性能的主要原理。使得微机继电保护朝向智能化、灵活性的方向发展，提供了相应的各种安全技术方案，从而使设备运行达到了安全运行的目的。
参考文献
[1]李雪梅，王文彬.微机继电保护的现状及发展趋势[J].内蒙古石油化工，2013，11（08）：152-158.
[2]丁刚.电力系统微机继电保护仿真研究[D].南京理工大学，2013，10（07）：123-131.
作者简介
关键词：微机原理；多媒体；比喻；C语言
《微机原理与接口技术》课程是职业院校计算机及其相关专业的一门重要的专业基础课。课程任务是使学生建立微机系统的整体概念，具有应用接口芯片进行软硬件开发的初步能力。但是，由于目前学生入学门槛有所放低，学生总体素质也有所下降，所以如何上好《微机原理与接口技术》这门课程，已成为职业院校教师必须深思的课题。根据本人的教学实践和学生的反馈信息，并结合该课程的特点，我在教学过程中对其教学方法进行了一些探索。
一、微机教学中存在的问题
《微机原理与接口技术》这门课程内容抽象，知识点多，并具有理论与实践、硬件与软件相结合等特点，再加上计划课时有限，导致教师很难在有限课时内较好地完成教学任务。
这门课程教学难度大，学生学习兴趣差，普遍感到这门课难学、难懂，多数学生学习目标不明确，总体概念建立不起来，思路不清晰，学习这门课的角度掌握不准确。
二、明确教学目标，激发学习动机
针对该门课程的特点和学生状况，为调动学生的学习积极性和主动性，在教学中，教师首先要让学生明确以下几个问题：
1. 明确学习的侧重点
学习《计算机应用基础》，我们可以演示规范的电子表格，播放一段幻灯片作引导；学习《微机原理与接口技术》，我们也可通过多媒体演示微机应用的例子开始。如多点数据采集系统，通过传感器A/D转换电路采集温度、压力等；利用8255A芯片控制LED数码管的亮和灭，模拟十字路口的交通灯控制系统等。通过这些演示，一方面能使学生明确该课程的实用性，激发学生的学习热情；另一方面能使学生有一个总体的认识，了解人们是怎样用微机进行控制的，知道应用微机操作的具体过程。比如在对红绿灯的演示中，我们可以进一步有意通过键盘改变程序的内容，使灯亮的盏数发生变化，延时时间加长或缩短，并且在操作中我们也可有意将程序改错，观察数码或屏幕显示的错误信息，然后再改正过来正确显示，从而使学生了解人机是怎样会话的、人们的意图是怎样通过编写程序控制微机实现的。这样，就能使学生加深理解该课程的侧重点，掌握编程和接口连接的方法，并能向微机发出命令进行控制操作。
2. 明确从应用的角度学习微机原理，将微机作为一种工具使用
要使学生具有计算机的应用技能，我们就应先从使用的角度、而不是从维修的角度详细讲整个系统的工作过程。如汽车是人的代步工具，从使用角度来说应学习驾驶技术、考驾照，而不是学一定难度的维修；同样电脑代替不了人脑，但其作为一种工具，可帮助人们实现工业、交通的自动控制。所以，按照心理学上认知规律，要先从应用角度学会如何操作微机，实现其控制功能，而不是一开始就要对整体微机系统和工作原理进行深入分析，对微机故障进行维修。因此，对于编程序要着重学习CPU的寄存器、中断方式、存储器的地址分配、端口地址等，对于接口的连接要熟悉典型接口芯片的功能、各个引脚特性、工作方式等。
三、改进教学方法，突破难点
1. 利用多媒体教学，使抽象内容形象化
由于微机内部芯片的高度集成化，其工作原理讲解起来比较抽象，工作过程难于理解。特别像寄存器、存储单元内容看不见、摸不着，传统的教学方式效果不理想。为此，我们可利用多媒体进行辅助教学，将抽象、复杂的内容采用直观、形象的多媒体课件进行演示，化抽象为具体、化难为易，以利于学生理解和掌握，提高学生学习的兴趣。
教材中各种图比较多，如原理图、时序图以及流程图等，如果我们用传统的教学方式，既费时又不规范。而运用多媒体课件辅助教学，可很快直观地展示给学生，对重点内容可用不同的颜色标注，需强调的内容可用闪烁方式显示，使学生紧跟老师的思路，既省去了大量的板书时间，又以整齐、美观和可重现等方式展现课程内容，提高了教学效率。实践证明，采用现代化的教学手段，可以把原本枯燥的硬件课程讲解得生动易懂，加深学生对理论知识的理解，达到事半功倍的效果。
2. 形象比喻，深入浅出
比喻就是打比方，根据事物之间的相似点，把某一事物比作另一事物，把抽象的事物变得具体，把深奥的道理变得浅显。该课程内容抽象，学生学习起来困难较多，在教学过程中，我们可拿一些生动、形象的例子来作比喻，以便学生理解和掌握。
如寻址方式，指令操作首先要寻找操作对象的操作数，为提高CPU的运行速度，CPU中设有寄存器可暂存数据，而数据主要存在存储器中。若操作数在寄存器中可直接找到，就是直接寻址；若操作数在存储器中不能直接找到，可通过寄存器中的有关信息找到，即寄存器间接寻址。我们可用去宿舍找学生作比喻，若知道学生的具体房间号，可以直接去找（直接寻址），不知道可以去宿舍值班室询问，得知学生房间号后再找到学生，这就类似于寄存器的间接寻址。
又如中断引入解决了高速CPU与低速外设信息的交换问题，CPU由被动变为主动，采用分时操作，从而大大提高了效率。如何使学生理解中断的执行过程，我们可用优秀售货员或以教学讲课中学生有问题举手提问作比喻，教师允许学生提问并作出回答，即为响应中断和执行教学中断服务的程序过程。
另外，刷新可用慢撒气的自行车作比喻，中断扩展电路8259A可比作经理的秘书等。课本中许多枯燥抽象的问题，多能与生活中的事情联系起来，通过恰当的比喻会使它们变得生动形象，易于被学生理解和接受。
四、结合C语言学习汇编语言
建构主义认为学习不是被动接受刺激的过程，而是学习者通过新旧知识经验间反复的、双向的意义建构过程。因此，学生已有的知识经验对于学习新知识具有重要的作用。多数学生已有了高级语言的基础，如C语言，教学过程中我们可利用学生已有的知识、熟知的事物恰当地运用类比，学生学习的兴趣就会很浓，更重要的是学生对所学的知识不容易遗忘，而且能达到“举一反三”“触类旁通”的效果。
如两种语言设计中相似之处较多：（1）程序设计的基本步骤：分析题目确定算法、画程序流程图、编写源程序、上机调试。（2）程序的四种基本结构：顺序、选择（分支）、循环、函数（子程序）。（3）典型程序的算法：找最大值、最小值，冒泡排序，对分查找等。
又如两种语言的不同之处：在输入、输出部分中，C语言是高级语言，输入、输出分别由赋值语句、输入函数（scanf）、输出函数（printf）实现，如X=3对于数据放在哪不用考虑；而汇编语言是面向机器的语言，因此编程应了解对应微型机的结构，如存储区的地址分配、外设端口地址分配，然后分配程序所要使用的存储器、寄存器，规定数据输入、输出的方式等。因此，用汇编语言要考虑数据放在存储器哪个单元，如何找到即用什么寻址方式取出操作数，数据处理完后还要考虑放回到哪个存储单元，或通过哪个端口输出等。
这样，结合C语言学习汇编语言，既便于学生对汇编语言的理解，又加深了学生对C语言内容的掌握。
在《微机原理与接口技术》教学中，我们针对教材和学生的实际，不断改进教学方法，使枯燥抽象的内容变得形象生动、深入浅出，调动了学生学习的积极性，也使教学质量在不断提高。总之，《微机原理与接口技术》课程的教学改革不可能一蹴而就，需要职业学校的教师进行不断地探索和实践。
参考文献：
[1]张荣标.微型计算机原理与接口技术[M].北京:机械工业出版
社,2005.
[2]陈裕国.类比法、关联法在微机教学中的应用[J].科技信息,
2008(23).
Abstract: "Microcomputer Principle and Interface Technology" is an important foundation courses of electrical engineering major undergraduate, which is very important to cultivate students computer application ability. With the rapid development of computer technology, the system and the structure of microprocessors and computer systems have great changes, which need a new objective recognition about this course. This article describes the main ideas and specific measures of Microcomputer Principle and Interface Technology teaching in detail from curriculum, teaching content, experimental teaching and hours arrangement under the current curriculum reform background.
关键词: 微机原理与接口技术;课程设置;教学改革;实验教学
Key words: microcomputer principle and interface technology;curriculum;teaching reform;experimental teaching
中图分类号:G40文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0210-02
0引言
《微机原理与接口技术》是工科电类专业本科生的重要专业基础课程,也是一门主干和必修课程。但是由于当前计算机技术尤其是单片机及嵌入式技术的飞速发展,传统微机原理课程的地位受到了较大挑战。部分教师和学生将微机原理与接口技术课程与单片机或嵌入式系统等的课程混为一谈,对微机原理课程的地位和作用产生了质疑。本文将结合笔者多年从事微机原理与接口技术课程教学的经验和体会,从多个角度阐述在新时期课程改革背景下本课程所应担负的作用,并详细说明课程内容、实验教学及学时安排等方面的主要思路和具体措施。
1对微机原理与接口技术课程定位的再认识
从目前国内各工科高校的人才培养方案和课程规划来看,微机原理与接口技术课程被看作是电气、电子、自动化等电类专业的一门专业平台课程,其主要任务是使学生从理论和实践的层面掌握现代微型计算机的基本组成、工作原理及典型接口技术,建立微机系统的整体概念,使学生具有运用现代微机技术进行软、硬件开发的初步能力。
为适应计算机技术飞速发展的时代需要,各高校微机原理与接口技术课程的课程设置和教学内容也做了相应调整。主要可以分为以下四种情况:①将长学时(90-100学时)的微机原理与接口技术课程拆分为系列课程,如依次分为短学时的《计算机组成原理》、《汇编语言程序设计》和《接口技术》课程;②先开设一门微机原理课程,主要讲授微机的基本组成、工作原理和汇编语言程序设计,其后再开设一门《单片机接口技术》或《嵌入式系统设计与开发》,主要从开发设计的角度讲授接口技术的应用;③同时开设《微机原理与接口技术》和《单片机原理与接口技术》课程,分别从80x86系统和单片机应用的角度讲授系统的工作原理、程序设计和接口技术;④近几年随着嵌入式系统在各应用领域大放异彩,部分高校有将单片机类或嵌入式系统应用课程取代传统微机原理课程的趋势,个别高校甚至直接取消了传统的微机原理课程。以上的第三种情况中,两门课程中有一些重复的教学内容可以合并;而第四种情况则有些偏颇和激进了。因此,有必要重新思考和明确微机原理与接口技术课程在当前工科电类专业人才培养和课程架构中的作用和定位。
微机原理与接口技术作为一门专业基础课程,笔者认为,开设该课程有三大主要目的:一是使学生系统学习微机系统的基本组成结构和工作原理;二是使学生掌握一门有用的低级语言;三是为微机应用系统(包括单片机应用系统)的设计与开发打下一定基础。与此相对应,该课程的教学内容包括微机基本组成及工作原理、汇编语言程序设计和典型接口技术,主要强调基础性、系统性和整体性;而单片机或嵌入式系统的课程往往是基于某一专用系统,属于专业技术课程范畴,更偏向于应用,所涉及的接口技术方面的内容较多,而课程所涵盖的微机系统的范围比较窄,对微机工作原理涉及较少。两者在微机系统的知识结构中处于不同的层面,互不统属。且前者是后者在知识结构上的基础,后者是前者在应用内容上的进一步延伸。可见,微机原理与接口技术课程与单片机或嵌入式课程并不是谁替代谁的问题,而是应加强联系和互相促进的关系。对于想在微机应用控制方面进一步强化学生知识结构和应用能力的高校,可以在开设微机原理课程后,通过选修课或研究生课程的形式再开设一门单片机或嵌入式系统的课程。
2对微机原理与接口技术课程教学内容编排和学时安排的几点思考
虽然目前各高校对于微机原理与接口技术课程(以下简称本课程)的开设形式不尽相同,但从课程设置的角度来看,本课程均应包括微机原理、汇编语言程序设计和典型接口技术的三大部分内容,这也分别对应着本课程的三个主要教学目的。对于非计算机类专业的本科生,本课程的内容还是应强调实用性,对不影响内容完整性,且相对过时、学生今后工作也基本用不到的知识可以少讲或不讲。
2.1 微机原理部分可以将微机原理部分的内容概括为三部分:①微处理器、微型计算机的发展和微型计算机的应用;②微型计算机的组成和工作原理;③计算机中常用的数据类型和编码,进制转换及补码运算。
其中第一部分主要为了解内容,要求学生了解微处理器、微机及其应用领域的主要发展情况和最新技术进展。其教学目的是扩展学生的知识面,丰富知识结构及拓宽专业视野。
第二部分则要求学员理解8086微处理器内部功能结构和存储器组织等内容,掌握8086微处理器寄存器结构及常用寄存器,理解8086 CPU的工作模式和最小模式下信号引脚的功能、最小模式系统总线周期时序,掌握时钟周期、总线周期、指令周期等基本概念。第二部分是微机原理部分的核心内容,概念多,理解难度大。此部分内容从微处理器的内部组成结构、引脚功能及工作模式出发,其教学目的是使学生深入理解和掌握微处理器内部的工作机制和原理。
第三部分内容要求学生理解计算机中常用的数据类型、计算机中的数和编码的表示方法,掌握符号二进制数的表示、补码运算及判断溢出的规则。此部分内容是微机系统的基础知识部分,也是学生必不可少的专业基础知识。
总的来说,微机原理部分的内容重在理论和基础,强调体系和结构,以理论授课为主,其内容既与计算机文化基础、数字电子技术等课程有联系,又具有自身的深度和广度,是本课程教学难度较大的部分。可以将此部分的理论教学时数安排在14-20学时。
2.2 汇编语言程序设计部分本部分的教学目的就是使学生能掌握一门低级语言――即汇编语言。学生有了这门低级语言的基础,在今后单片机知识的学习和科研工作中都能达到事半功倍的效果。
本部分的内容又分为两部分:即8086 CPU的指令系统和汇编语言程序设计。前者的教学重点在于寻址方式和主要指令的功能、用法和技巧。后者则侧重于汇编语言程序设计的步骤和方法,包括常用伪指令和程序结构的介绍以及子程序设计、中断服务程序设计和模块化程序设计的方法,重在使学生能够理解和掌握汇编语言程序设计的完整过程、主要方法技巧和应用环境。本部分的理论加实验教学不应少于40学时。对于大部分单片机应用系统,8086 CPU的指令系统及其汇编语言程序设计的方法均具有很好的参考作用。对于基于MCS-51内核的微控制器,8086 CPU的指令系统和程序设计方法兼容性很高,可以使开发者节省大部分的学习时间。这一点也正是工科学生学习本课程的一个现实意义,也是部分高校在本科阶段不额外开设单片机类课程的重要原因。由于部分工科院校在开设本课程之前,学生往往已经学习过一门高级语言的编程。因此,这些高校在本课程中分配给汇编语言程序设计部分的理论学时较少(有时甚至在10学时以内),连系统讲解8086指令系统、伪指令和程序设计方法的时间都不够,更遑论讲深讲透了。在笔者的微机原理与接口技术课程教学实践中,发现学生如果没有掌握好汇编语言程序设计部分,其接口技术部分往往也很难学好,对接口部分的实验更是难于动手,其弊端在学生的课外科研或毕业设计中也暴露得非常明显。
2.3 典型接口技术部分接口技术部分是本课程中的应用部分,可以采用精讲多练的形式,以典型接口芯片的原理和使用方法为重点。本部分的理论加实验教学可以安排在约30学时左右。
这里需要把握好一个度,即不要过多地罗列芯片,而应有所选择,要做到少而精,以掌握一个典型接口芯片来带动学会这一类芯片的使用方法,达到“授人以渔”的目的。这样做,一方面能使学生始终保持“新鲜感”和浓厚的学习兴趣,达到提高学习效率和实验效果的目的;另一方面,学习过多的接口芯片也没有必要。笔者认为,接口技术部分的教学目的应侧重于使学生具备微机应用系统的整体概念,熟悉设计简单微机应用系统(含单片机应用系统)的一般步骤、方法和过程。更新的接口芯片或更深更多的内容应该在相关选修课、课外科研或者今后的工作中由学生自行学习。
存储器技术重点在于存储器的连接和扩展,如数字电子技术课程中已涉及到,在本课程中可不讲。微机的总线技术、人机交互设备及接口和微型计算机应用系统等内容,可以根据课程教学的具体要求进行选择,应侧重于相关新技术、微机应用新领域的进展介绍,具体可以专题讲座的形式展开。
3本课程实验教学的设计
《微机原理与接口技术》是一门实践性和应用性都要求较高的课程,实验教学在本课程中居于极为重要的地位。其担负着三个主要作用:一是可以加深和提高对课程内容的理解,为理论教学提供有力的支撑作用;二是能够打牢学生汇编语言程序设计的基础;三是培养学生的创新思维和提高学生的微机综合应用能力。具体可以从以下三方面做好本课程的实验教学。
3.1 加大实验课学时比例,将理论课和实验课穿插进行、紧密衔接在本课程的理论和实践结合最紧密的汇编语言程序设计、接口技术等章节中加大实验课的学时比例,使实验课与理论课的学时比例达到1:1。同时相对集中实验课的时间以保证每个实验的需要,这样就加强了实验实训环节的时间保证。
3.2 优化实验类型,开展任务驱动型的实验模式为有效提高学生的实际动手能力,在本课程实验教学中应适当加大实验的难度,避免学生在实验中“浅尝辄止”。可将本课程的实验细化为基础型、设计型和综合型三大类,适当降低基础型实验的比例,加大设计型实验的比例,并开设综合型实验。基础型实验着重于教学内容的验证和基本技能的掌握;设计型实验则是学生在充分理解课堂单元内容的基础上,着重考察其对单元内容的掌握程度和独立设计、应用能力;综合型实验鼓励学生主动研究探索,是检验学生在阶段学习中知识掌握的全面程度以及其是否具备灵活运用所学知识进行独立开发和设计的综合能力。在实验教学中要开展任务驱动型的实验模式,即每次实验对学生都是一个明确的任务,要求他们必须完成,每一个实验必须调试通过后由指导教师审核并计入平时实验成绩。每次实验开始前,指导教师明确提出具体的实验要求,不向学生提供实验电路或程序方面的具体指导,由学生自行设计实验方案,独立编写实验程序,并最终完成实验报告。
3.3 实验内容要体现梯度和层次,注重打牢基础,侧重应用,兼顾分级教学精心设计实验内容,实验内容的安排要体现梯度和层次。要循序渐进,先基础、简单、局部,后扩展、复杂和整体。即在实验内容的组织上采用阶段式结构,将实验教学过程分为三个阶段:基础实验阶段、小型设计性实验阶段和综合性实验阶段。实验教学中还要注重打牢基础,侧重应用,兼顾分级教学。基础型、设计型实验均为必做实验,计入平时实验成绩。综合型实验是为领悟力和学习能力出众的学生开设的,是选做实验。如汇编语言程序设计的6个实验中,只有完成了前5个实验的学生才可以选做第6个实验,且实验结果经审核通过后由指导教师给予额外的实验成绩奖励。这样既可以保证大多数学生的正常实验教学进度,又可以兼顾到少数学有余力的学生的学习兴趣,做到因材施教,进一步提升了他们的应用能力和创新思维。一些具体的实验安排可以参见下表。
对于实验课中还是“吃不饱”、钻研劲头足的学生可鼓励其参加课外科研活动,通过参加教研室的科研实践学习微机应用系统设计的全部过程和方法。也可以通过课余时间开放实验室,由学生自己完成一些更复杂的PCI接口实验或难度较大的Windows驱动程序的实验。
4结语
随着计算机技术的飞速发展和课程教学改革的不断深入,微机原理与接口技术课程的传统地位受到了较大挑战,找准其在工科电类专业课程改革背景下的定位非常重要。同时,本着与时俱进的发展原则,应对本课程的传统教学内容、实验教学和学时安排进行改革,使其既能适应新形势的客观需要,又能继续发挥其专业平台课程不可替代的作用,这也是每一个相关任课教师需要深入探索的问题。
参考文献:
[1]王莉.微机原理与接口技术系列课程教学改革的探讨与实践.科技咨询导报,2007,(4):245-246.
[2]梁绒香.整合环节,加强能力―“微机原理与接口技术”教学改革与思考.科技信息,2007,(35):122,127.
[3]曹红根.初探“微机原理与接口技术”课程的教学改革.科技信息,2007,(33):23-24.