《微机原理与接口技术》教学改革探索

2022-09-12

《微机原理与接口技术》是电气信息类专业必修的基础课之一, 其内容包括计算机硬件结构、汇编语言程序设计和接口技术等。课程理论性强、实践性强、课程抽象、难度大, 教师教学有挑战, 学生学习也费劲。如何提高学生学习的兴趣, 而且又能够保证教学质量, 达到该课程在学生基础理论、基本技能培养中的重要作用等, 这都对课程教学内容和教学方法改革提出了要求。

1 把握微机原理课程特点, 寻找课程改革突破口

(1) 作为电气信息类的专业基础课之一, 《微机原理与接口技术》理论性和实践性兼备, 是一门比较独特的计算机课程。它不仅能使学生掌握微机工作的基本原理和接口技术, 而且还能培养学生分析和解决接口电路设计能力的一个有效教学环节。它在整个电气信息类专业课的教学中, 起到了承上启下的作用, 是《计算机通信》、《计算机网络》、《计算机控制》、《计算机图形学和多媒体》等后继课程的基础。

(2) 本课程对前导课程的要求非常高。其前导课程有《数字电路》、《计算导论》、《高级语言程序设计》和《软件技术基础》等。其中涉及到的前导知识有数字电路中的I/O接口电路、译码器和A/D、D/A转换;高级语言程序中的地址指针部分和程序结构知识;软件技术基础中的操作系统部分的存储管理、数据结构部分的线性数据、查找知识;计算机导论中的各种进制转换 (尤其是二进制和十六进制之间的转换) 等。由于涉及到的知识点绝大部分均为上述各课程中的难点和重点。如果前导相关部分的基础知识掌握不扎实, 则会影响微机原理课程的教学效果。

(3) 本课程内容具有软硬件结合紧密的特点, 与单一的软件课程或硬件课程相比, 教学难度明显增强。由于电路内部复杂, 汇编程序难以理解, 学生很难掌握电路原理和汇编程序设计能力。学生普遍感到这门难学、难懂、概念抽象、感性认识差, 教学效果很不够理想。如何改革《微机原理和接口技术》课程以提高其教学效果和教学效率, 使它跟上接口电路技术的发展, 是我们当前亟待解决的问题。经过对该课程进行的教改探索与实践, 作者认为, 要达到培养学生扎实理论知识和良好的实践动手能力, 应积极调动“教”与“学”两方面的因素共同参与到教学活动中, 在教学内容、教学方法、教学手段、学生兴趣等方面进行系统全面的改革。

2 微机原理和接口技术课程教学改革的实践探索

2.1 统筹教学内容, 系统安排教学环节, 前后关联

视整本书教学内容为一盘棋, 将各章相关联的知识依照教学内容先后次序环环相扣, 作一个整体安排, 多设置悬念, 埋下伏笔, 激发学生的求知欲望。教材本身平淡无奇, 如果平铺直叙的向学生灌输, 不易使学生真正深入课程, 进入角色。因此, 必须在教学过程中对教学素材进行加工创作, 设置悬念, 就能抓住学生心理, 激发他们的求知欲。

例如, 在第一章提前讲解栈的知识时多强调其在中断系统中的用途, 为中断知识作铺垫。同时, 在第二章中, 讲解8 0 8 6 C P U中相关引脚INTR、时, 也需再次简单讲解中断的基本原理和中断应答引脚的两个负脉冲的作用。以上两个知识点就可以成为伏笔, 一方面事先引起学生的注意和好奇, 另一方面学生还可以在后续中断系统和中断控制器8259A的学习中潜意识地对中断系统中相关内容加以归结和比较, 从而养成带问题学习和思考的良好习惯。由此, 可以一举两得, 第一可以降低中断系统和8259A讲解难度。第二, 从学生角度来说, 融会贯通前后所学知识, 加快理解消化难点和重点。

2.2 相似类比, 触类旁通, 轻松掌握

微机原理课程中很多章节的内容具有相似性, 比如, 不同接口芯片原理和编程内容, 介绍内容均相似。在讲解内容时就可以选取一个芯片, 如8259A, 作为重点讲解, 而其它接口芯片的讲解则完全可以与8259A类比讲解。学生可以触类旁通, 易于掌握新知识, 同时也可以温习旧知识。比如, 接口芯片包括中断控制器8 2 5 9 A、定时/计数器8 2 5 3 A、并口8 2 5 5 A和D M A控制器8 2 3 7 A等。各个不同接口芯片中的一些知识点是类似的, 如组成8请求引脚的8259A二级完全级联系统需要的片数和能受理的总请求数与4个DMA请求通道的8237A的级联系统类似, 但是总请求引脚却又有不同。在讲解这两部分知识时, 可以互相提及并回顾。整个过程不需花大量精力, 却起到了立杆见影, 触类旁通的效果。能够使学生加深记忆并轻松掌握。

2.3 讲求方法, 深入浅出, 举例形象, 提示本质

本课程理论抽象, 内容复杂, 因此讲解难度较大。要求教师必须精心准备授课内容, 用生动形象的比喻来讲述抽象概念, 既易于学生理解接受, 拓宽思路加深印象, 更利于活跃课堂气氛。比如, 讲解中断控制器8259A响应中断过程的五大步骤时, 可采用董事会开会、主持会议的董事长被打断出去处理其它事务, 会议被中断, 等董事长回来后继续主持会议。这个过程分别用来诠释中断的五大步骤即中断请求、中断判优、中断应答、中断处理和中断返回。学生很快就可以理解并掌握其复杂的基本原理。在此基础上, 由浅继续深入, 引出8259A的IR0-78个中断请求引脚上的请求至IRR, 继而进行PR判优, 最后在中断应答后置相应的ISR位。在深入讲解至寄存器层面后, 顺势再深入讲解各个引脚的含义及相关知识。

2.4 考研题目, 激发兴趣, 巩固纳新

“兴趣是最好的老师”, 在学习的过程中, 没有兴趣的学习只是灌注式的学习, 学习就只能为完成任务而学习, 不可能形成有意义的学习, 也就不能促进学生能力的形成和发展。提出问题是活跃课堂氛和激发学生学习好奇心的关键步骤, 能够培养学生的探究能力, 使学生带着问题去学习。必须在课堂教学中引入一些难度适中的名校考研试题, 让学生当堂完成, 从而可以引起学生学习兴趣并激发学习过程中的挑战欲望。在掌握适度质量和数量的前提下, 通过这种练习有助于学生把握本节课讲授内容的重点。由于本课程教学内容中的知识点非常多, 学生往往拘泥于局部内容而无法理出重点, 这种教学办法收效非常好, 很受学生欢迎。学生创造性思维的培养是高等教育的重要任务之一。在课堂外还应该留一些设计性和综合性题目, 以达到注重培养学生应用知识的能力和创造性思维之目的。

2.5 课件教学, 传统教学, 有机结合

多媒体教学是形象化教学的重要组成。本课程的内容中比较复杂的电路图、示意图和动态的操作过程, 均可采用多媒体教学方法。采用以上方法可以减少板书和黑板上画图时间, 从而提高效率, 还能使讲解过程更加形象、直观和清楚。例如, 栈的概念及入栈操作和出栈操作过程用语言描述就比较抽象。若用多媒体课件演示栈的的结构并观察入栈指令P U S H和出栈指令P O P执行的过程, 引导学生细致观察和了解栈顶指针和栈顶元素的变化, 将上述指令的执行引起的存储单元内容的变化用动画形式表现出来, 学生就可很快掌握两指令的含义及执行过程。课件教学过程中应注意课件尽量生动, 不能照本宣科, 应大量应用动画等方法。另外, 实践证明, 多媒体教学和传统教学多法只有互相结合, 教学效果才是最好的。本课程内容抽象, 图表部分需多媒体内容来讲解, 而其中的综合计算知识用传统教学方法讲解则比较合适。

2.6 注重实践, 结合理论, 创新培养

该课程中的微机应用接口技术作为计算机硬件应用技术的一个重要分支, 广泛且大量应用于工业控制, 智能仪器、机电一体化产品、家用电器、通信工程、电力工程等各个领域。另外, 如果只靠课堂理论教学来系统掌握这门课程和相关技术是不可能的, 因此, 必须加强实验环节教学。由于本课程是非计算机电气信息类专业课程, 前导课程中并没有《汇编语言程序设计》。因此, 实验内容安排的重点是两部分, 汇编程序设计和I/O接口应用设计。我们采用的是东南大学的DVCC-8086JH微机原理实验系统, 安排了其中的八个基本实验和并自行安排了三个设计型实验。在实验教学过程中继续以“建构主义教学模式”为指导, 使学生不断创新并增强实践能力, 以实践巩固理论知识, 以实验和设计提高学生的创新能力。

3 结语

在信息技术快速发展的今天, 对于电气信息类的理论性较强的基础课的教学手段, 教学方法和实验环节需要不断地探索, 只有运用先进的教学手段, 才能够培养出适应时代的变化和发展的素质人才。通过几年来的《微机原理与接口技术》课程的教学实践, 深化了课程教学改革, 提高了课程的教学水平和教学质量, 促进了该课程的建设与发展。同时, 对培养学生的硬件设计能力和解决实际问题的能力起到了积极的作用。但由于教学改革涉及教学活动的各个方面, 比如, 教学方法、教学内容、教学手段等方面均需要改革, 故要求广大学生和教师自身的素质有待发展和提高, 另外, 教学组织和管理工作也需要进步改善。尤其对于地处西部, 教学软硬件和资源相对落后的地区性高校而言, 教学改革困难程序相对大一些, 我们应在立足于现有条件基础上, 培养全面发展的新型人才的出发点上, 进一步推动教育教学改革。

摘要：《微机原理与接口技术》课程理论性强、实践性强、课程抽象、学生学习难度大;改革教学方法、教学手段, 强化实验教学, 是增加学生兴趣, 提高该课程教学质量的重要途径。本文依据多年课程教学改革实践, 提出了诸多教学改革措施, 探索出新的教学模式, 有一定借鉴意义。

关键词：微机原理与接口技术,教学手段,教学方法