時間：2023-09-15 17:31:27
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機接口技術及應用，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:接口技術;課程改革;硬件教學
“接口技術”是計算機應用專業的一門專業任選課。在學習“接口技術”課程時,需要有較多的硬件基礎知識,在芯片級上理解微機的工作原理,還要較為熟練地掌握匯編語言對硬件的編程使用方法,這樣才能夠很好地學習和掌握接口芯片的工作原理,并理解接口技術在計算機中的實際應用狀況。[1]
計算機應用專業的學生通常學習的重心會傾向于編程語言、軟件設計等課程,對偏向硬件的“接口技術”課程,學生要想真正地學習和掌握好是有相當難度的。在很多時候,他們完成該課程的學習只是為了應付考試拿到學分,對于接口技術的應用,甚至是接口技術的基本概念都是模糊不清的。
1現狀分析
筆者根據多年的教學經驗分析,導致計算機應用專業“接口技術”課程教學效果不良的原因大致可以歸為以下幾個。
1.1課程本身枯燥難學
“接口技術”屬于偏硬件類課程,綜合了應用微機原理、匯編語言、接口技術及數字電路等知識,涉及到中斷、定時計數,串/并行通信、模-數/數-模轉換等芯片的結構和原理,覆蓋的知識面較廣,對計算機系統的軟硬件結合技術要求較高[2]。對大多數計算機應用專業的同學而言,這門課程的內容抽象、枯燥乏味、不易學習,從而容易導致學生的學習興趣下降,主動性差等問題。
1.2硬件基礎及匯編語言的基礎較差
“接口技術”對學生的硬件基礎要求較高,要完全理解計算機的基本工作原理以及計算機各部件的基本結構和聯系。該課程中若要進入實用階段,則必須使用匯編語言來進行編程,而匯編語言是一種面向硬件的低級程序設計語言,沒有相當的硬件基礎也很難學習和掌握。
計算機應用專業的學生在大學四年中主要學習的課程都是偏向于軟件設計的,對于微機的硬件工作原理方面內容存在著一定的偏見,相應接觸也較少,理解起來更為困難,且大多數學生很難順利地使用匯編語言完成一定的代碼編寫任務,這樣一來匯編語言的基礎也是影響學生學習這門課程的一個關鍵。
1.3學生認識上的忽視
在計算機應用專業的教學計劃上,“接口技術”課程是學生在大四上學期的一門專業任選課。目前的課程教學中,講解的側重點在常見接口芯片的原理與結構,以及一些普通的應用。這些內容看似與計算機應用專業的培養目標聯系不夠緊密,再加上課程中零
作者簡介:毋琳(1978-),女,河南焦作人,講師,碩士,研究方向為人工智能;秦勉(1980-),女,河南開封人,助教,研究方向為通信信號處理;呂超(1978-),男,山東萊蕪人,工程師,研究方向為網絡工程。
碎的知識點較多,學生為了應付考試只是簡單地死記硬背相關知識,而忽視了對知識的理解,從而嚴重影響教學效果。
處于這個時期的學生,大多數都在為考研、找工作等將來的去向和前途問題忙得團團轉,對專業課的學習自然有些分心。該課程具有的難度,對熱衷于軟件編程的計算機應用專業學生來說,無論教師在課堂上如何強調課程的重要性,很自然地就會形成“只為了拿學分,以后也無用”的錯誤觀念。有了這樣的內因主導,學生學習起來也就理所當然地不太用心,應付了事。
1.4實驗項目設置及設備的問題
“接口技術”是一門實踐性和應用性都很強的課程,許多知識只有通過實踐教學環節才能真正的理解。在教學計劃中,除了理論教學外,還要安排適當的實驗教學,以強化教學效果。
接口技術實驗中,目前采用的是Intel 8088系列的16位箱式實驗系統。該系統提供了多種接口芯片的驗證性實驗,其ROM中固化有與每個實驗對應的匯編實驗程序,軟件系統中還配備有詳細的實驗原理、實驗步驟等指導性內容。學生在完成這些實驗時,直接按照指導說明,連接各種線路,調用固化程序運行,觀察結果寫出實驗報告即可。[3]
以上的實驗方法固然可以使學生很容易地驗證理論課上所學的知識,但由于學生在實驗過程中仍然是一個按部就班的被動者,需要他們自己動手設計的內容是少之又少,這樣的實驗課缺乏最重要的自主創新環節,也就失去了實驗課程真正的意義。面對所有學生同樣內容的實驗報告也會使教師難以了解學生掌握應用知識的狀況。
2改革設想
“接口技術”雖然是一門偏向硬件設計的課程,但它作為“匯編語言”、“計算機組成原理”課程的后繼專業課程,也是學生有效提高專業技能和動手創造能力的一門重要課程。因此,要真正提高課程的教學質量,就必須在教學指導思想、教學實驗內容和實驗組織方法等方面進行一系列改革,主要可以考慮從以下幾個方面著手。
2.1從思想上扭轉錯誤認識
“接口技術”課程教學效果不佳的主要問題在于學生思想認識上的錯誤,如果改變了這個內因,就有可能通過其他改革手段來改善教學。
長久以來,國內計算機應用專業的教學模式都是以“重軟件、輕硬件”為指導思想的,這導致很多學生在完成學業之后仍然不清楚計算機主機箱內部的硬件有哪些,到了工作單位有和硬件相關的工作和研究更是插不上手,即使是在新硬件的基礎上進行軟件的研發也會有很大的困難,從而也阻礙了學生的就業前景和發展。因此,必須扭轉學生不重視硬件的錯誤思想,要為學生樹立計算機整機的硬件思想,并在此基礎上來學習軟件的開發和設計,才能真正使軟件開發能力成為其以后學習工作的堅實基礎。
要做到上面說的這一點,就需要在“接口技術”課程的教學過程中,以強調基礎,注重實際能力為主要關注點,靈活地組織教學,以“是什么,有什么作用,如何工作,如何設計,發展現狀以及發展前景”為主線來引導學生學習,鼓勵學生自主地思考,并勇于創新。[4]
2.2改善教學方式
適當的教學模式始終都是推動教學質量的重要手段,特別是在像“接口技術”這樣的課程中,需要充分的教學互動來激發學生的學習興趣和熱情,更需要合理地設置各個教學環節。
在“接口技術”課程中,學生所面臨的第一個問題就是不了解接口到底是什么,接口技術到底是做什么的。這是一個很基本的問題,但在實際教學中經常有學生直到學期末也搞不清楚這個概念。究其根本,該課程是在學生完成諸多軟件類課程之后開設的,學生面對突然轉變的課程類型會有相當的陌生感,不知如何學習和理解。這就需要在第一節課中,利用形象生動的例子讓學生建立直觀的印象,從而使學生自己探索著理解其中的基本概念。
除了要使學生對接口技術留下深刻的第一印象,教師還應幫助學生將這種狀態持續到整個學期中。根據“接口技術”課程的特點,運用多媒體教學,設計生動、形象的教學課件是必不可少的環節。教學課件不能僅僅是板書的代替,而要以基本概念的展示為主線,強化重點內容的講解,輔以Flash等動畫表示,使有限的課堂時間得以充分地利用。當然,在教學環節中應充分考慮學生的理解力,在適當的地方還應配合上即興的板書來靈活講述。
學習離不開復習,但學生往往會因為各種原因忽略了復習。為了強化教學效果,可以在課堂中抽出很少的時間共同復習。在每次課開始前先簡單復習本次課需要用到的知識,結束時簡單總結本次課的內容。在完成一個章節或一個部分的學習后,用1～2道典型的例題將前續知識融會貫通。這樣的授課模式可以使學生強制性地進行復習,得到事半功倍的學習效果。
2.3改革實驗課程的內容
至于實驗環節,教師要根據教學的進展狀況,設計出不同于實驗系統ROM中固化實驗的新實驗內容,將“接口技術”課程的實驗由淺到深、由簡單到復雜逐步過渡。例如,在設計8255A芯片實驗時,可以將模擬交通燈控制系統作為一個簡單的驗證型實驗,在該實驗的基礎上,添加已學過的定時計數器8253芯片的配合,實現硬件定時的交通燈控制系統。若學生可完成,還可以繼續添加數碼顯示的功能,采用倒計時顯示等待時間,更加接近實際使用中的情況。或者,還可以使該實驗與中斷控制器8259A配合,實現中斷方式的隨機交通燈控制系統。
在實驗教學環節中,建立開放性的實驗環境也是一個很好的加強學生動手能力的形式。在教學時間開放、教學內容開放、實驗元器件開放的環境下,學生可以結合課程學習及自己的專業特點、時間安排、興趣愛好提出實驗題目、設計實驗方案或實驗構想,并
可在一個較寬松的實驗環境和可靈活選擇的時間范圍內完成。這種類型的實驗方式有利于培養學生主動學習的能力和創造意識,教師應予以積極地配合,并盡力創造條件引導和支持。
2.4改革課程的考核方式
高校課程的考核方式可能會在很大程度上影響學生的學習方向。由于更加注重理論考核的課程,學生更傾向于把時間花在課本理論知識的記憶和理解中,相應的動手時間就會大大減少。因此,只有改革“接口技術”課程的考核方式,才能夠使學生的學習精力轉向對理論知識的應用上。具體的考核方式可以分為學習態度、理論知識、動手能力等不同的方面,并可以適當加大動手能力環節的分值比例,可通過檢查實驗結果和提交實驗報告來評定成績。
3結語
“接口技術”課程作為計算機應用專業的“非核心”課程,常被學生忽視其在以后工作中的重要性。筆者在實際的教學工作中,根據教學任務和學習的客觀規律,從學生知識基礎、心理特點和接受能力出發,通過教與學的相互作用,已部分實踐以上的改革設想,引導學生積極思考、大膽實踐,得到了較好的教學效果。
參考文獻:
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Teaching Reform of Interface Technology Courses for Computer Application
WU Lin1 , QIN Mian1 , LV Chao2
(1. Department of Computer and Information Engineering, Henan University, Kaifeng 475004, China;
2. Henan Cable TV Network Group Co, Ltd., Kaifeng Branch, Kaifeng 475000, China)
《微機原理及接口技術》是生物醫學工程專業的一門重要的專業基礎課程，具有承上啟下的作用，是學習《單片機原理》的先導課程，能為學生后續課程的學習奠定基礎[1]。通過對本門課程的學習，要求學生全面了解微型計算機的內部結構、原理和接口應用，并能夠掌握典型機的工作原理，具備簡單的微機應用系統設計及開發能力。《微機原理及接口技術》課程的特點是理論聯系實際，軟硬件相結合，理論概念抽象，內容涵蓋多，記憶起來較困難。教學中一般采用理論為主、實驗為輔的授課方式，但由于實驗條件的限制，學生很難理解抽象的概念，并難以達到教學目標。因此，在日常的教學工作中存在兩個突出問題，一是教師難教，二是學生難學[2]。為了解決這些問題我校對《微機原理及接口技術》課程改革進行了初步探討。
1《微機原理及接口技術》課程教學中存在的問題
1.1教學內容與所學專業脫節
該課程目前的主要教學內容以80X86CPU和其組成的微型計算機系統為重點，包括微機原理和外部接口兩大部分內容，并且已經形成了相對穩定的課程體系。但是，伴隨著計算機技術的日益發展，以80X86CPU組成的微型計算機已經逐步退出了常見應用領域。因此，存在著教學內容相對陳舊的問題，并且缺少與學生所學專業相聯系的實際案例，加之實驗條件有限等諸多問題，不能很好地激發學生學習的積極性，更難以調動學生的主觀能動性。因此，需要進一步調整教學內容，以適應學生就業的需要。
1.2教學方法過于陳舊
本課程的第一部分主要以微型計算機的原理為重點，抽象的概念較多，各個章節的名詞術語和知識點多且復雜，并且各部分內容前后交叉。傳統教學主要采用理論講解為主的授課方式，教學方法單一陳舊，致使學生學習起來枯燥難懂、興趣不高，學生學習的積極性差，課堂氣氛較沉悶，導致教學效果欠佳。因此，教學方法亟需改進。
1.3實踐教學環節薄弱
本門課程的實踐性很強，其實驗課程由軟件部分和硬件部分組成。所開設的實驗大部分屬于驗證性實驗，只要學生按照實驗指導編寫的程序連接電路圖就能得到結果，整個實驗過程自主創新少，學生缺少自主學習與思考;并且，書寫實驗報告時存在襲現象。目前的《微機原理及接口技術》實驗課程難以達到讓學生自主學習、提高動手能力的目標。
1.4考查方式單一
現行的考查方式是期末一卷定終身。這種考查方式容易使學生出現期末考試前突擊復習、背書應付考試，考后遺忘的現象。因此，需要改革這種單一的考查方式，以達到全面評價學生學習過程和學習效果的目的。
2教改措施
2.1優化教學內容，與本專業相聯系
合理制定教學大綱，不斷更新教學內容，補充與生物醫學工程專業相關的實際案例，突出課程特色。以增強課程的實用性為原則，以微型計算機的基本原理和概念為主線，確保課程的系統性、完整性和應用性。授課時可將課程分為三大部分:基本概念、匯編指令、接口技術，以這三部分為重點，著重培養學生利用計算機技術的基本思想去發現、分析、解決問題的能力。以加強與所學專業聯系為原則，在生物醫學工程專業的基礎上介紹微型計算機新的應用領域和發展趨勢，幫助學生解決本專業要求的實際應用問題，以提高學生的學習興趣，喚醒他們主動學習的潛能。
2.2采用多種教學模式，加強網絡資源建設
為了獲得好的教學效果，在《微機原理及接口技術》授課過程中采用了MOOC、翻轉課堂、任務驅動法與傳統教學方法相結合的多種教學方法，在一定程度上充分調動了學生學習的積極性，并培養了他們團隊協作的能力[3]。結合我校多媒體網絡課程復習互動中心(以下簡稱課程中心）的建設，將教學課件、網絡課件以及一些其他教學資源到網站上，學生們可以登錄學校的網站學習、觀看、下載，不但方便了學生自主學習，并能幫助學生理解和消化課堂內容。在課程中心的網站上，學生們還能在線與教師和其他同學交流，不僅方便了學生學習，而且豐富了教師與學生的溝通方式。除開展網上課程中心的建設外，還開展了試題庫的建設，主要題型包括選擇、填空、判斷、簡答與編程等題型。
2.3加強實踐教學環節
《微機原理及接口技術》是實用性非常強的一門專業基礎課程，因此，非常有必要加強實踐教學環節。由于學校的硬件條件有限，授課時將計算機仿真技術和網絡平臺引入到實踐教學中，教會學生使用可視化軟件Proteus、multisim，并鼓勵學生用它們完成實驗，以此來彌補儀器設備和經費的不足[4]。這樣，不僅幫助學生掌握了微機原理的基本知識，也讓他們對電工電子技術有了更為深刻的認識。
2.4改革考核模式
為達到檢驗教學效果的目標，應改變傳統的考核模式，采用形成性評價的考核模式，以全面、客觀、公正的反應學生的學習情況[5]。考核分兩個部分，理論部分和實驗部分。理論部分考試，采用期末試卷成績占70%、平時成績占30%的方式，平時成績包括出勤、作業、提問、隨堂測驗等，每次課前公布上次課的平時成績，可制定考核表貼于班級教室內或發至班級公共郵箱；實驗部分考試從實驗態度、操作能力、創新性和實驗報告四個部分進行考核，考核方式和成績公布同理論課平時成績的公布方式。
3小結
近兩年來，為了提高學生的學習興趣，進一步改善教學效果，我校對《微機原理及接口技術》的課程改革進行了初步探索，并取得了一些成效。學生學習的積極性得到了明顯提高，利用計算機思維提出問題、分析問題和解決問題的能力得到明顯改善，對堆棧、指令隊列、時序等抽象概念能夠正確理解，基本能夠完成簡單的程序編寫。但是還存在一些問題，如學習態度功利化，遇到問題容易浮躁、習慣性的去網上查找等，這些還有待繼續探討、改善。
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中圖分類號:G642.0文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）04-0000-00
“微機原理”是講解基于X86指令集、可以運行DOS或Windows操作系統的微型計算機工作原理及其接口應用技術這門計算機類課程的一種通俗叫法，該課程還有“微機原理及應用”，“微機原理與接口技術”，“微型計算機技術”等多種名稱。“微機原理”是高等院校中電子信息工程專業、自動化專業、機械設計制造及其自動化專業、計算機科學與技術等電類專業的專業必修課。這門課程主要由三大部分組成，分別是微機的基本工作原理、16位及32位匯編語言及微機接口應用技術，安排的實驗主要是匯編程序設計和各類接口應用技術。
1、把握好重視硬件的教學理念
微機原理是以上各專業一門很重要的硬件應用類課程，部分專業還是考研課程。近年來，全國人才市場上硬件人才以較大差額供不應求，年薪也越來越高。而目前國內高校的計算機硬件人才培養卻跟不上形勢的發展，學校在指定教學計劃時就不重視硬件教學，導致學生的硬件方向的實際動手能力非常薄弱。隨著計算機技術的飛速發展，計算機系統的軟硬件界限開始變得模糊，在開放過程中可以采用軟件方法來設計硬件。在這種軟硬件融合的背景下，我們不應該削弱硬件教學。我們在教學計劃的制定上要重視硬件類課程，同時也要提高學生對硬件類課程的興趣[1]。
2、微機原理的教學現狀
隨著微型計算機時代的來臨，我國高等院校從上世紀80年代開始陸續以16位的8086作為核心組織“微機原理”教學，講授的主要內容就我們所熟知的8086/8088處理器、DOS平臺的16位匯編語言和16位的接口應用技術。
目前，伴隨現代計算機技術的快速發展，以Intel 80x86/ Pentium等高級微處理器為核心、Windows操作系統為主的微型計算機主流應用環境日益普及，在微機系統上應用軟件開發也隨之蓬勃發展，與此同時以應用型微控制器(MCU或單片機)為特征的嵌入式系統和多功能嵌入式微處理器也己成為硬件系統應用開發新的主體，形成了工業控制、網絡通信、手持設備，消費類電子產品等應用方面廣泛的市場。而目前國內高校的微機原理與接口理論教學大多數仍然停留在陳舊的IA -16階段，學習這些微處理器會使現在的學生產生一個問題：為什么我們要學它們？因為他們從來就沒有見過8086/8088 的機器，他們所使用都是采用32位的Pentium系列或64位Core系列微處理器的計算機，他們所學的微機知識和接口芯片的知識的年代和性能離他們目前正在使用的微機相差太遠了，以致他們很容易對所學內容失去興趣。學生們也很少愿意了解掌握八十年代陳舊的MS- DOS體系結構、命令和傳統的命令行或文本畫面操作方式[2]。
3、對于32位結構的教學內容探討
在新世紀的教學過程中，如何去實施微機原理課程的新教學方法，如何在基于32位結構上講授的三大部分的教學內容，如何把這三個部分融會貫通于整門課程的教學過程中，這是我們在實際教學過程遇到的亟待解決的問題。
從教學內容上看，32位微機系統結構和接口技術與16位相比有著質的飛躍，這不僅對學生，同時也對教師提出了很高的要求，如何順利過渡到32位微機系統原理與接口的知識，是值得老師們認真思索的[3]。
我們認為在教學內容中基于32位結構的“微機原理”課程可以在原16位結構教學內容的基礎上進行大刀闊斧的取舍，刪除過時的已不再使用的陳舊技術，保留不變的計算機工作基本原理，補充講解新的先進知識點。
在傳統的16位微機原理的教學過程中，我們抓住其最基礎的知識點，使學生深入理解微型計算機的工作原理，而對于技術細節不必過分深入，某些教學內容可以大膽地摒棄8位和16位技術中陳舊的知識點，而取而代之的是講解最新的32位、甚至64位技術。我們可以增加的內容有：在匯編語言中加入的32位Windows編程、同時加入匯編語言與Visual C++的混合編程，高速緩沖存儲器和虛擬存儲器技術，浮點數處理和多媒體指令集，流水線技術、還有多線程、多核等知識點。由于學時的限制，這些內容不一定全部都仔細講完，可以在教學過程至少要告訴學生們有這些概念，使他們知道有這樣一些技術[4]。
我們需要注意的問題是，從實際的教學效果中發現，盲目拋棄16位微處理器的知識是不科學的，所以我們不主張在教學內容的編排上直接以32位教學內容為主進行教學，而是主張從16位內容開始，循序漸進。我們在各章教學中對重點技術都結合實例予以說明，在實例的分析過程注意和這些專業的學生的專業特點相結合，使之能夠真正應用于所學專業，讓學生們能夠學以致用。
4、基于32位微型計算機的接口實驗
目前我們所使用的微型計算機的軟硬件平臺已經是32位環境，而微機接口技術部分的教學內容卻沒有很大的改變。導致這樣的情況原因如下：基本的接口技術并沒有改變，并行接口、串行接口、中斷控制器、定時計數接口、A/D、D/A接口等內容仍然為傳統的8位結構，所使用的可編程的接口芯片并沒有改變，這點和16位結構的傳統微機原理課程內容完全相同[5]；還有就是32位Windows操作系統特有的機制，限制Windows下的應用程序進行直接進行外設I/O操作，為了使學生掌握接口技術，導致這部分教學內容很難有很大的改變。
教學內容的要求必須要解決32位微機軟硬件平臺下實踐微機接口的硬件實驗的問題。目前在國內比較成熟的32位微機原理實驗系統對于這個問題可以提供比較令人滿意的教學方案，例如西安唐都的TD-PIT實驗及開發系統，江蘇省啟東計算機廠的 DVCC-32JHP 32位微機原理接口實驗開發平臺等。我們的硬件實驗室配置的是江蘇省啟東計算機廠的 DVCC-32JHP 32位微機原理接口實驗開發平臺。該系統可以進行驗證性實驗和設計型實驗，并且也可以在上面開展微機原理課程設計。該平臺全部封裝于一個實驗箱中，該系統同時提供一個基于Windows操作系統的集成開發IDE軟件，配有集成化實驗開發環境，集程序的編輯、編譯、鏈接、調試于一體，并且支持宏匯編語言和C語言兩種開發環境，使用該實驗平臺可以提高學生對微機原理課程的深入認識，也可以減輕實驗老師的勞動強度。
5、充分發揮學生的主動性
目前一個現實現象就是學生們普遍是重視軟件開發，輕視硬件學習，我們在教學過程中如何把學生的興趣點吸引到硬件學習上是一個非常重要的問題。我們的經驗是挑選對硬件開發有興趣的學生，成立興趣小組，給他們提出設計任務，讓學生去實踐，在實踐去學習，培養學生自學和獨立思考能力。讓他們在學生中形成一種良好的硬件學習氛圍，以點帶面，使學生們轉而能夠主動學習和專研硬件類課程。
6、結語
我校的“微機原理及應用”課程被評為第三屆湖北省優質課程和2004年長江大學精品課程。該課程特點是面向專業多，教學層次多，大部分專業都是非計算機專業的學生，我們還要不斷地改進教學方法，促進學生學習計算機硬件的興趣，最終提高學生的硬件開發能力。
參考文獻
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一、教學現狀
該課程包含理論課堂教學和實驗教學兩個部分。由于理論課堂教學部分的內容比較抽象，加上學生匯編語言程序設計課程的基礎不扎實，導致學生系統開發能力不強。在實踐教學環節，甚至出現學生無法獨立完成實驗任務的現象。筆者認為主要原因大致有以下幾點：
1.課程內容涵蓋的知識面廣導致學生對它失去信心、耐心和興趣
表面上看來，《微機原理與接口技術》課程屬于硬件課程范疇，而實質上它的教學內容綜合了微型計算機軟、硬件的理論知識，既要有良好的硬件基礎，還要有扎實的能面向機器語言進行程序設計的能力的同學，才能真正理解課程內容的含義。這對于大多數沒有實踐經驗，特別是基礎又不是很扎實的同學而言，就會覺得這門課程很難懂、枯燥，從而導致興趣下降，主動性、積極性也受到了影響。
2.太多的驗證性實驗內容阻礙了發散性的思維
目前的教學大綱在實驗教學環節上規定了太多的驗證性實驗。這使得學生不用上實驗室也知道實驗結論是什么，結果數據是什么，實驗報告在宿舍里就可以完成了。久而久之，使學生有了惰性，原本強烈的好奇心和動手、動腦欲望在必須要完成的作業中消失了。
鑒于這些原因，必須進行《微機原理與接口技術》課程的教學方法的改革。
二、新的教學方法改革
1.從理論課堂教學內容入手，改變傳統的教學模式和手段
（1）重新整合教學內容，使得教學內容重點突出，言簡意賅，化繁為簡。例如一些計算機基礎知識，進制之間的轉換、數的表示、數的算術邏輯運算可以略去不講。一方面，這些內容與理解微機系統的整體概念和培養學生應用開發能力關系不大，另一方面，可以減少和先修課程內容上的重復，造成課時浪費。而雖然計算機組成原理課程中講解過尋址方式，匯編語言程序設計課上學過機器指令，C或C++課程上涉及到程序設計思想，先修課程中接觸過中斷、DMA等概念，但在《微機原理與接口技術》這門課程中卻仍然要重點講解，因為這些概念和設計思想是理解課程內容的基礎，是開發設計思路的源泉。
（2）改變先理論再實踐的教學模式，增強學生的興趣和信心。原本的教學中是老師的一味灌輸，學生只能被動接收。造成考試前死記硬背，考完試了，也不知道學了啥。現在的教學模式采用先給出問題，再回到理論；先從個別現象，再到一般情況；先從零散知識的積累，再到系統的學習。例如：在講授總線和接口技術部分時，在課堂教學中先讓同學講述自己生活中感覺到新鮮的電子產品，并闡述之所以引起他興趣的原因。然后一邊讓學生思考他感興趣的部分都采用了哪些先進技術，一邊告訴同學目前大多數的電子產品都采用了嵌入式的單片機技術，甚至有些是實時的嵌入式系統，最后引導學生在系統中如何進行總線和接口的設計，最終實現了接口技術這一章節的內容講解。
（3）先進的教學手段的應用，可以將枯燥、晦澀難懂的課堂內容變得生動、一目了然。現代化的多媒體技術在課堂上的采用，使得同學耳目一新。當動態的畫面配以同步的解說，真實而直觀地將程序的流程、指令的執行過程或者微型計算機內部呈現在學生面前時，學生有身臨其境的感覺。這樣生動的教學手段，將幫助學生將教學內容化難為易、化繁為簡。
2.從實驗教學部分入手，改變傳統的實驗模式
（1）設計不同程度和類型的實驗供學生選擇，使得實驗內容因人而異，因材施教。首先將教學大綱中要求的實驗內容分成兩部分，一部分在課堂上配合課堂教學內容演示給同學，這部分大多是驗證性的實驗。剩下的一部分，屬于基礎性的，是幫助同學理解基本教學內容的，留給同學自己在實驗室完成。另外，實驗教學中，還設計有一些創造性的實驗可供同學選擇，例如，8255A和8253A芯片組合實驗等。這部分適合有了一定的理論和實踐基礎的同學做，若同學們選擇了做這個實驗，就可以代替基礎實驗中8255A和8253A芯片設計的兩個實驗。最后一部分是創新性實驗，也是最具挑戰性和誘惑力的部分。學生可以選擇已有的可參考的實驗題目，可以是在課堂上討論過的、自己看到過的、曾經吸引自己注意力的產品的部分功能，也可以是經過自己獨立思考、自己設計并完成的系統。目前，我們給出可以參照的實驗有：路口紅綠燈語音提示系統、私家車出入驗證系統等。這些實驗比較實用但又不是很復雜，學生選擇了這些實驗并最終能夠實現基本功能的，便可以免做所有的實驗。將實驗教學部分按難易程度分成基礎性、創新性和創造性的實驗，有利于實現實驗內容因人而異、教育因材施教。
（2）實驗室全天對學生開放，讓學生隨時能設計、思考并驗證自己的想法。以前學生要進實驗室要任課老師安排，老師準備好實驗器材，規定好時間，全部同學做同樣的一個實驗。現在，選擇做創造性實驗的學生可以自己在網上向實驗室老師登記使用實驗室的時間，自己和實驗室老師聯系需要的器材和元件，也可以自己帶設備和元器件進實驗室，有問題可以隨時和任課老師電話或當面交流。這樣，經過自己的努力完成實驗時，學生的創造力、成就感、滿足感增強。
關鍵詞：機電一體化；接口技術；人機接口；機電接口
機電一體化系統可分為機械和微電子系統兩大部分，各部分連接須具備一定條件，這個聯系條件通常稱為接口。各分系統又由各要素（子系統）組成。本文以機電一體化控制系統（微電子系統）為例，將接口分為人機與機電接口兩大類。
一、機電接口
由于機械系統與微電子系統在性質上有很大差別，兩者間的聯系須通過機電接口進行調整、匹配、緩沖，因此機電接口起著非常重要的作用：
（1）行電平轉換和功率放大。一般微機的I/O芯片都是TTL電平，而控制設備則不一定，因此必須進行電平轉換；另外，在大負載時還需要進行功率放大；
（2）抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入，可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機系統和控制設備在電器上加以隔離；
（3）進行A/D或D/A轉換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時，必須在微機系統和被控對象之間設置A/D和D/A轉換電路，以保證微機所處理的數字量與被控的模擬量之間的匹配。
1、模擬信號輸入接口。在機電一體化系統中，反映被控對象運行狀態信號是傳感器或變送器的輸出信號，通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號（如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉速檢測用的測速發電機等）計算機要對被控對象進行控制，必須獲得反映系統運行的狀態信號，而計算機只能接受數字信號，要達到獲取信息的目的，就應將模擬電信號轉換為數字信號的接口——模擬信號輸入接口。
2、模擬信號輸出接口。在機電一體化系統中，控制生產過程執行器的信號通常是模擬電壓或電流信號，如交流電動機變頻調速、直流電動機調速器、滑差電動機調速器等。而計算機只能輸出數字信號，并通過運算產生控制信號，達到控制生產過程的目的，應有將數字信號轉換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務是把計算機輸出的數字信號轉換為模擬電壓或電流信號，以便驅動相應的執行器，達到控制對象的目的。模擬信號輸出接口一般由控制接口、數字模擬信號轉換器、多路模擬開關和功率放大器幾部分構成。
3、開關信號通道接口。機電一體化系統的控制系統中，需要經常處理一類最基本的輸入/輸出信號，即數字量（開關量）信號包括：開關的閉合與斷開；指示燈的亮與滅；繼電器或接觸器的吸合與釋放；電動機的啟動與停止；閥門的打開與關閉等。這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和“0”出現的。在機電一體化控制系統中，對應二進制數碼的每一位都可以代表生產過程中的一個狀態，此狀態作為控制依據。
（1）輸入通道接口。開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統設置開關信號傳送給計算機。這些信號實質是一種電平各異的數字信號，所以開關信號輸入通道又稱為數字輸入通道（DI）。由于開關信號只有兩種邏輯狀態“ON”和“OFF”或數字信號“1”和“0”，但是其電平一般與計算機的數字電平不相同，與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題，它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉換電路和地址譯碼電路等組成。
（2）輸出通道接口。開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執行器（如繼電器或報警指示器）。它實質是邏輯數字的輸出通道，又稱為數字輸出通道（DO）。DO通道接口設計主要考慮的是內部與外部公共地隔離和驅動開關執行器的功率。開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅動器和輸出口地址譯碼電路等組成。
二、人機接口
人機接口是操作者與機電系統（主要是控制微機）之間進行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向，可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統通過輸出接口向操作者顯示系統的各種狀態、運行參數及結果等信息；另一方面，操作者通過輸入接口向機電系統輸入各種控制命令，干預系統的運行狀態，以實現所要求的功能。
1、輸入接口。
（1）撥盤輸入接口。撥盤是機電一體化系統中常見的一種輸入設備，若系統需要輸入少量的參數，如修正系數、控制目標等，采用撥盤較為方便，這種方式具有保持性。撥盤的種類很多，作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連，以BCD碼形式輸入信息。
（2）鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合，向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有：
1）編碼鍵盤，自動提供被按鍵的編碼（如ASCII碼或二進制碼）；
2）非編碼鍵盤，僅僅簡單地提供按鍵的通或斷（“0”或“1”電位），而按鍵的掃描和識別，則由設計的鍵盤程序來實現。前者使用方便，但結構復雜，成本高；后者電路簡單，便于設計。
2、輸出接口。在機電一體化系統中，發光二極管顯示器（LED）是典型的輸出設備，由于LED顯示器結構簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜，因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發光二極管和點陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡單，是同名管腳上所加電平高低來控制發光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式LED顯示器一般用來顯示復雜符號、字母及表格等，在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。
結語：
接口技術是研究機電一體化系統中的接口問題，使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢，使系統各部分有機地結合在一起，形成完整的系統。接口技術是在機電一體化技術的基礎上發展起來的，隨著機電一體化技術的發展而變得越來越重要；同時接口技術的研究也必然促進機電一體化的發展。從某種意義上講，機電一體化系統的設計，就是根據功能要求選擇了各部分后所進行的接口設計。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統的控制性能，以及系統運行的穩定性和可靠性，因此接口技術是機電一體化系統的關鍵環節。
參考文獻：
關鍵詞：微機原理與接口技術；實踐教學；四層實踐教學模式
中文分類號：G623文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2011)01-0240-02
Reacher on the Reform on the Practical Teaching Mode of The Principle and Interface Technology of Microcomputer
WANG Wei1,2, ZHOU Ning-ning1,3
(1.Tongda College, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 2.College of Continuing Education, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 3.College of Computer, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China)
Abstract: The Principle and Interface Technology of Microcomputer is a course with great applicability and practical teaching is an essential part in the whole teaching process. In this article we mainly disscuss the reforming attempt in the pattern of this course and come to the conclusion that we can fully cultivate the comprehensive ability and innovative ability of the students with the four layers of practical teaching mode.
Key words: the principle and interface technology of microcomputer; practical teaching; the four layers of practical teaching mode
微機原理與接口技術是計算機、電子信息類等工科專業計算機硬件課程體系中的一門專業基礎課。內容涵蓋微機原理、匯編語言程序設計及微機接口技術，兼顧硬件和軟件2個方面，具有實踐性強、涉及知識面廣的特點。因此實踐教學在該課程中占有很重要的地位。學生只有通過實踐環節的學習和操作，才能夠掌握微機系統的工作原理、常規接口技術及其應用，加深基本概念的理解。
1 微機原理與接口技術實踐教學現狀
1）課時安排上重理論、輕實踐
目前，該課程共安排四次實踐課，內容包括兩次匯編語言程序設計，運用定時/計數器8254設計流光發生器以及利用系統定時源設計定時中斷程序。實踐課時過少。兩次匯編語言程序設計的實踐，根本沒辦法達到“深入理解機器工作基本原理和培養低層編程意識及思想”的匯編語言學習目的。[1]而匯編語言理解的不透徹，會直接影響接口部分的實現能力。
2）教學內容上重軟件、輕硬件
大部分的實驗都是在PC機上，編寫一些匯編程序，只有設計流光發生器這個實驗，學生能真正動手參與硬件電路的連接，但這基本上也是一個芯片功能驗證性實驗，在實驗課上，老師把程序編寫好，學生照著老師的步驟連接好各種線路，再把程序錄入、調試運行，觀察結果寫出實驗報告就行了。最后導致所有學生的實驗報告都是一個結論。基本上學生沒有自主的創新環節。
此外，本課程理論課主要學習了8254定時/計數器、8259中斷控制器、8250串行接口芯片和8255并行接口芯片等典型芯片的工作原理，但由于實踐學時較少，在實踐操作中并沒有全部涉及到。實踐環節的欠缺，導致很多同學尤其是通達學生普遍感到“微機原理與接口技術”這門課難學、難懂、概念抽象、感性認識差。學生學習完了這門課程后，對于接口芯片工作原理和在計算機中的實際應用模糊不清，更談不上創新設計。這和學院“培養應用型創新人才”的目標是不相符的。
2 微機原理與接口技術實踐教學模式改革
當今實踐教學目的除了驗證基本理論和掌握基本應用外，更主要的是培養學生研究能力、創新能力和和思維方式以及工程實踐能力。[2]為此南京郵電大學通達學院在微機原理與接口技術實踐教學內容設置上充分考慮上述能力的培養，進一步加強理論與實踐的結合，培養學生的創新能力和思維方式，提高學生的動手能力和綜合素質。以適應“應用型創新人才”的培養要求。
為適應“應用型創新人才”的培養要求，我們將實踐教學體系分為四個層次。形成軟件實驗、硬件基礎實驗、實訓和課外科研的結構模式。
前兩個階段主要進行匯編語言軟件實驗和硬件驗證型實驗。主要是加深鞏固基礎理論知識，以培養學生理解機器工作基本原理和培養低層編程意識的基本能力以及書寫規范實驗報告的能力。本階段的實驗要緊扣實驗指導書和實驗教學大綱。要求實驗指導書有詳細的實驗目的、實驗內容、實驗要求、實驗原理、實驗資源配置、實驗的硬件連接與軟件編程和實現功能等。使得學生快速學習和理解實驗內容。
實訓是綜合性和研究性的實踐。可以分為必做和選做兩部分。必做題每個學生都必須完成的實驗，主要進行簡單硬件設計實驗。選做部分主要進行硬件綜合型實驗，學生每5-7人一組，在教師指導下自由選題，不完全受課堂教學內容限制，合作完成實驗。從而進一步拓寬學生的知識面，提高學生的思維能力和創新實踐能力。[3]
在本階段可以引入PBL教學法。基于問題學習(prob lem2based learning, PBL)的教學方法是由美國神經病學教授Barrows在加拿大McMaster大學醫學院首先試行的一種教學模式。此種教學模式以問題為基礎展開教學，以學生為中心，學生的自學能力得到培養，并且發展學生解決實際問題能力、綜合思考能力和團隊協作能力。大致分為問題提出、資料查閱、討論研究和總結反思4個主要步驟。每個問題沒有固定的解決方法，學生之間互相合作、共同探究，逐步尋找問題的解決方法。以學生自主學習和自我探究為主，作為合作者的教師僅在關鍵時刻起到點撥和引導作用[4]。
微機原理與接口技術實訓必做題階段表現突出的同學可以擔任組長，由其選擇組員并確定題目。在教師指導下分工合作，查閱資料、小組討論，提出合理的實驗方案。實驗室采用開放式教學模式，在實驗時間和空間上開放。給學生充分的自主學習和自我研究的空間。此階段以培養學生的創新實踐能力為主。要鼓勵學生求新、求異，在成績評定時，不要過于強調實驗結果的成功，防止學生為追求成績而選擇過于保守的方案。
課外科研活動利用學生的課外時間，采取學生自愿報名，與學生會科協合作的方式，成立若干個課外創新小組。課程組的老師根據自己研究的課題帶領創新小組與研究生相結合進行一些科研活動。如課題組的老師設計完成的“PD-32開放式微型計算機教學實驗裝置”，該裝置真正體現了32位微機的特點，學生通過在該裝置上的實驗操作，能進一步加深對接口原理的理解。已廣泛的應用在本科實驗教學中。
3 結束語
通過本課程實踐內容的改革與嘗試，提高了學生發現問題和解決問題的能力，培養了學生良好的學習行為和團隊協作精神，提高了學生的綜合能力和創新能力。我們將在實踐中不斷總結經驗和不足。隨著微機技術的進步，不斷更新實驗內容使實驗內容更貼近工程實際，并結合科研項目開發實驗內容。只有這樣才能更好的培養出符合現代社會需求的應用型創新人才。
參考文獻：
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關鍵詞:ISP技術;課程體系;質量工程;創新意識;案例教學法
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
隨著計算機及相關技術的快速發展,新技術與方法已在工程實踐中廣泛應用,但目前許多高等院校計算機硬件課程的教學內容與實際脫節,教學體系設置和教學方法無法完全滿足培養創新型人才的要求。在我國高校計算機相關專業學生的培養中,普遍存在重視計算機軟件方面知識的學習和培養,忽視對計算機硬件方面知識的學習和實踐,特別是在硬件工程方面,學生得到的訓練更少,培養學生的實際能力更無從談起;盡管目前許多硬件課程的設置與歐美等計算機技術發達國家的課程設置接近,但教學知識體系、內容及教學方法等有許多需要斟酌的地方,教學內容無法適應時代的需求,有些與現實嚴重脫離,學生的學習積極性不高,學習效果不好。
目前正在高校實施的高等教育質量工程,重點在于提高學生的動手能力、增強創新意識,為我國轉變為創新性國家打下基礎。為了實現這一目標,有必要對高等教育課程的教學內容和教學方法進行改革,以適應新形勢下培養創新性人才的需要。由于計算機領域發展迅速,各種新技術和方法不斷涌現,計算機專業的教學內容及教學方法更應不斷地調整和更新。
1現狀及發展趨勢
大多數高等院校計算機本科專業涉及的硬件教學課程主要有“數字邏輯”、“匯編語言程序設計”、“計算機組成原理”、“計算機系統結構”、“微機原理與接口技術”、“單片機”、“嵌入式系統”等,在新形勢下部分課程內容設置顯得不夠合理,部分教學內容與實際應用脫節,影響了教學效果,無法完全滿足教學大綱中要求的動手能力培養,更無法有效培養同學們的創新意識。
目前,作為計算機教學重要專業基礎課程的“數字邏輯”,要求學生掌握組合邏輯、時序邏輯電路的分析和設計方法,研究對象主要是分立元件、通用中小規模集成電路及基本的可編程器件等,介紹的方法也以傳統方法為主,已無法適應目前應用的需要;作為專業主干課程的“計算機組成原理”、“計算機系統結構”,主要內容是討論計算機的結構、各功能部件原理及設計方法,同時介紹當前的新技術、新方法,目的是讓同學們熟悉計算機的結構,為以后應用和設計計算機系統打下基礎。目前大家普遍采用的教材在部件設計中討論的方法主要是硬布線邏輯或微程序設計方法:硬布線邏輯運行速度高,但缺乏靈活性;微程序設計方法有一定的靈活性,但資源占用多,運行速度慢。盡管這兩種方法對于理解計算機組成原理不失為一種較好的選擇,但由于缺乏實際應用背景,學生學習興趣受到影響,教學效果也大打折扣,提高學生的動手能力、培養創新意識更是無從談起。“匯編語言程序設計”課程也存在類似尷尬,討論以16位個人計算機為背景的匯編語言程序設計知識,適合入門和了解基本原理,但與“計算機組成原理”、“計算機系統結構”課程一樣,由于缺乏實際應用背景,教學目標無法完全實現。
隨著電子設計自動化(EDA)、系統編程(ISP)、片上系統(SOC)等技術的發展,32位個人計算機的應用已很成熟,多核64位計算機應用也將逐步成為主流。嵌入式系統設計需要較強的軟硬件知識綜合應用能力,因此在計算機硬件課程的教學中應加大相關新技術的比例,并根據實際及時調整教學內容。國外許多知名高校本科專業的教學內容已經作了適時調整,如麻省理工學院非常注重學生的設計能力的培養,為此專門開設了“計算機系統設計”課程,要求學生在實踐環節中自主設計ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU乃至流水線32位Mips CPU和Cache;斯坦福大學也有相似的課程和實驗環節;加州大學伯克利分校和楊百翰大學在基于可編程邏輯的超級計算機研制方面也有大量成果。
當前在國內,案例教學已被越來越多的人所接受,尤其是在一些法學、工商管理類高校已經開始廣泛運用。案例教學法是一種動態的、開放的教學方法,目標是解決學生如何用更有效的方式獲得知識以提高應用能力的問題。案例教學法具有綜合性、交互性、啟發性、針對性和可操作性等多種特征,它的使用大大縮短了教學理論與實際應用之間的差距,同時對教師的教學觀念產生了重大的影響。鑒于計算機專業知識與實際應用結合緊密的特點,教學中尤其適合案例式教學。目前在國內計算機課程的教學中,案例教學還處于一個起步階段,主要表現在:案例教學比例不夠,沒有形成完整的體系;案例數量不足,質量欠缺;許多高校盡管重視案例教學的應用,但是在案例的搜集、整理與分析等方面相對滯后;案例陳舊,缺乏代表性等。
2以ISP技術為主線改革計算機專業硬件課程教學體系和教學內容
計算機本科專業涉及的硬件教學課程按合理教學順序一般為“數字邏輯”、“匯編語言程序設計”、“計算機組成原理”、“計算機系統結構”、“微機原理與接口技術”、“單片機”、“嵌入式系統”等,一些課程可以在時間上重疊,如“數字邏輯”、“匯編語言程序設計”等。
由于ISP、EDA技術可以靈活地開發出具有自主知識產權的硬件產品,是目前工程實踐領域和芯片設計領域運用最廣泛也是最有應用前景的技術,因此在計算機硬件課程的教學中應該把相關技術列為重要內容,即以ISP、SOC技術為主線,使相關課程形成一個完整的體系,達到培養創新性人才的目的。
為了實現這一目標,在“數字邏輯”課程中,應大幅增加可編程邏輯技術的比重,重點討論用EDA方法,利用ISP技術、SOC技術設計IP核的方法,使學生對相關技術的應用及發展趨勢有一個全面的理解,并具備基本的實踐能力;在“計算機組成原理”課程中增加計算機設計原理和實踐的內容,也可考慮再單獨增加一門計算機設計課程以替代目前“計算機組成原理”課程設計,在該課程中重點討論如何采用EDA方法,利用ISP技術、SOC技術設計計算機各部件如CPU、Cache等,通過實際應用和實踐進一步加深對相關技術的理解和掌握。
在“微機原理與接口技術”課程可以考慮以16位計算機應用知識入門,以討論32位計算機的應用為重點。相應的,作為“微機原理與接口技術”課程的先行課程,“匯編語言程序設計”課程也應把相應的內容整體提升到32位,考慮到學習過程的先易后難,可以先介紹16位匯編語言程序設計知識作為入門,再對32位匯編語言程序設計相關內容展開。
單片機系統本質上也是嵌入式系統,嵌入式系統是針對應用或用戶定制的完整、高效的計算機系統,嵌入式系統設計需要較強的操作系統原理、應用程序設計和硬件設計方面知識的綜合應用能力,其別是硬件系統設計能力可以通過以上幾門硬件課程的系統學習逐步培養,因此相關課程的教學內容應注意銜接,同時遵循先易后難的原則,面向實際應用,以提高動手能力、增強創新意識為目的。
針對實踐教學,目前相關課程的實驗教學的實驗項目及內容固定,大多為驗證性實驗,實驗步驟程式化,許多同學按教學實驗計劃做完實驗,仍然無法充分理解課程的主要內容,無法真正擁有教學大綱所要求的動手能力。更重要的是計算機技術一直處于高速發展中,高等院校的計算機教學理應不斷地適應這種要求,相關的實驗教學應適時地調整教學內容。解決問題的一個好思路是利用ISP、SOC技術開發出一種內容可定制的硬件課程教學實驗平臺,由于作為控制對象的電路是相同或相近的,可以設計為通用模塊,而實驗平臺控制部分則可以利用可編程邏輯改變,以適應不同的課程。如控制部分設計為基本CPU即可做“計算機組成原理”課程的相關實驗;控制部分設計為單片機即可做“單片機”課程的相關實驗;甚至控制部分可以設計為個人計算機CPU,配合有關的接口電路,即可做“微機原理與接口技術”課程的相關實驗等。
在我院的計算機本科專業相關硬件課程教學實踐中,我們已作出了一些有益的探索,如我院“數字邏輯”教學大綱已在近年作過相應調整,EDA技術、可編程技術的理論和實踐教學內容的比例從原來的20%增加到60%以上,經過多年的建設,“數字邏輯”課程在今年被評定為“湖北省精品課程”;在“計算機組成原理”課程中引入利用ISP技術設計CPU軟核等教學和實踐內容;“匯編語言程序設計”、“微機原理與接口技術”課程中也增加了32位計算機相關內容的學習和討論,新的實驗設備可以進行32位的相關實驗等,這些安排增強了學生的學習興趣,學生學習的主動性也明顯提高了。
3采用案例教學法作為計算機專業硬件課程教學的主要方法
案例教學法是一種事半功倍的教學方法,在教學過程中圍繞事先精選的典型的、具有工程背景的實際案例進行討論,可以為同學們模擬實際應用的場景,獲得近似于實戰的經驗。為完成設計目標,同學們自然會自己主動學習,在這一過程中掌握知識,并學會應用知識,提高解決問題的能力;也能通過用不同的途徑解決問題,培養創新意識。這樣教師在授課中可以把精力集中于教學內容的總體把握上,而不需要過分在知識細節上消耗時間,提高了教學效率。
案例教學法關鍵在于選擇合適的案例,案例首先必須有代表性和實時性,必須是實踐中的典型應用實例。在實踐中應用的幾率高,具有普遍意義,這樣的實例在教學過程中值得花費精力討論和設計,才是有意義的。同樣重要的是案例需具有實際工程背景,學生可以面對具體的實際問題和特定的環境,有針對性地通過自主學習和思考進行設計,培養實際解決問題的能力。
案例還應該形成相對固定的案例集,并具備一定的開放性,應定期對案例集進行評估,剔除一些過時的案例,增加一些新的典型應用實例。這樣就保證了案例的典型性、實時性及工程背景。
在教學實踐中,我們把案例教學法作為主要方法,并把案例分為4類:一是問題評論型,給出問題和解決問題的方案,讓學生去評價;二是分析實現型,不給出解決方案,要求學生討論分析以提出方案;三是實際模擬型,是指在教學過程中依據教學內容,讓學生分別充當不同的角色,進行模擬性的實踐活動;四是發展開放型,通過案例發現新的理論生長點,討論相關理論的發展趨勢。我院在相關課堂教學中采用的部分案例如表1所示。
在“數字邏輯”、“計算機組成原理”等課程的重點章節教學中,我們通過采用上述案例法,調動學生成為積極參與者,而不是消極被動的聽眾,在案例學習和討論中,鼓勵學生提出更多解決問題的辦法,在課堂上營造出積極發表意見和爭論的氣氛。這樣提高了學生的學習興趣,教學效果有明顯改善,學生的動手能力有了顯著增強。教學改革后前后數據比較如表2所示。
4總結
為實現面向實際應用提高學生動手能力、增強創新意識、培養創新型人才、確定完整合理的計算機本科專業硬件理論教學和實踐教學體系的目的,我們提出了以ISP技術為主線的計算機專業硬件課程教學改革方案。它的主要內容為兩方面:一是調整現有教學體系和教學內容,如在“數字邏輯”、“計算機組成原理和系統結構”、“嵌入式系統設計”等課程中以“數字邏輯”課程為先導,以ISP、SOC技術為主線貫穿于各相關課程教學過程中;在“匯編語言程序設計”、“微機原理與接口技術”等課程中把主要內容全面提升到32位等。二是在教學中運用案例法,使學生成為教學活動的主體,形成學生自主學習、合作學習、研究性學習和探索性學習的開放型學習氛圍。充分發揮案例教學有利于提高學生分析問題和解決實際問題的能力、有利于促使學生學會學習、有利于促使學生學會溝通與合作的優勢。
實踐表明以ISP技術為主線的計算機專業硬件課程教學改革,符合國家高等質量工程建設中培養創新性人才的規劃,有效地增強了學生的動手能力和創新意識。我們也意識到計算機工程教學是一個復雜的過程,牽涉到許多方面,我們將在實踐中探索教學規律,不斷提高教學水平,進一步改善教學效果。
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Exploration and Practice of Innovative Training Model Related to Computer Engineering
GAO Xiao-qing
(College of Computer Science, Wuhan University of Science and Engineering, Wuhan 430073, China)
關鍵詞：微機原理與接口技術；單片機原理與應用；課程融合；教學改革；硬件課程
文章編號：1672-5913（2013）03-0054-03
中圖分類號：G642
0 引言
“微機原理與接口技術”“單片機原理與應用”等涉及計算機硬件的課程是高校自動化、測控、電氣、電子、通信等專業的重要專業基礎課程。這些課程有較強的理論性和實踐性，課程信息量大、知識點多、概念抽象，學生普遍反映學習困難，不容易掌握。隨著電子技術、計算機技術的發展，高校教育要求教授給學生的知識更加寬泛。這樣就難免要添加許多新的課程，例如，“嵌入式系統”原本是研究生的課程，但是現在各大高校都在本科階段開設。在相同學制下，要加入緊跟技術發展的新課程，就必然要壓縮傳統課程的教學學時。筆者從事高校教學工作十余年，連續講授“微機原理與接口技術”和“單片機原理與應用”這兩門課程超過八年，提出將兩門課程的教學融合為一門課程的教學研究思路，以達到降低學時但不減弱講授內容的教學目的。
1 課程對比分析
在兩個學期分別安排上述兩門課程是傳統教學設置方式，這種思路源于強調各門課程的完整性和獨立性，但是導致的最終結果就是在兩門課程中部分內容出現了交叉重復。我們希望能將兩門課程融合為一門課程來講解，達到不同內容要講清、相同內容要講透的目的，這需要對兩門課程進行全方位的對比。
1.1課程結構和教學意義對比
“微機原理與接口技術”課程主要介紹微型計算機的基本組成，以Intel 8086/8088為重點講解微型計算機的CPU、存儲器、中斷系統和常用輸入輸出接口的工作原理及接口的設計方法；此外，還適當介紹32位CPU的相關技術。學習該課程后，學生基本掌握計算機的組成及工作原理、常用接口芯片的使用方法，建立微型計算機的整機概念，并對現代高檔微型計算機及其先進技術有所了解和認識。
“單片機原理與應用”課程主要以某一系列的單片機（國內通常講授MCS-51）為主介紹其基本原理、發展過程、匯編語言及程序設計，詳細講授單片機的擴展技術、輸入輸出通道接口、交互通道的配置與接口、單片機應用系統設計的基本方法及設計原理。為后續課程的學習及今后單片機的應用、分析、設計和開發提供必要的技術基礎。
對上述兩門課程的結構和意義進行分析得出：兩門課程的講授結構都是以處理器為中心，介紹整個系統的組成和基本原理，講授接口的使用方法和設計方法。那么，我們能否將兩門課程進行詳細對比，用對比的方法來同時講授兩門課程呢？
1.2重點講授內容的對比
上述兩門課程講授的結構是相同的，但是在具體內容上，兩者又有著明顯的區別。我們完全可以在講授中，以這些區別作為重點讓學生用對比的形式進行同一知識點、不同實例特性的學習，這更能提高學生的學習興趣和學習效率。課程的重點講授內容比較如表1所示。
通過表1可以看出兩門課程在講授中完全可以針對一個知識節點，通過對比來同時講授兩種主控器的特點。從內容上看，這兩門計算機硬件課程具有融合成一門課程進行教學的條件，但是需要我們認真研究出一個教學上的突破口，來實現課程融合。
2 課程的融合研究
2.1課程融合主線
想要將兩門課程進行融合，我們需要找到融合的主線，由主線貫穿教學的始終，支撐起課程的思想和內容。這個主線就應該是兩者的最大共性和最大的異性，用它們來進行對比講解，就能達到事半功倍的效果。
針對兩門課程，最大的共性就是對寄存器的操作。不管是CPU執行程序還是對外設編程進行數據的輸入輸出，其實都是對若干寄存器的設置與操作。8086通過片內14個16位寄存器，51單片機通過片內的特殊功能寄存器完成對程序、數據、堆棧的訪問；8086訪問外部設備，需要進行接口的擴展，需要對外部接口的寄存器進行設置和操作；而51單片機使用片內接口時，只需要對片內的特殊功能寄存器進行操作，只有在擴展本身不具有的功能接口時，才需要對外部接口的寄存器進行設置和操作。
我們也要找到兩者的最大差異，就是各自的結構體系。8086是馮·諾依曼結構的代表，使用分段定義的形式來管理數據和程序存儲空間，而且8086沒有片內片外存儲空間的區別，只有存儲空間和端口地址的區分；51單片機則是哈佛結構的代表，嚴格界定數據空間和程序空間，區分片內片外存儲空間，需要使用不同的指令來訪問數據或程序空間，使用不同指令來訪問片內片外數據存儲區域。
通過對比兩門課程最大的共性和異性，學生能很快抓住兩者的主要特點，在充分掌握兩個處理器的系統知識后，對于接口部分的學習就會簡單很多。接口擴展的片選方法兩者是相同的，包括線選、部分譯碼和全譯碼方式，所以教師在介紹接口的寄存器定義時，只需強調當主控制器是不同處理器時，按各自的地址管理方式通過端口地址訪問來進行設置和操作即可。這樣的對比教學，可以讓學生對兩門課程的主控器特點都加以認識和學習，實現強化共同點，突出不同點的融合目的。
2.2教學方法及實驗安排
在教學手段和方法上，我們需要擺脫傳統的灌輸式教學方式，考慮如何激發學生的學習興趣，啟發學生的思維，發揮學生的創造性，這是改進教學方法的重點和難點。實行啟發式和討論式教學，利用多媒體課件提升課堂效果，這些都是目前高校教學的常用改革方式。但是，隨著通信技術的發展，教師要充分發揮新媒體在知識傳播上的巨大作用，利用計算機、手機和學生隨時交流并給予指導，幫助學生在網絡中尋找感興趣的學習資料，引導學生自主學習。針對這兩門課程的融合教學，可以推薦講授Protues仿真軟件，該軟件對8088/8086處理器和51單片機都可以進行系統設計和仿真，培養學生的電子電路設計能力，這也是學習計算機硬件課程應該具備的一種技能。如學生使用該軟件遇到問題時，可以上網查詢正確的解決辦法，這能培養學生網絡篩選查閱相關資料的自學能力。
要將兩門課程融合，還需要對實驗項目和內容進行合理的安排。以講授內容為基礎，我們可以安排兩兩成對的5組實驗：編程語言和編程環境實驗、綜合程序編程實驗、中斷管理編程實驗、定時/計數配合并行接口的綜合實驗、接口擴展綜合實驗。每組實驗都分別用兩個處理器為主控單元來完成，在綜合實驗部分可以安排學生設計8086和51單片機之間的串行通信實驗，讓學生體會：雖然針對不同處理器實現控制的手段不同，但用不同的手段來實現共同的控制要求才是學習計算機硬件課程的目標。如果教學計劃允許，可以在課程學習結束后，安排兩周的課程設計。在此環節，老師可以講授系統設計的方法，隨后給出若干設計要求，讓學生自主選擇一個主控器來完成設計任務，達到讓學生初步融會貫通所學知識的目的。
2.3課時安排與分配
大部分學校對“微機原理與接口技術”課程通常設置72學時，其中有5～8個實驗占10～16學時；“單片機原理與應用”課程通常設置56學時，實驗也有5～8個，占10～16學時。課程融合的目的之一就是為了減少課時數，如果我們安排16周，每周6學時，那么就有96學時，其中實驗為20學時。最后再安排兩周的課程設計。這樣的課程設置，可以使我們用一個學期完成原來需要兩個學期才能講授完的內容，達到精簡學時而不減少教學內容的目的。
1現狀及發展趨勢
大多數高等院校計算機本科專業涉及的硬件教學課程主要有“數字邏輯”、“匯編語言程序設計”、“計算機組成原理”、“計算機系統結構”、“微機原理與接口技術”、“單片機”、“嵌入式系統”等，在新形勢下部分課程內容設置顯得不夠合理，部分教學內容與實際應用脫節，影響了教學效果，無法完全滿足教學大綱中要求的動手能力培養，更無法有效培養同學們的創新意識。目前，作為計算機教學重要專業基礎課程的“數字邏輯”，要求學生掌握組合邏輯、時序邏輯電路的分析和設計方法，研究對象主要是分立元件、通用中小規模集成電路及基本的可編程器件等，介紹的方法也以傳統方法為主，已無法適應目前應用的需要；作為專業主干課程的“計算機組成原理”、“計算機系統結構”，主要內容是討論計算機的結構、各功能部件原理及設計方法，同時介紹當前的新技術、新方法，目的是讓同學們熟悉計算機的結構，為以后應用和設計計算機系統打下基礎。目前大家普遍采用的教材在部件設計中討論的方法主要是硬布線邏輯或微程序設計方法：硬布線邏輯運行速度高，但缺乏靈活性；微程序設計方法有一定的靈活性，但資源占用多，運行速度慢。盡管這兩種方法對于理解計算機組成原理不失為一種較好的選擇，但由于缺乏實際應用背景，學生學習興趣受到影響，教學效果也大打折扣，提高學生的動手能力、培養創新意識更是無從談起。“匯編語言程序設計”課程也存在類似尷尬，討論以16位個人計算機為背景的匯編語言程序設計知識，適合入門和了解基本原理，但與“計算機組成原理”、“計算機系統結構”課程一樣，由于缺乏實際應用背景，教學目標無法完全實現。隨著電子設計自動化(EDA)、系統編程(ISP)、片上系統(SOC)等技術的發展，32位個人計算機的應用已很成熟，多核64位計算機應用也將逐步成為主流。嵌入式系統設計需要較強的軟硬件知識綜合應用能力，因此在計算機硬件課程的教學中應加大相關新技術的比例，并根據實際及時調整教學內容。國外許多知名高校本科專業的教學內容已經作了適時調整，如麻省理工學院非常注重學生的設計能力的培養，為此專門開設了“計算機系統設計”課程，要求學生在實踐環節中自主設計ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU乃至流水線32位MipsCPU和Cache；斯坦福大學也有相似的課程和實驗環節；加州大學伯克利分校和楊百翰大學在基于可編程邏輯的超級計算機研制方面也有大量成果。當前在國內，案例教學已被越來越多的人所接受，尤其是在一些法學、工商管理類高校已經開始廣泛運用。案例教學法是一種動態的、開放的教學方法，目標是解決學生如何用更有效的方式獲得知識以提高應用能力的問題。案例教學法具有綜合性、交互性、啟發性、針對性和可操作性等多種特征，它的使用大大縮短了教學理論與實際應用之間的差距，同時對教師的教學觀念產生了重大的影響。鑒于計算機專業知識與實際應用結合緊密的特點，教學中尤其適合案例式教學。目前在國內計算機課程的教學中，案例教學還處于一個起步階段，主要表現在：案例教學比例不夠，沒有形成完整的體系；案例數量不足，質量欠缺；許多高校盡管重視案例教學的應用，但是在案例的搜集、整理與分析等方面相對滯后；案例陳舊，缺乏代表性等。
2以ISP技術為主線改革計算機專業硬件課程教學體系和教學內容
計算機本科專業涉及的硬件教學課程按合理教學順序一般為“數字邏輯”、“匯編語言程序設計”、“計算機組成原理”、“計算機系統結構”、“微機原理與接口技術”、“單片機”、“嵌入式系統”等，一些課程可以在時間上重疊，如“數字邏輯”、“匯編語言程序設計”等。由于ISP、EDA技術可以靈活地開發出具有自主知識產權的硬件產品，是目前工程實踐領域和芯片設計領域運用最廣泛也是最有應用前景的技術，因此在計算機硬件課程的教學中應該把相關技術列為重要內容，即以ISP、SOC技術為主線，使相關課程形成一個完整的體系，達到培養創新性人才的目的。為了實現這一目標，在“數字邏輯”課程中，應大幅增加可編程邏輯技術的比重，重點討論用EDA方法，利用ISP技術、SOC技術設計IP核的方法，使學生對相關技術的應用及發展趨勢有一個全面的理解，并具備基本的實踐能力；在“計算機組成原理”課程中增加計算機設計原理和實踐的內容，也可考慮再單獨增加一門計算機設計課程以替代目前“計算機組成原理”課程設計，在該課程中重點討論如何采用EDA方法，利用ISP技術、SOC技術設計計算機各部件如CPU、Cache等，通過實際應用和實踐進一步加深對相關技術的理解和掌握。在“微機原理與接口技術”課程可以考慮以16位計算機應用知識入門，以討論32位計算機的應用為重點。相應的，作為“微機原理與接口技術”課程的先行課程，“匯編語言程序設計”課程也應把相應的內容整體提升到32位，考慮到學習過程的先易后難，可以先介紹16位匯編語言程序設計知識作為入門，再對32位匯編語言程序設計相關內容展開。單片機系統本質上也是嵌入式系統，嵌入式系統是針對應用或用戶定制的完整、高效的計算機系統，嵌入式系統設計需要較強的操作系統原理、應用程序設計和硬件設計方面知識的綜合應用能力，其別是硬件系統設計能力可以通過以上幾門硬件課程的系統學習逐步培養，因此相關課程的教學內容應注意銜接，同時遵循先易后難的原則，面向實際應用，以提高動手能力、增強創新意識為目的。針對實踐教學，目前相關課程的實驗教學的實驗項目及內容固定，大多為驗證性實驗，實驗步驟程式化，許多同學按教學實驗計劃做完實驗，仍然無法充分理解課程的主要內容，無法真正擁有教學大綱所要求的動手能力。更重要的是計算機技術一直處于高速發展中，高等院校的計算機教學理應不斷地適應這種要求，相關的實驗教學應適時地調整教學內容。解決問題的一個好思路是利用ISP、SOC技術開發出一種內容可定制的硬件課程教學實驗平臺，由于作為控制對象的電路是相同或相近的，可以設計為通用模塊，而實驗平臺控制部分則可以利用可編程邏輯改變，以適應不同的課程。如控制部分設計為基本CPU即可做“計算機組成原理”課程的相關實驗；控制部分設計為單片機即可做“單片機”課程的相關實驗；甚至控制部分可以設計為個人計算機CPU，配合有關的接口電路，即可做“微機原理與接口技術”課程的相關實驗等。在我院的計算機本科專業相關硬件課程教學實踐中，我們已作出了一些有益的探索，如我院“數字邏輯”教學大綱已在近年作過相應調整，EDA技術、可編程技術的理論和實踐教學內容的比例從原來的20%增加到60%以上，經過多年的建設，“數字邏輯”課程在今年被評定為“湖北省精品課程”；在“計算機組成原理”課程中引入利用ISP技術設計CPU軟核等教學和實踐內容；“匯編語言程序設計”、“微機原理與接口技術”課程中也增加了32位計算機相關內容的學習和討論，新的實驗設備可以進行32位的相關實驗等，這些安排增強了學生的學習興趣，學生學習的主動性也明顯提高了。
3采用案例教學法作為計算機專業硬件課程教學的主要方法
案例教學法是一種事半功倍的教學方法，在教學過程中圍繞事先精選的典型的、具有工程背景的實際案例進行討論，可以為同學們模擬實際應用的場景，獲得近似于實戰的經驗。為完成設計目標，同學們自然會自己主動學習，在這一過程中掌握知識，并學會應用知識，提高解決問題的能力；也能通過用不同的途徑解決問題，培養創新意識。這樣教師在授課中可以把精力集中于教學內容的總體把握上，而不需要過分在知識細節上消耗時間，提高了教學效率。案例教學法關鍵在于選擇合適的案例，案例首先必須有代表性和實時性，必須是實踐中的典型應用實例。在實踐中應用的幾率高，具有普遍意義，這樣的實例在教學過程中值得花費精力討論和設計，才是有意義的。同樣重要的是案例需具有實際工程背景，學生可以面對具體的實際問題和特定的環境，有針對性地通過自主學習和思考進行設計，培養實際解決問題的能力。案例還應該形成相對固定的案例集，并具備一定的開放性，應定期對案例集進行評估，剔除一些過時的案例，增加一些新的典型應用實例。這樣就保證了案例的典型性、實時性及工程背景。在教學實踐中，我們把案例教學法作為主要方法，并把案例分為4類：一是問題評論型，給出問題和解決問題的方案，讓學生去評價；二是分析實現型，不給出解決方案，要求學生討論分析以提出方案；三是實際模擬型，是指在教學過程中依據教學內容，讓學生分別充當不同的角色，進行模擬性的實踐活動；四是發展開放型，通過案例發現新的理論生長點，討論相關理論的發展趨勢。我院在相關課堂教學中采用的部分案例如表1所示。在“數字邏輯”、“計算機組成原理”等課程的重點章節教學中，我們通過采用上述案例法，調動學生成為積極參與者，而不是消極被動的聽眾，在案例學習和討論中，鼓勵學生提出更多解決問題的辦法，在課堂上營造出積極發表意見和爭論的氣氛。這樣提高了學生的學習興趣，教學效果有明顯改善，學生的動手能力有了顯著增強。
4總結
為實現面向實際應用提高學生動手能力、增強創新意識、培養創新型人才、確定完整合理的計算機本科專業硬件理論教學和實踐教學體系的目的，我們提出了以ISP技術為主線的計算機專業硬件課程教學改革方案。它的主要內容為兩方面：一是調整現有教學體系和教學內容，如在“數字邏輯”、“計算機組成原理和系統結構”、“嵌入式系統設計”等課程中以“數字邏輯”課程為先導，以ISP、SOC技術為主線貫穿于各相關課程教學過程中；在“匯編語言程序設計”、“微機原理與接口技術”等課程中把主要內容全面提升到32位等。二是在教學中運用案例法，使學生成為教學活動的主體，形成學生自主學習、合作學習、研究性學習和探索性學習的開放型學習氛圍。充分發揮案例教學有利于提高學生分析問題和解決實際問題的能力、有利于促使學生學會學習、有利于促使學生學會溝通與合作的優勢。實踐表明以ISP技術為主線的計算機專業硬件課程教學改革，符合國家高等質量工程建設中培養創新性人才的規劃，有效地增強了學生的動手能力和創新意識。我們也意識到計算機工程教學是一個復雜的過程，牽涉到許多方面，我們將在實踐中探索教學規律，不斷提高教學水平，進一步改善教學效果。
【關鍵詞】微機原理與接口技術；教學改革；實踐教學
0.引言
關于微機原理與接口設計這門課程的學習，學生需要以應用的角度出發，在理論和實踐的基礎上掌握微型計算機的基本組成、匯編語言程序設計、工作原理、接口電路及硬件的連接等方面，同時在一定程度上還需要具備微機應用系軟件和硬件開發的能力。由此可見，應用性強、內容豐富、教與學難度大、技術更新快是該課程的特點，加之計算機技術于微型計算機系統的迅速發展，新的微機接口技術也在不斷涌現，所以有必要對這門課程進行教學改革和優化，起到教學相長的目的。
1.課堂內容與結構的優化
微機原理與接口技術課程中因為概念多、接口芯片多、專有名詞多導致課程內容比較抽象，學生學習起來會有一定的困難。隨著高新技術的層出不窮和計算機科學的迅猛發展，微機課程的教學在基礎性、前沿性、先進性方面有很高的要求，需要對課程內容中的傳統內容和現代內容進行合理的協調。大學專業課程教學與職業技術培訓不同，學生的專業基礎和分析能力必須是教學中的重點，不能盲目追求與最新技術的講解。在微機原理與接口技術的教學中需要遵循從熟悉基本原理和概念著手，注意引用計算機中的新技術，及時更新課程內容，保持其先進性和時代性。具體做法如下：
第一，針對課程概念多、內容枯燥的問題，在具體實施課堂內容的組織時，教師可以采取重點講解Intel的16位微處理器8086，對于其中相對重要的知識點包括部件結構BIU架構、執行部件EU、管腳定義與作用、指令系統、匯編程序設計方法等在內的知識實行詳細的講解。由于在8086CUP講授上的方法和內容都比較成熟，所以對基本原理和概念的引用相對比較方便，而若是采用將教學內容的講解全面提升到32位，就會加大學習難度，很容易導致概念和技術成為沒有根基的東西，學生也就很難理解微機硬件結構和接口技術發展的過程，從而難以收到好的教學效果。第二，關注計算機的新技術，將一些最新的微機技術適當的補充到教學內容中，借鑒和吸收國外計算機教材中的優秀理念。
2.課堂教學方式優化
2.1合理應用多媒體教學輔助手段
在課堂的傳授中合理應用良好的教學方式和手段可以有效提高學生的學習能力和素質。在微機原理與接口的課堂教學中，大部分的內容都只是用文字進行描述和定義，學生對于這種看不見摸不著的知識很容易產生厭煩的心理，學習時大多也只是知其然而不知其所以然。對于這種現象，我們需要摒棄那種照本宣科的授課方式，合理引用多媒體技術進行教學輔助以幫助學生更有效的學習。多媒體教學中包含了文字、圖形、聲音、動畫在內的多種形式，能讓抽象知識變得具體化和形象化，對學生的記憶和理解上有很大幫助。例如，在講授指令系統的尋址方式時，教師可以將不同的尋址方式EU、BIU等部件做成Flash課件的方式。
2.2靈活引入現代仿真技術來加強教學
目前，虛擬儀器和仿真技術已經成為了現代科學研究和技術開發中的一大利器。而將這些仿真技術靈活引入到課堂教學中，同樣也能發揮很大的作用，強化了課堂教學中的實際操作能力，提高了課堂教學質量。就EMU8086仿真軟件來說，它不僅能模擬真實微處理器中的每一個步驟，顯示出存儲器、寄存器、變量、標志寄存器、堆棧，而且能虛擬外設，如交通紅綠燈、LED、微機顯示器等。可以稱得上是一款極佳的輔助微機原理教學的仿真軟件。
2.3強化網絡教學平臺的應用
加強網絡教學平臺的應用可以打破課堂教學時間和空間上的限制，對課堂教學進行延伸。關于這一點，可以實施建立網絡教室，而網絡教室的建立具備三方面的優勢。第一，將課堂教學中的每個課件和多媒體動畫傳入網絡教室中，學生可以通過下載后進行課前預習和課后溫習的工作。第二，在網絡教室中還可以提供一些國內外課堂的優秀講課錄像和工程項目技術資料等，幫助學生輕松獲取國內外相關技術知識。第三，網絡教室為教師和學生提供了一個資源共享的平臺，利用網上交流、網上提問、網上授課等方式能有效提高師生間的互動和交流。
3.教學實驗改革與實踐
一直強調微機原理與接口技術是一門實踐性很強的課程，所以在實際的教學中需要根據教學內容和進度，合理安排實驗教學，讓理論和實踐實現統一。在實驗教學中，對于教學內容要結合實用性和創新性原則來進行合理的選擇，讓學生在熟悉基礎知識和理論的基礎上，分析問題和解決問題的能力也得到進一步提高。根據難度和循序漸進的原則，實驗內容可以劃分為驗證性實驗、設計性實驗、創新性實驗三部分。
3.1驗證性實驗
驗證性實驗的內容包含基本匯編程序設計、可編程并行接口、中斷與定時等。驗證性實驗包括基礎部分和提高部分，驗證性實驗不僅要求學生按照書中的要求、步驟完成實驗的基礎部分，還要求學生在有效完成實驗基礎部分的基礎上作出小的改進，達到提高部分的要求。這樣一來，學生通過驗證性實驗的學生能對微機原理和接口芯片的相關工作原理有一個更深層次的認識，既提高了學生學習的積極性，又幫助學生提高了分析問題和解決問題的能力。
3.2設計性實驗
設計性實驗是對驗證性實驗的一次深入，有利于培養學生綜合運用所學知識的能力。設計性實驗的內容包含D/A轉換、A/D轉換、鍵盤與顯示等方面的硬件和軟件設計。在設計性實驗中，要求學生運用所學知識對軟件編程、軟硬件調試、硬件電路設計。
3.3創新設計實驗
創新性設計實驗是這三種實驗內容中難度最大的一個，在進行實驗的時候，教師需根據學生的學習能力將學生進行小組的劃分，教師提供多方面的實驗課題讓學生自行選擇，并依據每小組的實際情況下達不同的任務，并在實驗的過程中，及時解決學生的疑難問題，打開學生創作思維，指導學生有效完成實驗。創新性實驗不僅讓學生深入了解了微機系統的設計開發過程，而且還培養了學生的團結協作能力和創新能力。
【參考文獻】
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“微機原理與接口技術”是電子電氣信息類專業中一門非常重要的專業基礎課程，其內容包括微處理器基本結構與工作原理、匯編語言指令系統、常用接口芯片的基本原理與編程方式、通過系統總線與外設接口進行連接的基本方法等，具備軟件與硬件緊密結合的顯著特點。該課程幫助學生從根本上認識和理解計算機的底層工作原理[1]，培養學生綜合運用模擬電子技術、數字電子技術和匯編語言、C語言等相關知識，理解接口電路工作原理，設計接口電路及對接口電路進行初始化編程的能力。其中，匯編語言的編程能力對學生理解硬件工作原理及對接口芯片進行初始化編程具有非常重要的意義。筆者在實驗教學中利用Debug[2-3]調試程序引導學生對匯編語言程序的執行過程進行詳細跟蹤分析，幫助學生理解計算機底層[4]工作的實質，取得了顯著的效果。
1 主要命令簡介
2.1 排序前內存中數據的存儲情況
閱讀此段程序可知，子程序disp用以顯示字符串“Hello World！”，將disp子程序定義為中斷處理子程序，分配的中斷類型號為67H，利用指令“int 67h”實現中斷調用顯示字符串。子程序init_int將67H號中斷原來的中斷向量從中斷向量表中取出來加以保存，將disp子程序的入口地址填寫至中斷向量表中把原來的中斷向量替換掉。子程序restore_int用以恢復原來的中斷向量。對程序調試過程如下。
4.1 查找原中斷向量和數據段的值
5 結束語
利用Debug調試程序的主要命令，結合實例闡述了匯編程序執行過程的跟蹤方法，展示了Debug調試程序強大的功能。在教學中，要充分利用Debug調試程序的幾個主要命令，對課程內容做層次化設計[8]，引導學生對匯編語言程序的執行過程加以詳細跟蹤和比較分析，從而深入理解計算機底層工作的實質，這種方法不僅適用于“微機原理與接口技術”課程，對于其他微處理器和高級語言的學習都是有價值的。
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關鍵詞：《微機原理與控制技術》；工程實踐教學；興趣導向；啟發式教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）53-0128-02
《微機原理與控制技術》課程是為滿足計算機應用領域對計算機應用人才的需要而設置的，屬于計算機科學與技術專業本科階段的專業必修課程，也是相關工程類專業學生的一門重要課程[1]。該課程在我校機械設計及自動化、機械制造及自動化、機械測試等專業經過了長期的建設，在課程體系、實驗設備、教學方法與手段、師資隊伍、教材等各方面積累了較為雄厚的基礎。主要教學內容由“微機原理”和“微型計算機控制技術”兩部分結合而成。其內容包括微型計算機原理及常用接口技術、匯編語言程序設計、計算機控制技術等方面。該課程涉及的相關知識范圍很廣，如模擬電路、數字電路、自動控制理論和計算機相關內容。根據筆者以往教學效果的反饋和對學生學習情況的調研，本課程當前存在的問題有以下四點：（1）課程的知識內容繁雜冗長，理論性過強，連貫性和邏輯性不強，導致學生對該課程的學習感覺壓力大，缺乏信心、耐心和興趣；（2）匯編語言程序學過后，學生評價是晦澀難懂，不知道為什么學，做什么用，非常迷茫；（3）配套驗證性實驗內容阻礙了發散性的思維。（4）教學方法和考核方式陳舊導致學生習慣于死記硬背，以應試為目的學習這門課程。鑒于這些原因，必須進行《微機原理與控制技術》課程的教學改革。
一、改革課程知識體系，改良教學內容
1.堅持工程教育與創新教育相結合，加強基礎，強化工程，激發興趣。筆者在第一堂課上，展示美國“Big Dog”機器人視頻，告訴學生該機器人涉及的微機控制相關技術；通過講解NI公司的“鉛筆自動分揀”視頻案例，讓學生對于檢測環節、控制環節有直觀的認識；另外，“電鋸緊急制動”視頻案例也生動、形象地凸顯了微機控制的重要性。在第一堂課上就讓學生看到該課程涉及到的技術的應用前景，體會到在應用該課程的知識解決具體工程技術問題的樂趣，進而提高學生的學習興趣、積極性和學習質量。
2.教學體系改革。為了提高教學內容的系統性，在該課程之前要求學生先修《計算機基礎》、《自動控制原理》、《模擬電路》、《數字電路》及《傳感器技術與應用》等課程[2]。《微機原理與控制技術》課程的開設時間在上述課程之后，這樣，課程理論講解過程涉及到數制、拉式變化、電路的相關內容，學生已經比較熟悉，講解可以側重于離散化控制系統的相關理論，如Z變換、數字控制器的模擬化設計與數字控制器的直接設計上，注重理論授課過程與教學案例的結合，縮減純理論的授課時間，實現與傳感技術、自動控制、模擬電路和數字電路等課程內容的結合。該課程可以為后續“單片機原理與應用”奠定基礎。配合該課程的理論教學，開設微機接口應用試驗、步進電機實驗、溫度測控試驗及工程訓練內容，達到理論知識的靈活運用，鞏固教學成果。
3.教學內容改革。“微機原理與自動控制技術”課程的任務是使學生在掌握微機原理的基礎上，對以前所學電類課程知識有更加深入的理解和綜合運用的能力，并對微機系統及其控制應用有足夠的理解，為學生建立機電結合的知識結構奠定基礎。具體教學內容安排如下：①微機原理與接口技術。該部分教學內容安排如下：微型計算機的基本結構及工作原理；半導體存儲器的特點、分類及應用；可編程并行接口8255的功能與接口方法；可編程串行接口8251；可編程定時器/計數器接口8253；可編程中斷控制器接口8259的功能及與8086/8088微處理器的中斷配合應用等知識簡單掌握；重點掌握A/D和D/A接口的程序控制；輸入輸出接口與過程通道的功能及主要分類；典型電路的使用；常用抗干擾技術的原理與應用；常用傳感器工作原理及測量數據預處理技術。②數字程序控制和數字控制器的設計。首先以典型的矩陣式順序控制器、繼電接觸控制、可編程序控制器及微型計算機順序控制器為例講述順序控制。其次介紹數字程序控制原理，接下來講述數字控制器的模擬化設計和離散化設計。重點講述PID控制器，包括PID控制器的控制算法、數字PID控制器的改進、PID控制器的參數整定等。最后簡單講述工程中會遇到的最少拍控制、純滯后控制、串級控制、前饋控制及解耦控制等。③計算機控制系統的工程實現。在計算機控制系統的工程實現中，摒棄原有的晦澀難懂、應用性不強的匯編語言程序設計，學生可以利用已學的《C語言》來實現匯編語言同樣的功能。該部分授課以案例教學為主，講解城市交通管理控制系統分析與設計，該案例讓學生模擬實現；啤酒發酵過程計算機控制系統，重點讓學生了解傳感器、執行器等元器件的選型、控制算法的設計、系統接口電路的制作、硬件設計和軟件設計。結合實際課題，講解本人團隊所研發的微型銑床的控制系統，帶學生現場參觀。通過這部分的學習，讓大家知道該課程的工程實際用途。④增加實踐教學環節，可以把“微機原理與控制技術”的實踐教學分成實驗教學和工程實訓教學兩個主要的環節。實驗教學訓練學生的創造力。設計一個基于微機的具有A/D和D/A功能的信號測控裝置[3]。要求該信號測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時可輸出標準電壓/電流信號，并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價比等原則性要求。工程實訓教學依托工程訓練中心和本人所在的科研實驗室，讓學生自主完成一個計算機控制系統的分析、設計、安裝和調試。
二、提升實踐能力的啟發式教學方法研究
豐富課堂教學手段，梳理日常教學脈絡，完善教學日歷。探索一套與課程體系、內容和結構相輔相成的教學模式，以啟發式教學為重點，采用先給出問題，再回到理論，最終落到工程應用和實際；先從個別現象，再到一般情況；先從添補必要的零散知識，再到構建出整體的知識系統，使學生從宏觀上掌握這門課程的核心理念和應用環境，從微觀上擁有運用這類知識的理念、方法和手段。嘗試將實驗設備和微機設備引入教室（或者將課堂轉移到工程訓練中心或實驗室），輔以具體的項目案例，邊講解邊演示邊練習，產生情景教學的效果[4]。教學中摒棄“填鴨式”的教學方法，而采用“吸引式”和“誘導式”的教學方法。采用視頻、動畫、講解、實訓、討論等多種教學方式，教學方法和教學手段根據課程內容靈活調整，以充分調動學生的學習積極性，提高學生的邏輯思維能力和實踐動手能力，提高授課效率，并最終形成生動形象、手段豐富、與知識內容相匹配的多樣化授課和學習方式。增加實際工程案例視頻，增加各種創新小制作視頻，豐富完善本課程的教學課件。廣泛收集NI公司的視頻資料、兄弟院校相關精品課件及工程實際案例等來不斷豐富、完善本課程的多媒體教學課件[5，6]。在日常的教學生活中，分配好不同課時的教學內容和教學任務，針對具體的知識內容采用最有效的教學手段和教學方法，將教學改革具體深入到每一個課時的每一個單元的教學環節上，讓整個教學流程脈絡更加清晰，層次更為分明，最終達到以整體教學思路帶動局部教學環節、以局部教學環節的完善提高整體教學質量和效率。本課程教學中的圖表示例比較多，比如系統結構框圖、系統動態過程的響應波形、基本單元的控制電路等，因此在教學中利用多媒體等手段，結合MATLAB工具進行仿真教學，不但可以增加教學的信息量，而且對插圖和課程中的重點和難點反復地進行指點和回顧，便于學生理解和掌握課程內容。另外，學生可在計算機上進行仿真實驗，觀察控制效果，有利于提高課程的教學質量，增強學生解決實際工程問題的能力，也能節省實驗設備的投資。
《微機原理與控制技術》是一門集理論、實踐、應用于一體的核心課程，筆者通過學生調查問卷發現：現有的《微機原理與控制技術》課程存在教學內容龐雜、知識內容理論性過強、實踐性不夠、學生對重點和脈絡難以把握、以死記硬背為主等問題。通過改革課程知識體系，改良教學內容，采用提升實踐能力的啟發式教學方法，完善配套的實驗，切實提高了該課程教學的靈活性和開放性，有效減少了學生對該課程的畏難情緒，激發了學生對相關知識的學習興趣，充分調動了學生的主觀能動性，提高了學生的工程意識和實踐能力。
參考文獻：
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[2]陸鋒，陳桂，林健.自動化特色專業控制類專業課程改革探討――以“計算機控制技術”課程改革為例[J].中國電力教育，2011，（13）：58-59.
[3]侯一民，史冬琳.《計算機控制系統》課程設計改革研究[J].課程教育研究，2013，（9）：90.
[4]張雪征.微機原理與接口技術課程教學方法探討[J].高等教育研究，2011，28（3）：37-38.
