“微機原理及接口技術(shù)”課程建設(shè)與實踐初探

張志偉?馬杰?張明蘭

摘要：針對“微機原理”課程教學(xué)內(nèi)容多、實踐性強、技術(shù)更新快等特點，為了提高了教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)了良好的教學(xué)效果，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實驗教學(xué)及考核方式等幾個主要方面對“微機原理”課程建設(shè)進行了探討，對提高教學(xué)質(zhì)量和效果做了一些有益的嘗試研究。

關(guān)鍵詞：微機原理；全程式考核；PBL教學(xué)法

作者簡介：張志偉（1977-），女，河北盧龍人，河北工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，講師；馬杰（1978-），男，回族，山東泰安人，河北工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，副教授。（天津?300410）

基金項目：本文系國家自然科學(xué)基金（項目編號：60972106）、天津市自然科學(xué)基金（項目編號：11JCYBJC00900）、河北工業(yè)大學(xué)2012年教研立項“模式識別雙語教學(xué)平臺建設(shè)”重點項目資助的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）20-0055-02

“微機原理”是電子信息及計算機專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程以Intelx86為主線，系統(tǒng)介紹了微型計算機的工作原理、硬件組成、匯編語言和接口技術(shù)等方面的內(nèi)容，重點培養(yǎng)學(xué)生對微型計算機硬件系統(tǒng)的整體認識及軟硬件的分析設(shè)計能力。學(xué)生學(xué)好這門課不僅能為后續(xù)課程打好堅實基礎(chǔ)，更會提高他們的就業(yè)競爭力。

“微機原理”課程教學(xué)量大，實踐環(huán)節(jié)多，在教學(xué)實踐中學(xué)生普遍反映該門課程較難，因此，大力推進該課程的教學(xué)改革，著重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，對于提高“微機原理”課程的教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的意義。

一、教學(xué)中存在的問題

“微機原理與接口技術(shù)”是各高校電子信息、通信類專業(yè)的一門必修課程，也是一門具有近三十年歷史的課程，同時是一門技術(shù)更新快、應(yīng)用范圍廣、信息量大，對基礎(chǔ)性、先進性和前沿性都有很高要求的課程。本課程以CPU為主線，系統(tǒng)介紹微型計算機的基本知識、匯編語言、存儲器以及一些常用的微機接口芯片。學(xué)習(xí)這門課程，學(xué)生能了解微機的結(jié)構(gòu)與工作流程，具備一定的軟硬件開發(fā)能力?！拔C原理”課程在整個專業(yè)課程中起到了承上啟下的作用——它是計算機文化基礎(chǔ)、計算機編程等先修課程的后續(xù)擴展，又是單片機、嵌入式系統(tǒng)、DSP等課程的必須基礎(chǔ)。通過教學(xué)現(xiàn)狀的分析和筆者多年的教學(xué)體會，該課程在實踐教學(xué)過程中還存在如下問題：

1.教學(xué)內(nèi)容眾多，技術(shù)更新快，難以在有限的學(xué)時內(nèi)完成全部教學(xué)內(nèi)容的精講

“微機原理與接口技術(shù)”是計算機測試與控制系統(tǒng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，涵蓋的內(nèi)容十分廣泛，且隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，課程內(nèi)容的更新與擴展十分迅速，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段不可能在有限的課堂教學(xué)中對“微機原理與接口技術(shù)”講透講全，更不可能使學(xué)生透徹掌握與靈活運用。

2.缺乏具體應(yīng)用和實踐互動環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性受挫

微機原理與接口技術(shù)工程實踐性極強，然而傳統(tǒng)的微機原理采用的是以理論講解為主，實驗教學(xué)為輔的授課方式，缺乏在實際中的具體應(yīng)用，學(xué)生弄不清學(xué)習(xí)該課程的目的及在實際中應(yīng)該如何應(yīng)用，從而挫傷學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生難以真正成為教學(xué)的主體。如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程過程中緊密結(jié)合工程實際，將枯燥的知識轉(zhuǎn)換為學(xué)生感興趣的工程實際問題，將成為該課程教學(xué)成敗的關(guān)鍵。

3.課程考核方式不合理

建立起一套科學(xué)規(guī)范的課程考核評價體系有助于衡量教學(xué)效果，目前微機原理課程采用的是傳統(tǒng)考核方式——?學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成一張考卷，教師根據(jù)得分判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。這種考核方式容易把學(xué)生引導(dǎo)到過分追求結(jié)果而忽略其學(xué)習(xí)過程的錯誤方向，甚至部分學(xué)生平時不認真學(xué)習(xí)而在考前突擊復(fù)習(xí)，極大地影響了教學(xué)效果。

二、教學(xué)改革的具體措施

針對上述問題，通過分析現(xiàn)有的課程培養(yǎng)體系，結(jié)合幾年的教學(xué)實際，本文從課程規(guī)劃、課堂授課、實驗教學(xué)、考核方式四方面對微機原理課程進行了改革，重點培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

“微機原理與接口技術(shù)”是一門理論性實踐性都很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)課程中起到承上啟下的作用。擬從以下三個方面開展教學(xué)改革：調(diào)整教學(xué)大綱，構(gòu)建基礎(chǔ)+方向+前沿性三個不同層次的教學(xué)體系；以工程實際問題為導(dǎo)向，綜合采用項目驅(qū)動式等多種課堂教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的興趣；打造模塊化多層次的實驗平臺，提升學(xué)生綜合實踐能力；建立差異性、多方位的課程考核和評價體系，注重能力培養(yǎng)和素質(zhì)考核。

1.教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃

本課程是面向計算機、電子信息、通信等專業(yè)開設(shè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程緊扣通信與信息類專業(yè)的人才需求，在教學(xué)過程中遵循“必需、夠用”的原則，在教學(xué)內(nèi)容上采用了“基礎(chǔ)+方向+前沿”的多層次結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容組織形式。

（1）基礎(chǔ)內(nèi)容部分。根據(jù)微機原理與接口技術(shù)的內(nèi)在特點，將各專業(yè)人才必須掌握的微型計算機原理、匯編語言、存儲器、I/O接口等計算機硬件知識作為基礎(chǔ)內(nèi)容。

（2）方向內(nèi)容部分。針對通信類、電子信息類等不同專業(yè)方向設(shè)置相應(yīng)的特色內(nèi)容。如通信專業(yè)側(cè)重于微機原理與接口技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備開發(fā)中的應(yīng)用，將接口技術(shù)、總線技術(shù)和嵌入式技術(shù)應(yīng)用于3G終端中，并讓學(xué)生參與開發(fā)3G無線上網(wǎng)卡；電子信息類專業(yè)側(cè)重于硬件開發(fā)能力和匯編語言編程能力的培養(yǎng)，為后續(xù)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

（3）前沿內(nèi)容部分。隨著微機新技術(shù)的進一步發(fā)展，課程組緊跟技術(shù)前沿，將多核技術(shù)、浮體單元技術(shù)等新技術(shù)及時補充到教學(xué)內(nèi)容之中。同時，積極邀請國內(nèi)外專家教授，以及HP、Intel、IBM等大型IT企業(yè)技術(shù)工程師開設(shè)課內(nèi)外講座，介紹硬件設(shè)計的新理念，新技術(shù)。

2.教學(xué)模式的改進

由于目前大部分高校微機原理教學(xué)都采用“自下而上”的教學(xué)方式，課程的重點都集中在微處理器及芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及匯編語言程序設(shè)計等方面，這種教學(xué)模式不僅跟工程設(shè)計相違背，還導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中只看到了樹木，看不到森林——只看到芯片，看不到系統(tǒng)，因此教學(xué)應(yīng)按照一個自頂向下的進程，按模塊一次講解體系架構(gòu)和各個抽象層，采用“自上而下”的教學(xué)模式。另外在課堂教學(xué)中需要綜合運用多種教學(xué)方法。

（1）啟發(fā)式和互動式。對于新引入的知識點和內(nèi)容，首先介紹其重要性及其在整個課程中的作用，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該內(nèi)容的欲望，吸引學(xué)生的聽課注意力和參與度。然后通過具體實例結(jié)合flash動畫、板書等手段，講解新內(nèi)容，注重突出重點、深入淺出；并隨時注意學(xué)生的表情，通過詢問、反問等方式，反饋學(xué)生掌握情況，實時調(diào)整講課進度。

（2）問題式和小結(jié)式。對于每章內(nèi)容的教學(xué)以問題為引導(dǎo)，首先提出一些需要本章知識才能解決的問題，讓學(xué)生帶著問題聽課、思考和學(xué)習(xí)；課程結(jié)束前幾分鐘進行已講解內(nèi)容的梳理和知識點的歸納總結(jié)，每章課件結(jié)束有2～3頁總結(jié)和思考，幫助學(xué)生掌握和鞏固階段性學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（3）項目驅(qū)動式。對于一些和工程實踐聯(lián)系緊密的內(nèi)容，要留給學(xué)生足夠時間去思考實踐，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；對于知識的綜合應(yīng)用方面，采用項目驅(qū)動式教學(xué)，例如，課程組依托數(shù)據(jù)采集卡項目，講解A/D及總線技術(shù)，使學(xué)生可以直觀理解A/D的轉(zhuǎn)換原理以及總線的使用方法；又如，以交通信號燈控制為案例，講解可編程定時計數(shù)器芯片8253的原理與應(yīng)用。

3.實驗平臺的搭建

為加強學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在模塊化多功能微機實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了多層次遞進式的實驗內(nèi)容；開展了課外實踐活動、學(xué)科競賽指導(dǎo)等多元化的實踐活動，以此提升學(xué)生的實踐能力和工程能力。

（1）實驗系統(tǒng)模塊化。將實驗內(nèi)容分解成基本單元，然后將單元功能模塊化，最后形成實物化的功能模塊。通過模塊的取舍、更替，既滿足了多層次實驗內(nèi)容的設(shè)計，同時也奠定了實驗內(nèi)容與教材內(nèi)容同步低成本靈活配置的可能性。

（2）實驗內(nèi)容層次化。對每一類軟硬件實驗均設(shè)計了基礎(chǔ)型、設(shè)計型和綜合型三個層次、三個水平的實驗內(nèi)容，努力做到由淺入深，從基礎(chǔ)知識理解到綜合能力培養(yǎng)，并與時俱進地增加實驗內(nèi)容，更新實驗項目。

1）驗證性實驗。在學(xué)習(xí)微機原理的初級階段，學(xué)生還難以深入理解微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更別提利用匯編程序去控制微機系統(tǒng)了。驗證性實驗主要以具體內(nèi)容的驗證為主，實驗的設(shè)計應(yīng)該從學(xué)生的實踐經(jīng)驗出發(fā)，在充分考慮學(xué)生理解、動手能力和專業(yè)特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計若干個對理解課程內(nèi)容有利的、學(xué)生付出一定努力能夠?qū)崿F(xiàn)的實驗，以幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容。實驗時學(xué)生要去查閱資料，先設(shè)計硬件，再一步一步進行程序調(diào)試、匯編、連接、裝入、運行，觀察輸出，得出正確的實驗結(jié)果。這一層次的實驗?zāi)康闹饕鞘煜嶒炑b置和實驗步驟，對接口芯片各個引腳信號的實際接線方法有一個初步的體會，逐步提高做實驗的興趣，通過實驗，學(xué)生對系統(tǒng)有一個初步的認識。

2）設(shè)計性實驗。設(shè)計性實驗是指教師給出設(shè)計任務(wù)，提供基本設(shè)計思想，學(xué)生自主設(shè)計硬件電路、獨立完成軟件程序的實驗。因為這時學(xué)生已經(jīng)具備了一定的軟硬件知識，有能力自己做一些修改和設(shè)計，并且對做實驗有了一定的興趣。

例如在這個階段，給學(xué)生安排一個步進電機測速實驗，要求學(xué)生利用計算機控制步進電機的啟停、正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速。此實驗中，要求學(xué)生自己查找步進電機的相關(guān)資料，了解步進電機的工作原理和特性及應(yīng)用場合，在查找資料的基礎(chǔ)上，完成硬件選擇、硬件電路的搭建及軟件設(shè)計調(diào)試。

3）綜合性實驗。綜合應(yīng)用實驗是在驗證性和設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)，讓學(xué)生綜合運用微機原理及其他相關(guān)課程所學(xué)知識，結(jié)合工程實際綜合設(shè)計、獨立完成的實驗。綜合應(yīng)用實驗由學(xué)生獨立進行方案設(shè)計、編程、調(diào)試，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，寫出實驗報告。通過綜合實驗增強學(xué)生應(yīng)用微機解決實際問題的能力、組裝與調(diào)試能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力和綜合應(yīng)用能力。

（3）實踐活動多樣化。通過結(jié)合課外實踐活動與學(xué)科競賽，提升學(xué)生綜合實踐能力。近幾年課程組老師參與了全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽和其他電子競賽等的指導(dǎo)工作，這些實踐活動使本課程實踐教學(xué)得以很好地延伸和發(fā)展，進一步全面提高學(xué)生的思維能力、動手能力和創(chuàng)新能力，并且令學(xué)生獲得學(xué)以致用的成就感。

4.采用全程式考核方式

為實施差異性培養(yǎng)和貫徹多元化評價體系，提出了“優(yōu)生免考”和“綜合評價”兩個舉措。

（1）優(yōu)生免考。針對課程教學(xué)過程中學(xué)生基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力的差異，課程組提出并實施了基于“項目學(xué)習(xí)”的PBL（Project Based Learning）優(yōu)生免考舉措，以研究性學(xué)習(xí)和項目實施的整個過程代替期末100分鐘的考試，將考核貫穿于整個教學(xué)過程，體現(xiàn)了“以人為本”、“因材施教”的教學(xué)思想。也充分發(fā)揮了優(yōu)秀學(xué)生的潛能和創(chuàng)造力。

（2）綜合評價。采用過程和結(jié)果并重的評價體系，使學(xué)生注重學(xué)習(xí)過程和多方面能力的培養(yǎng)，有效避免了“期末考定終身”的情況，體現(xiàn)了過程重于結(jié)果的考核思想。課程學(xué)習(xí)成績從平時作業(yè)和表現(xiàn)、實踐環(huán)節(jié)、期中考試和期末考試幾方面進行評定。學(xué)生的期末綜合成績中，考試成績只占50%，其他為平時成績占20%，實驗成績占30%，這種考核方式既減輕學(xué)生在期末的心理、身體負擔，同時也督促他們注意平時對課程的復(fù)習(xí)，受到學(xué)生的歡迎。

三、結(jié)束語

實踐表明，工科信息類專業(yè)的“微機原理”課程不再是一門單純的理論課，課程的理論分析和應(yīng)用意義并重，應(yīng)該多強調(diào)理論對實際的指導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)本課程的興趣。“微機原理”課程的教學(xué)改革必須從轉(zhuǎn)變教育觀念、整合教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)方式和優(yōu)化教學(xué)手段等方面出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生具有較深的基礎(chǔ)理論和較強的綜合運用能力，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，為信息社會培養(yǎng)更多有用人才。

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）