比喻法在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用

李娟　朱家興

[摘要]《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門理工科院系的專業(yè)基礎(chǔ)課，但對于初學(xué)者來說其知識點(diǎn)繁多、抽象且難理解。為了讓初學(xué)者能更透徹地理解本門課程涉及的一些概念等，本文著重列舉了比喻法在本門課程中應(yīng)用的相關(guān)實(shí)例，使抽象的問題形象化，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

[關(guān)鍵詞]比喻法 微機(jī)原理與接口技術(shù) 教學(xué)

[分類號]G642.4

一、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》簡介

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)、通信工程、電子信息、自動化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，現(xiàn)在該課程基本上是對以Intel 8086/8088為CPU的微機(jī)進(jìn)行闡述，講述PC系列微機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，指令系統(tǒng)和匯編語言設(shè)計基礎(chǔ)，微機(jī)接口技術(shù)三大部分。在實(shí)際的教學(xué)過程中，由于該課程的概念、芯片的工作原理多而繁雜，再加上大部分知識既與硬件緊密相連，又需要有軟件的支持，內(nèi)容抽象難懂，實(shí)踐性強(qiáng)，因此學(xué)生普遍反映這門課難學(xué)難懂，越學(xué)越亂，到課程結(jié)束還感覺似懂非懂，不能準(zhǔn)確地掌握該門課程的知識點(diǎn)。

從教學(xué)實(shí)踐中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的不易理解主要有幾個方面的原因：其一、課程里涉及的CPU或者芯片基本都是安裝在機(jī)箱內(nèi)部的，雖然現(xiàn)在學(xué)生都有電腦，但真正打開機(jī)箱研究的卻很少很少，所以對他們來說，芯片很陌生；其二、就算學(xué)生有心研究芯片，也只能從外觀上了解芯片的外部結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能對他們來說完全是個黑匣子，空洞而抽象，而理解就更談不上了；其三、既看不見又摸不到的東西慢慢地大家都失去了探索的興趣，自然也就更不愿去花時間理解了；最后，再加上這門課程的范圍很廣，前后聯(lián)系緊密，往往前邊的基礎(chǔ)沒學(xué)好，后面的應(yīng)用就更無從下手。種種原因都直接導(dǎo)致了《微機(jī)原理與接口技術(shù)》成為大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

二、比喻法在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用

針對學(xué)生的問題，在教學(xué)中我往往使用比喻的方法，把抽象的、難理解的部分與生活中他們能夠看到、接觸到的事物聯(lián)系起來，找出他們的相似性，使抽象的問題形象化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的興趣，幫助他們更好地理解課程里的知識點(diǎn)。

（一）應(yīng)用實(shí)例一

8086CPU將主存劃分為四個邏輯段，其中堆棧段比較特殊，它采用“先進(jìn)后出”的工作原則存放需要進(jìn)行保護(hù)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。堆棧的概念及工作原理對學(xué)生來說，歷來算個難理解的問題。為了幫助學(xué)生理解，我往往采用比喻的方法，使該問題形象化，生動化。同學(xué)都玩過或者見過漢諾塔游戲，其基本結(jié)構(gòu)是底端固定，底座上插有圓棍，圓盤套在圓棍上疊放于底座之上。這就好像堆棧段的結(jié)構(gòu)，棧底固定，棧頂根據(jù)壓入數(shù)據(jù)的多少而浮動。當(dāng)要疊放圓盤的時候，最先放入的圓盤置于最底端，依次順序疊放；當(dāng)需要取出圓盤時，位于最上面的圓盤最先被取出，位于最底端的圓盤最后才能被取出，堆棧段數(shù)據(jù)的存取就好比圓盤的疊放和取出，最先壓入的數(shù)據(jù)置于最底端，將被最后取出；最后壓入的數(shù)據(jù)反而位于最頂端，將會被最先取出。這就是“先進(jìn)后出”的原則。

運(yùn)用漢諾塔的例子引入堆棧，學(xué)生不僅輕松掌握了知識，而且還覺得微機(jī)原理其實(shí)并沒有想象中那么難學(xué)，反而變得有趣。原來在我們的生活中，類似的事物很多很多，只是這里的主角變成了計算機(jī)而已，正所謂一通百通，知識來源于生活，服務(wù)與生活，學(xué)生們不再像從前一樣常常抱怨這門課難學(xué)難懂了。

（二）應(yīng)用實(shí)例二

指令中的操作數(shù)有三大可能的來源：立即數(shù)，寄存器和存儲器，由此也決定了其尋址方式不僅不唯一，反而還非常多。尋址方式的掌握對初學(xué)者來說是個不小的難題，大家往往無所適從。通常我會用比喻的方法啟發(fā)學(xué)生：你要聯(lián)系一個外地的朋友，你有很多種選擇——打電話給他；Email給他；直接跑去找他。如果要直接去找他，你還可以選擇坐飛機(jī)去，或者坐火車去，或者打的去等等，但不管什么方式，你都能找到他。這就好像操作數(shù)的多種可能來源，其中來源于存儲器時又可以有很多種選擇。而所謂的尋址方式就是尋找操作數(shù)的方式。根據(jù)操作數(shù)的來源不同，就存在不同的多種尋址方：來源于立即數(shù)的稱為立即尋址；來源于寄存器的稱為寄存器尋址；來源于存儲器的都稱為存儲器尋址，只是來源于存儲器的情況稍微復(fù)雜，所以有進(jìn)一步更細(xì)致的劃分。這樣一解釋，學(xué)生們頓感釋然，大有原來如此的感覺。

（三）應(yīng)用實(shí)例三

微機(jī)原理這門課中有些概念看起來很淺，似乎一看就會，實(shí)則一用就崩潰。比如中斷處理過程中的中斷服務(wù)步驟，即執(zhí)行中斷服務(wù)子程序的過程。不同的中斷請求，有各自不同的中斷服務(wù)程序，需要根據(jù)中斷源所要完成的功能，事先編寫相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序存入內(nèi)存，等待中斷請求響應(yīng)后調(diào)用執(zhí)行。不同的中斷源提供不同的中斷類型號，CPU根據(jù)中斷類型號自動完成將其乘以4的運(yùn)算得到中斷向量表地址，從而找到中斷向量即中斷服務(wù)子程序的入口地址，之后就能找到中斷服務(wù)子程序并執(zhí)行之。這一過程的講解涉及到多個新的、非常相近的概念：中斷向量，中斷向量表，中斷服務(wù)子程序，開始時學(xué)生們往往不知所措，理不清頭緒，常常感覺猶如走迷宮，繞來繞去出不來。究其原因，我認(rèn)為主要在于學(xué)生們初學(xué)這些很相似但又完全不同的概念時，沒能將其理解透徹，更談不上把它們相互之間的聯(lián)系把握清楚，造成了越學(xué)越亂的狀況。要解決好這個問題，我有的放矢地再次采用了比喻的方法將問題具體化，逐步引導(dǎo)學(xué)生理清思路，幫助他們對知識點(diǎn)進(jìn)行透徹地理解。

學(xué)生們讀到大學(xué)都是經(jīng)過十多年的讀書經(jīng)歷的，對書本的結(jié)構(gòu)再熟悉不過了。每本書都分為多個章節(jié)，每個章節(jié)都有自己的頁碼，為了方便查閱，在書本的開頭都會安排有目錄部份。讀者通過查閱目錄，可以方便地或者說目標(biāo)明確地找到自己要閱讀的章節(jié)頁碼數(shù)，從而很快地進(jìn)入章節(jié)內(nèi)容的閱讀。這里每個章節(jié)的頁碼就好比中斷向量，而包含所有章節(jié)頁碼的目錄就像中斷向量表，各個章節(jié)的具體內(nèi)容就是中斷服務(wù)子程序，CPU執(zhí)行中斷服務(wù)的過程就類似我們查閱某章節(jié)內(nèi)容的過程：CPU明確中斷類型號（我們確定好目標(biāo)章節(jié)）→查找中斷向量表，獲取中斷向量（從書本目錄中找到目標(biāo)章節(jié)的頁碼數(shù)）→執(zhí)行中斷服務(wù)子程序（翻到目標(biāo)章節(jié)所在位置閱讀）。這樣貼近生活的類比讓學(xué)生很快就理解了相關(guān)的概念，能夠較準(zhǔn)確地把握好各個概念之間的相互聯(lián)系，達(dá)到事半功倍的效果。

三、總結(jié)

教學(xué)是教與學(xué)的結(jié)合，是一個互動的過程，其最終目標(biāo)是希望學(xué)生能夠有所收獲，當(dāng)然如果這個收獲的過程能夠輕松有趣，大家何樂而不為呢？本著能讓學(xué)生輕松愉快地學(xué)習(xí)這一原則，在多年的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》理論教學(xué)過程中，我經(jīng)常抽空和學(xué)生們交流，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況、掌握知識點(diǎn)的情況以及存在的疑難問題，針對實(shí)際及時地調(diào)整教學(xué)，盡量做到有的放矢，以期能夠進(jìn)一步提高教學(xué)效果。針對學(xué)生共同存在的一些難點(diǎn)，我往往采用比喻的方法，把抽象、枯燥的問題用更貼近生活的例子加以比擬，使問題具體化、形象化，方便學(xué)生理解和掌握。針對本課程的一些難點(diǎn)，我曾做過實(shí)驗：在相同的先修課程的前提下，一個班的同學(xué)采用比喻的方法教學(xué)，另一個班的同學(xué)則采用普通教學(xué)法，講解一遍知識點(diǎn)后讓學(xué)生做現(xiàn)場練習(xí)，具體情況統(tǒng)計如下表：

從統(tǒng)計情況分析可知，從掌握度來衡量，比喻法教學(xué)比普通法教學(xué)更能讓學(xué)生接受、理解并掌握難點(diǎn)問題；從時效的角度看，比喻法顯著地提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)效率。比喻法在實(shí)際教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。

基金項目：紅河學(xué)院一類重點(diǎn)課程建設(shè)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》（ZDKC0904）

[參考文獻(xiàn)]

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[3]朱曉華，微機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版） [M].北京.電子工業(yè)出版社.2008.

[4]馬春燕，微機(jī)原理與接口技術(shù)（基于32位機(jī)）[M].北京.電子工業(yè)出版社.2008.

（作者單位：紅河學(xué)院工學(xué)院 云南蒙自）