任務驅(qū)動法在微機原理及應用課程中的應用

張 妍，王詠梅

(華北電力大學 自動化系，河北 保定 071003)

任務驅(qū)動法在微機原理及應用課程中的應用

張 妍，王詠梅

(華北電力大學 自動化系，河北 保定 071003)

任務驅(qū)動是一種建立在建構(gòu)主義教學理論基礎(chǔ)上的教學法。針對微機原理及應用課程內(nèi)容抽象枯燥、實踐性強的特點以及傳統(tǒng)教學法難以激發(fā)學生學習積極性的缺點，在課堂教學和實驗教學過程中對任務驅(qū)動教學法進行了有益的探索。實踐證明在任務驅(qū)動下，學生學習興趣提高，學習有創(chuàng)造性且課程知識系統(tǒng)化了，有效提高了動手能力和解決問題的綜合素質(zhì)，將任務驅(qū)動法引入微機原理課程的教學是一項行之有效的教學改革。

任務驅(qū)動；微機原理及應用；課堂教學；實驗教學

“任務驅(qū)動”是一種建立在建構(gòu)主義教學理論基礎(chǔ)上的教學法，以探索問題來引導和維持學習者的學習興趣和動機，讓學生帶著具體的任務學習，在完成任務的過程中，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力[1-4]。如今，這種任務驅(qū)動的教學模式已經(jīng)得到眾人的廣泛關(guān)注，也已應用于各學科的教學之中，其中在計算機相關(guān)學科的教學中的運用效果尤為突出[5-6]。微機原理及應用作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是自動化專業(yè)后繼專業(yè)課如單片機、計算機控制、分散控制系統(tǒng)等專業(yè)課程學習的紐帶和橋梁。但由于該課程教學內(nèi)容多、細、零散且抽象不易理解以及教學方法的局限性，使得這門課程的授課效果難以令人滿意。鑒于此，華北電力大學自動化系微機原理及應用課程組對該課程基于任務驅(qū)動的研究型教學方法進行了探索與實踐。

1 課程基本情況和教學現(xiàn)狀

微機原理及應用的先修課程為數(shù)字電路和模擬電路，對非計算機專業(yè)來說，又融合了計算機組成原理、匯編語言程序設(shè)計、微機接口設(shè)計等多方面的內(nèi)容，是一門綜合性很強的課程。該課程主要講述基于80x86的微型計算機基本編程結(jié)構(gòu)、指令和偽指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、總線操作、內(nèi)存儲器結(jié)構(gòu)及擴展、數(shù)據(jù)輸入輸出方式、中斷控制及各種常用接口的應用方法。這些內(nèi)容大多枯燥，需要學生不斷去思考與體會才能掌握相關(guān)的知識，對這門課程學生普遍反映入門難、內(nèi)容不易理解。

該課程的教學方式主要以傳統(tǒng)的“傳授-接受”式教學為主，這樣的教學方式使學生處在被動狀態(tài)，難以激發(fā)學生的學習興趣。傳統(tǒng)的教學方法講究“循序漸進”“按部就班”，使得學生不易建立起“微機系統(tǒng)”的概念，對課程內(nèi)容沒有整體上的把握。而且，現(xiàn)在的學生出生在網(wǎng)絡時代，對微型計算機相關(guān)知識的獲取早已不局限于學校的教師，甚至部分學生的計算機水平還高于教師，對學生的因材施教也迫切需要改革傳統(tǒng)的教學方法。另外，由于師資的原因，該課程課堂容量大，少則2個班，多則4個班，使得一些教學和實驗改革措施難以具體展開。而近兩年，本課程組教師增加，使小班授課成為可能，也為任務驅(qū)動教學法的引入創(chuàng)造了條件。

2 任務驅(qū)動教學的含義與特點

2.1 任務驅(qū)動的含義

任務驅(qū)動教學是建立在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上，以學生為中心，以任務為驅(qū)動的教學方式。其教學的理念是針對教學目標設(shè)計任務，將所要學的概念、技能蘊含在所要解決的任務之中，通過任務的完成，使學生從中獲得有關(guān)知識、掌握相應技能[6]。任務驅(qū)動教學在教學過程中，以完成任務為主線，巧妙地將知識點隱含在任務中，學生在同學的幫助和教師的引導下，充分發(fā)揮學習主動性和創(chuàng)造性，通過完成任務達到掌握所學知識的目的。

2.2 任務驅(qū)動的特點

任務驅(qū)動教學將傳統(tǒng)的以傳授知識為主的再現(xiàn)式教學轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W習[7]，使學生處于一種積極的學習狀態(tài)。其最根本的特點就是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”[8-9]。任務驅(qū)動教學特別適用于集知識與技能為一體，實踐與操作性很強的計算機類課程教學，而微機原理及應用屬于這類課程。這種教學模式有利于對學生自主學習能力、分析和解決問題能力、交流與合作能力以及研究和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。任務驅(qū)動教學給學生提出了明確的學習目標，激發(fā)了學生的學習興趣。學生在完成學習任務后有一定的成就感，因而提高了學習的主動性，也培養(yǎng)了學生獨立的學習能力。在任務完成的過程中，學生的主體地位得到了充分體現(xiàn)，與此同時還給學生提供了創(chuàng)新的空間。任務驅(qū)動教學，充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，變傳統(tǒng)的“教學”為“求學”[6]。

3 任務驅(qū)動教學法的實施

3.1 任務驅(qū)動法在課堂教學中的應用

根據(jù)課程特點，選擇一個實用的微機應用系統(tǒng)作為課程總?cè)蝿?，通過對總?cè)蝿者M行分解，引導學生在具體的子任務驅(qū)動下開展學習活動，由簡到繁、由易到難、循序漸進，逐漸掌握本課程的知識內(nèi)容，并在完成任務的過程當中培養(yǎng)其工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。一個合適的任務應當基本涵蓋本課程核心知識點，難易程度適中，與生活實際結(jié)合緊密，易于理解。鑒于此，我們選擇基于8086的交通信號燈系統(tǒng)作為貫穿本課程的總?cè)蝿铡?/p>

(1)首先在課堂上演示一個完整的交通燈系統(tǒng)的運行過程，激發(fā)學生的學習興趣，并引導學生分析該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，讓學生建立起“微機系統(tǒng)”的概念。讓學生思考利用已學過的模擬電路和數(shù)字電路可不可以實現(xiàn)交通信號燈的功能，從而理解數(shù)字邏輯電路和微型計算機之間的聯(lián)系。

(2)微型計算機數(shù)制表示及CPU工作原理部分的課程內(nèi)容比較抽象，對這部分內(nèi)容，引入如下問題：交通信號燈的狀態(tài)在計算機中如何表示？交通信號系統(tǒng)中需要傳遞的信息都有哪些？這些信息如何存儲？CPU如何找到這些信息并執(zhí)行？通過這些問題引發(fā)學生思考，并組織學生分組討論，最終掌握計算機中的數(shù)制表示、存儲器組織、三總線結(jié)構(gòu)、CPU工作過程等知識點。

(3)交通信號燈系統(tǒng)的CPU及總線部分設(shè)計。通過這個任務的完成，可以讓學生結(jié)合Proteus軟件，學習8086最小模式配置電路的設(shè)計。目標是熟悉CPU引腳信號，理解地址鎖存器、數(shù)據(jù)緩沖器的作用，進一步熟悉微機系統(tǒng)三總線的結(jié)構(gòu)以及這樣做的好處。對于難以理解的總線工作時序，可以指導學生在最小模式配置電路上加上簡單外設(shè)，并裝載教師給出的程序，利用Proteus的邏輯分析儀來觀察CPU的讀寫時序，過程直觀明了。

(4)交通信號燈系統(tǒng)中的軟件定時程序。通過這個任務讓學生熟悉指令系統(tǒng)和匯編程序設(shè)計，教師不再用大量學時講解指令的使用，而是在介紹常用指令后，布置幾個典型的程序設(shè)計(包括軟件定時程序)作為驅(qū)動任務，在程序編寫過程中學生自己去發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，教師指導學生解決，并以課后作業(yè)的形式讓學生在電腦上調(diào)試成功，出現(xiàn)的問題可以在課堂上討論解決。

(5)交通信號燈系統(tǒng)外部設(shè)備的尋址。通過這個任務讓學生掌握外部設(shè)備和存儲器的譯碼電路設(shè)計。該任務完成后，已經(jīng)可以借助Proteus軟件設(shè)計出具有基本紅綠燈亮滅規(guī)律的信號燈系統(tǒng)。這時可以提出問題：如果CPU還有其他任務需要完成，現(xiàn)有系統(tǒng)該如何處理？引入中斷的概念，引導學生對中斷過程的思考。

(6)信號燈系統(tǒng)擴充功能的設(shè)計。再次提出如下任務：讓系統(tǒng)具備紅綠燈等待時間倒計時功能；有急救車通過時四個路口均為紅燈的緊急情況處理；不同時段等待時間不同的設(shè)計實現(xiàn)。在這些任務問題完成的過程中，引入對并行接口8255、硬件定時芯片8253、中斷管理器8259的學習和應用。

可見通過對總?cè)蝿盏姆纸?，在各子任務完成過程中，基本上能夠串聯(lián)起該課程的核心知識，能讓學生帶著問題進行主動探索，并且完成一個具體的微機應用系統(tǒng)的設(shè)計，學有所用，更能激發(fā)學生的學習主動性。總?cè)蝿蘸妥尤蝿帐秦灤┱n程前后的總線索，在具體的課堂授課形式上，對概念性的知識仍然要要做適當?shù)慕榻B，對子任務需要根據(jù)知識結(jié)構(gòu)再進行細化，多輔以例題，以提出問題-分析問題-解決問題的形式掌握知識。學生在課堂上以提問和分組討論的形式完成部分任務，在課下自主完成各子任務最終目標，完成的過程當中，每節(jié)課給出一定時間讓學生主動提問，教師引導結(jié)合學生討論解決問題。

3.2 任務驅(qū)動法在實驗教學中的應用

傳統(tǒng)的實驗教學為教師給定實驗內(nèi)容、實驗步驟、程序流程，部分實驗還給出參考程序，學生只是編寫部分程序、在實驗箱上連接部分電路，這樣的實驗設(shè)計只能完成驗證性實驗，使學生缺乏整體上的把握，不具備程序的架構(gòu)能力和調(diào)試能力，遇到問題沒有解決的思路。

在實驗教學中引入任務驅(qū)動法，在第一次實驗中熟悉實驗設(shè)備的使用，對其后的匯編編程實驗、存儲器、并口、定時計數(shù)器、中斷實驗等，采用如下的實施過程：

(1)實驗前，教師提前給出實驗要求或提供多種實驗內(nèi)容供學生選擇，讓學生自己設(shè)計實驗步驟、程序流程。比如，匯編編程實驗要求必須有人機交互的操作(即計算機顯示提示，鍵盤輸入字符，結(jié)果顯示)、程序結(jié)構(gòu)是循環(huán)結(jié)構(gòu)或多分支結(jié)構(gòu)，具體實驗內(nèi)容可以自己設(shè)計。這樣學生要在積極思考及查閱資料和對問題真正理解的條件下才能完成任務.這就大大提高了學生自主學習的動力，把很多以前在實驗課堂中完成的工作移到了課外自主完成，無形中增加了實驗學時。

(2)在實驗過程中，學生處于主導地位，老師就學生提出的問題進行指導和答疑，學生不問，老師不進行任何講解。實驗過程中以學生為主導地位的師生互動可以提供一種幫助手段，同時還可以給學生提供一些資料、網(wǎng)站、專業(yè)論壇等信息，讓學生有渠道來解決自己的問題，幫助學生提高自信心。對于程序的簡單語法錯誤，學生在調(diào)試過程中能更好地掌握基本的指令及偽指令。在沒語法錯誤但運行結(jié)果不對時，老師要引導學生采用單步或斷點調(diào)試及思考各種有效的調(diào)試方法，通過這個過程培養(yǎng)學生查找問題及實際動手的能力[10]。

(3)實驗完成后，老師根據(jù)實驗結(jié)果是否符合要求、實驗內(nèi)容難易程度、實驗完成時間、程序原創(chuàng)性等綜合因素給出實驗成績。實驗成績具有一定的區(qū)分度，努力刻苦且完成了任務，原創(chuàng)性最高的學生得高分；參考了其他同學的程序但在某些地方有原創(chuàng)性的學生得較高分；大部分程序參考其他同學的，自己只是讀懂程序的學生及格；完全抄襲，無法回答老師提問的學生不及格。

4 實踐效果

實踐表明任務驅(qū)動教學效果明顯好于傳統(tǒng)教學，教師與學生圍繞任務積極互動，在精心設(shè)計的一系列典型的任務驅(qū)動下，學生分組展開合作學習；在教師引導下，學生由簡到繁，循序漸進地完成一系列任務。大部分同學反饋信息表明通過自主學習收獲頗多，有效提高了動手能力和解決問題的綜合素質(zhì)。

5 結(jié)束語

在任務驅(qū)動下，學生學習興趣高，學習有創(chuàng)造性且課程知識系統(tǒng)化，將任務驅(qū)動法引入微機原理及應用課程的教學確實是一項行之有效的教學改革。需要注意的是任務驅(qū)動法對學生容量較小的小班課堂可操作性更好；在任務實施的過程中要注意兼顧不同水平的學生，注意分組時學生的組合，同時對一些能力較差的學生應給出細化的要求，對一些能力較強的學生應提出拓展的要求；教學和實驗任務完成情況都要與課程總成績掛鉤更能有效督促學生的自主學習。

在任務驅(qū)動實施過程中還有需要改進的地方：總?cè)蝿盏膬?nèi)容設(shè)置可以更豐富些，再尋求更多合適的任務進行設(shè)計，兼顧全部課程核心知識點；必須探求更有效的方法防止學生抄襲；教師作為課堂任務的組織者，多采取一些措施激發(fā)學生學習的積極性，而不是和學生一起做任務的執(zhí)行者，以避免學生產(chǎn)生依賴性。

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Application of Task-driven Teaching Method in Microcomputer Principle and Application Course

ZHANG Yan, WANG Yongmei

(Department of Automation, North China Electric Power University, Baoding 071000, China)

The “Task-driven Teaching” method is based on the constructive learning theory.For the content of microcomputer principle and application course is abstract and boring, and traditional teaching method is difficult to stimulate students’ study enthusiasm. An exploration of “Task-driven Teaching” method in the teaching process is made by Microcomputer Principle and Application teaching group. Practice shows “Task-driven Teaching” method has inspired the students’ interest in learning and creativity, and improved their comprehensive ability to solve the problem. Introducing “Task-driven Teaching” method into Microcomputer Principle and Application course is an effective teaching reform.

task-driven teaching method；microcomputer principle and application；classroom teaching; experiment

2013-12-24

張 妍(1980-)，女，碩士，講師，主要從事微機原理、單片機與嵌入式系統(tǒng)、計算機控制技術(shù)與系統(tǒng)的教學和科研工作。

G642.0;TP36

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.055