王穎鋒 師 文 胡慧敏 薛淑芳
1. 河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院,河南 鄭州 450046
2. 河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)圖書館,河南 鄭州 450046
“微機(jī)原理與匯編語言”這門專業(yè)基礎(chǔ)課涵蓋了微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計(jì)兩門課程的重要內(nèi)容[1]?!拔C(jī)原理與匯編語言”是計(jì)算機(jī)學(xué)科各專業(yè)本科學(xué)生必修或選修的一門重要課程。其它信息類專業(yè)也將它納入課程體系[2-5],有些高校將“微機(jī)原理與匯編語言”作為研究生入學(xué)考試初試或者復(fù)試的一門專業(yè)課程。根據(jù)這門課程的教學(xué)要求,將該課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)定如下:首先通過學(xué)習(xí)本課程,在學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和微機(jī)運(yùn)行原理有深入認(rèn)知的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)8086微處理器的指令系統(tǒng)和尋址方式,掌握程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行過程和實(shí)現(xiàn)原理。然后學(xué)習(xí)基于8086 微處理器的16 位機(jī)匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本語法和設(shè)計(jì)方法。不僅使學(xué)生深入學(xué)習(xí)理論知識(shí),而且注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用匯編語言程序解決實(shí)際問題的能力。為學(xué)生學(xué)習(xí)“微機(jī)原理與匯編語言”相關(guān)的硬件后續(xù)課程,以及將來對(duì)接電子、電信和自動(dòng)控制等方面的實(shí)際工作打好基礎(chǔ)?!拔C(jī)原理與匯編語言”課程內(nèi)容包含了大量的硬件知識(shí),并涉及熟悉硬件原理基礎(chǔ)上的編程實(shí)驗(yàn)。在這種情況下,對(duì)于將該課程設(shè)為必修課的學(xué)校,這門課程得到了學(xué)生們的足夠重視。而那些將該課程設(shè)為選修課的學(xué)校,學(xué)生選課的情況不容樂觀,往往因?yàn)檫x課人數(shù)不足,而停開該課程,這樣就嚴(yán)重影響了后續(xù)課程的教學(xué)進(jìn)度,因?yàn)樵谥v授后續(xù)課程的時(shí)候不得不補(bǔ)充講解相關(guān)的“微機(jī)原理與匯編語言”知識(shí),另外,也影響了很多報(bào)考408 專業(yè)課的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的考研成績(jī),因?yàn)?08 專業(yè)課考核的組成原理知識(shí)中有一些內(nèi)容和“微機(jī)原理與匯編語言”有著密切關(guān)系,需要掌握“微機(jī)原理與匯編語言”的知識(shí)才能解答相關(guān)問題。例如在408 專業(yè)課中多次涉及的加減乘除綜合運(yùn)算的機(jī)器數(shù)形式運(yùn)算結(jié)果,就需要熟悉微機(jī)原理的知識(shí):有符號(hào)數(shù)以補(bǔ)碼形式在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的原理,以及匯編語言中加減乘除綜合運(yùn)算的原理,才能獲得正確的結(jié)果。
本課程設(shè)計(jì)是按照專業(yè)課程體系的總體教學(xué)計(jì)劃要求,根據(jù)專業(yè)應(yīng)當(dāng)掌握的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)基本知識(shí)和面向硬件編程能力要求設(shè)置的專業(yè)基礎(chǔ)課程。應(yīng)依據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)條件和實(shí)驗(yàn)條件,緊跟微型計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展和企事業(yè)單位對(duì)專業(yè)人員的硬件基礎(chǔ)要求,并兼顧課程之間的銜接關(guān)系、學(xué)生的考研和工程實(shí)踐的需求制定該課程的教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要采用靈活多樣的教學(xué)手段開展教學(xué)工作。此外,為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性擬采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。
本課程在教材內(nèi)容取舍上緊密結(jié)合實(shí)際,選用的是荊淑霞教授編寫的計(jì)算機(jī)專業(yè)專用教材:《微機(jī)原理與匯編語言程序設(shè)計(jì)》第2 版。該教材具有示范性并適應(yīng)本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要,是計(jì)算機(jī)和相關(guān)專業(yè)廣泛使用的精品課程教材。為了達(dá)到良好的教學(xué)效果,本校課程小組在教學(xué)實(shí)踐中打破了微機(jī)原理與匯編語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)的常規(guī)順序,不再是先介紹計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程、微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行原理等基本知識(shí),然后介紹指令系統(tǒng)和尋址方式,最后講授16 位機(jī)匯編語言的語法和程序設(shè)計(jì)方法。而是根據(jù)課時(shí)、課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的進(jìn)度和教學(xué)大綱的要求選擇章節(jié)并調(diào)整章節(jié)的順序進(jìn)行講解。借鑒Java 程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程[6]的思想,采用項(xiàng)目式的方法開展教學(xué),精心選擇項(xiàng)目案例,并將項(xiàng)目分解成若干模塊。采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,由學(xué)生預(yù)習(xí)案例中涉及的匯編指令,并講解匯編指令的含義,掌握匯編語言的結(jié)構(gòu)和匯編、連接和運(yùn)行的步驟,并調(diào)試項(xiàng)目程序,這樣學(xué)生帶著任務(wù),帶著目的來學(xué)匯編指令,印象會(huì)更加深刻,接受起來較快。不再像以前那樣講完某一章節(jié)的指令,然后再去講解課本或幻燈片上的匯編示范程序。
首先用一些小的項(xiàng)目練習(xí)學(xué)生的動(dòng)手操作能力,再用一些綜合性的項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力,例如交通燈指示控制和電子鐘演示。根據(jù)我院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特色,又增加了簡(jiǎn)單音樂的演示、交通指示燈控制等項(xiàng)目。在開展此類項(xiàng)目之前,教師所做的工作只是提出設(shè)計(jì)要求,在項(xiàng)目實(shí)踐中學(xué)生根據(jù)所學(xué)微機(jī)原理的硬件知識(shí)獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì),進(jìn)行匯編程序的編寫和調(diào)試,直到反復(fù)測(cè)試并正常運(yùn)行為止。而且每一個(gè)任務(wù)都讓學(xué)生自己上機(jī)驗(yàn)證,觀察實(shí)驗(yàn)箱或仿真軟件,分析程序運(yùn)行的結(jié)果是否正確,總結(jié)實(shí)驗(yàn)心得。
根據(jù)本課程先前所制定的教學(xué)范式改革實(shí)施方案,并參照當(dāng)前普遍使用的教學(xué)范式改革項(xiàng)目評(píng)價(jià)方法,確定本課程改革類型為混合式課程教學(xué)類型。
教學(xué)范式改革必須既能滿足社會(huì)發(fā)展的需要,又能為課程發(fā)展服務(wù),在教學(xué)實(shí)踐中能夠獲得良好的教學(xué)效果。對(duì)于該門課程,學(xué)生需要在掌握微機(jī)原理和硬件結(jié)構(gòu)、功能的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)面向8086 處理器的匯編指令系統(tǒng)和尋址方式,掌握程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作過程和實(shí)現(xiàn)原理,然后學(xué)習(xí)面向8086 處理器的匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本語法和設(shè)計(jì)方法。教學(xué)范式改革不僅要使學(xué)生學(xué)習(xí)足夠的理論知識(shí),而且要側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用匯編語言程序解決實(shí)際問題的能力。教學(xué)范式改革的目標(biāo)已從知識(shí)傳授為主轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰ε囵B(yǎng)為主,強(qiáng)調(diào)綜合素質(zhì)的提升,并不只是簡(jiǎn)單地學(xué)習(xí)一門課程的理論知識(shí)、掌握相關(guān)的操作技能。學(xué)生要能夠通過該門課程學(xué)習(xí),培養(yǎng)鉆研精神、合作精神、求真務(wù)實(shí)的態(tài)度和良好的思維方式,強(qiáng)化數(shù)字電路、程序設(shè)計(jì)等先行課的理解,為學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)或者其它專業(yè)有關(guān)硬件的后續(xù)課程,以及今后從事物聯(lián)網(wǎng)、電子、自動(dòng)化和控制等方面的實(shí)際工作夯實(shí)基礎(chǔ)。為有效開展“微機(jī)原理與匯編語言”課程的教學(xué)工作,提高教學(xué)效果,本文在以下幾個(gè)方面做了一些積極的改革和實(shí)踐。
“微機(jī)原理與匯編語言”課程內(nèi)容包含的知識(shí)點(diǎn)多、前后銜接緊密,而且還需要有一定的編程基礎(chǔ)和電子技術(shù)基礎(chǔ),但目前我校對(duì)這門課程的課時(shí)進(jìn)行了壓縮。因此,為了在有限的課時(shí)能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果,做到教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的有效銜接,調(diào)整了教學(xué)內(nèi)容的前后順序。另外,為了將比較前沿的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)引進(jìn)到教學(xué)內(nèi)容中,對(duì)有些過時(shí)的知識(shí)或者相對(duì)于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展是錯(cuò)誤的內(nèi)容進(jìn)行了刪除或者修正。例如由于計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展迅速,計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程劃分不再是四代而是六代,但在選定的教材上沒有第五代智能計(jì)算機(jī)和第六代生物計(jì)算機(jī)的介紹,這就需要教師補(bǔ)充講解第五代智能計(jì)算機(jī)和第六代生物計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容改革體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容緊跟微處理器技術(shù)進(jìn)步而補(bǔ)充和修改的思想,采用Intel 80x86 系列機(jī)作為教學(xué)對(duì)象,講授微型計(jì)算機(jī)的基本概念、基本理論以及結(jié)構(gòu)和功能,補(bǔ)充了近些年出現(xiàn)的高新技術(shù)和具體應(yīng)用的介紹。例如虛擬存儲(chǔ)技術(shù)是16 位微處理器這種早期微處理器所不具有的擴(kuò)充內(nèi)存容量的高新技術(shù)。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用于后來的32 位微處理器和現(xiàn)在普遍存在的64 位微處理器。通過引入這些教學(xué)內(nèi)容,向?qū)W生普及了微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的新功能和新特點(diǎn),從而激發(fā)了學(xué)生深入學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的主觀能動(dòng)性。在教學(xué)實(shí)踐中,首先,采取循序漸進(jìn)的方式,既重視80x86微型計(jì)算機(jī)原理的講解,又重視穿插流水線技術(shù)、存儲(chǔ)器技術(shù)等高新技術(shù)的介紹。其次,結(jié)合微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的具體硬件結(jié)構(gòu),針對(duì)80x86 講解匯編語言程序的語法和匯編、反匯編的方法,不同的匯編語言面向不同的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),使學(xué)生認(rèn)識(shí)到掌握計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的必要性,強(qiáng)化學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)知。搜集或設(shè)計(jì)有代表性的具體實(shí)例幫助學(xué)生將分散的微型計(jì)算機(jī)知識(shí)點(diǎn)形成完整體系,提高學(xué)生應(yīng)用“微機(jī)原理與匯編語言”的綜合知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
鑒于“微機(jī)原理與匯編語言”課程的教學(xué)內(nèi)容比較多而且很抽象,因此注重教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革和創(chuàng)新,幫助學(xué)生理解微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和功能,識(shí)記其中復(fù)雜難懂的知識(shí)點(diǎn)。在實(shí)際教學(xué)中,根據(jù)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn),采用有代表性的具體實(shí)例啟發(fā)學(xué)生積極思考,訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的技能,使其在潛移默化中形成主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣。實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)的過程中,還幫助學(xué)生建立新舊知識(shí)之間的聯(lián)系,使其能夠透徹理解相關(guān)課程的難點(diǎn)問題。例如很多學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理這門課程的時(shí)候很難理解間接尋址可以擴(kuò)大尋址范圍這一知識(shí)點(diǎn)。一方面,可以用計(jì)算機(jī)組成原理的知識(shí)解釋,一般形式地址的位數(shù)小于指令字長(zhǎng)的位數(shù),而存儲(chǔ)字長(zhǎng)可以等于指令字長(zhǎng),在分別假設(shè)形式地址為多少位,存儲(chǔ)字長(zhǎng)為多少位后進(jìn)行尋址范圍計(jì)算就可以獲得正確結(jié)論。另一方面,可以用微機(jī)原理的有效地址和物理地址的計(jì)算公式獲得正確結(jié)論。啟發(fā)式教學(xué)方法幫助學(xué)生掌握新知識(shí)并形成對(duì)硬件系統(tǒng)概念的認(rèn)知。在教學(xué)方式上還引入了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性,為學(xué)生營(yíng)造了探索知識(shí)的輕松氛圍,擴(kuò)充了學(xué)生研究問題的時(shí)間和空間,從本科階段就培養(yǎng)學(xué)生的科研能力,激發(fā)創(chuàng)新興趣,以學(xué)生為主體,注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。借助“微機(jī)原理與匯編語言”教學(xué)活動(dòng)的開展,采取多種行之有效的舉措完成學(xué)生專業(yè)能力的鍛煉。提高學(xué)生必備的專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)修養(yǎng),使其能靈活地將所學(xué)的理論知識(shí)用于實(shí)際問題的求解,學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、在實(shí)踐探索中獲得興趣,引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂內(nèi)外的教學(xué)和科研活動(dòng)中。在在線課堂和慕課上搜索大量教學(xué)視頻、文檔、圖片、微課、圖像、課件供學(xué)生輔助學(xué)習(xí)。
知識(shí)點(diǎn)多、信息量大、內(nèi)容繁雜、圖表豐富是“微機(jī)原理與匯編語言”這門課程內(nèi)容的突出特點(diǎn)。為了使“微機(jī)原理與匯編語言”這門課程獲得更好的教學(xué)效果,充分發(fā)揮多媒體教學(xué)這種教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì),在有限的時(shí)間內(nèi)加大課程信息量,提高課堂教學(xué)效率,直觀形象地展示教學(xué)內(nèi)容,全方位地對(duì)學(xué)生實(shí)施情景教學(xué),加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的印象,幫助學(xué)生理解抽象的理論,使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論產(chǎn)生直觀印象,在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索的興趣基礎(chǔ)上提高教學(xué)質(zhì)量。在教學(xué)過程中突破單一教學(xué)方法的局限,把幾種教學(xué)方法結(jié)合到一起實(shí)施到線上和線下的教學(xué)課堂中。在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中,根據(jù)課程內(nèi)容、實(shí)施效果靈活選擇和綜合使用實(shí)物演示法、操作演示法、多媒體演示法、教學(xué)體驗(yàn)法、傳統(tǒng)板書法與滲透教學(xué)法等多種教學(xué)方法。
“微機(jī)原理與匯編語言”這門課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性,具體實(shí)施時(shí)根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)度及時(shí)開展實(shí)驗(yàn),做到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論知識(shí)教學(xué)進(jìn)度相一致,為理論與實(shí)踐相結(jié)合提供可能。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,整理和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性和創(chuàng)新性并重,不僅能加深學(xué)生對(duì)理論課堂所學(xué)基本概念、基本理論的理解,而且又能提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。另外,兼顧其他課程,如《計(jì)算機(jī)組成原理》。特別是計(jì)算機(jī)組成原理中很多學(xué)生比較難懂的問題:已知幾個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí),并通過中斷屏蔽字設(shè)置中斷響應(yīng)順序后,幾個(gè)中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求后,如何正確繪制CPU 執(zhí)行程序軌跡。應(yīng)該在“微機(jī)原理與匯編語言”的實(shí)驗(yàn)中設(shè)置一個(gè)包含幾個(gè)中斷源的匯編程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。通過程序跟蹤,了解這樣的匯編程序如何執(zhí)行,就可以正確地繪制CPU 執(zhí)行程序軌跡。這樣的實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)了課程之間的聯(lián)系,也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)“微機(jī)原理與匯編語言”課程的重視程度。為了體現(xiàn)當(dāng)前教育發(fā)展的思想,豐富“微機(jī)原理與匯編語言”的實(shí)驗(yàn)種類,可以在“微機(jī)原理與匯編語言”編制時(shí)按照由淺入深的順序,設(shè)置4 個(gè)類型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,既有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),也有綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
考核是鑒別學(xué)生學(xué)習(xí)效果的主要方法。閉卷筆試是慣用的“微機(jī)原理與匯編語言”課程考核形式。但是,簡(jiǎn)單地使用這種考核方式并不科學(xué),不能夠全面地考核學(xué)生的能力,無法評(píng)定學(xué)生創(chuàng)新能力。因此,有必要改革課程考核方式,科學(xué)全面地考核學(xué)生,并體現(xiàn)考核的重點(diǎn),增加程序設(shè)計(jì)考核的比例。為了適應(yīng)信息化教學(xué)和考核的趨勢(shì),理論考核可以采取以下兩種考核辦法。第一種考核方法是對(duì)課程考核采取上機(jī)答卷和操作講解的混合方式。主要檢驗(yàn)學(xué)生掌握“微機(jī)原理與匯編語言”的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和必備常識(shí)的熟悉程度。理論考試的次數(shù)為2 次,可以安排與期中和期末考試同步進(jìn)行,也可以由任課教師根據(jù)教學(xué)情況自行調(diào)整。理論考核采取上機(jī)考核的方式,保證考試的公正性、公平性。而且考試結(jié)束后,機(jī)器將自動(dòng)依據(jù)設(shè)置的答案批閱客觀題。主觀題則由教師手動(dòng)批閱。第二種考核方法是對(duì)課程考核采取紙質(zhì)閉卷考試和操作講解的混合方式。這種考核方式雖然試卷采取紙質(zhì)的形式,但考試結(jié)束后,通過機(jī)器掃描將整張?jiān)嚲韨鞯浇虅?wù)系統(tǒng)上,客觀題也是由機(jī)器依據(jù)設(shè)置的答案自動(dòng)批閱。主觀題則由教師手動(dòng)批閱。
對(duì)于以上提到的這兩種考核方法,其中的操作講解考核方式提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度,培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和自信心。
平時(shí)成績(jī)考核占總成績(jī)的30%。以學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度,包括出勤情況、課堂表現(xiàn)、期中考試成績(jī)及作業(yè)情況為主要考核內(nèi)容。將平時(shí)成績(jī)?cè)O(shè)置為100 分,具體設(shè)定如下:出勤為20 分,期中考試成績(jī)?yōu)?0 分,課堂表現(xiàn)為30 分,作業(yè)測(cè)試為30 分。缺勤一次扣2 分,請(qǐng)假不扣分,課堂表現(xiàn)根據(jù)學(xué)生聽課狀況以及回答問題的積極性和正確性綜合評(píng)定。測(cè)試成績(jī)根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)作業(yè)以及平時(shí)測(cè)試的成績(jī)合計(jì)。
本文以“微機(jī)原理與匯編語言”教學(xué)范式改革為出發(fā)點(diǎn),明確了“微機(jī)原理與匯編語言”課程設(shè)計(jì)理念。為了切實(shí)做好“微機(jī)原理與匯編語言”課程的教學(xué)工作,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、課程考核方式和評(píng)閱方式四個(gè)方面提出了具體的改革方案,并舉了一些例子進(jìn)行佐證。將這些研究成果應(yīng)用于“微機(jī)原理與匯編語言”課程的教學(xué)實(shí)踐,必將對(duì)其具有很好的指導(dǎo)作用,也對(duì)其它課程具有示范和帶動(dòng)作用。