程紅 鄒甲 李軍 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 機(jī)電與信息工程學(xué)院 ，北京 100083

《微機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)方法的探索與實(shí)踐

程紅 鄒甲 李軍 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 機(jī)電與信息工程學(xué)院 ，北京 100083

日新月異發(fā)展的計(jì)算機(jī)科學(xué)以及我國(guó)不斷深入的教學(xué)改革給當(dāng)前微機(jī)原理課程的教學(xué)帶來了新的問題，需要教師在教學(xué)過程中采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法以引導(dǎo)學(xué)生。本文在對(duì)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性進(jìn)行探討基礎(chǔ)上，探討了一種課堂教學(xué)與課后自主學(xué)習(xí)、理論與工程實(shí)際相結(jié)合以推進(jìn)研究性教學(xué)的教學(xué)方法。

微機(jī)原理；教學(xué)方法；研究性教學(xué)

《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程是普通高等學(xué)校電氣工程與自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電子信息等電類專業(yè)的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后學(xué)習(xí)的第一門有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)、匯編語言，以及計(jì)算機(jī)接口技術(shù)的一門技術(shù)性課程。課程教學(xué)效果將直接影響“單片機(jī)原理與接口”、“計(jì)算機(jī)控制”、“可編程控制器PLC”、“DSP 數(shù)字信號(hào)處理”等電類專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。因此，“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)，不僅應(yīng)使學(xué)生從理論上掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成、基本工作原理及典型接口技術(shù)，還要從實(shí)踐方面建立微機(jī)系統(tǒng)整體概念，初步具備微機(jī)軟、硬件設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)其分析解決實(shí)際問題的能力。

由于當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展迅猛，新技術(shù)層出不窮，微機(jī)課程的教學(xué)面臨著許多新的問題，包括如何處理傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論和現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)之間的關(guān)系問題，課程教學(xué)內(nèi)容繁多與課時(shí)數(shù)相對(duì)減少問題、基本實(shí)驗(yàn)技能與綜合設(shè)計(jì)能力之間的關(guān)系問題等等。[1]下面將結(jié)合筆者近年的教學(xué)實(shí)踐，從幾個(gè)方面對(duì)電類專業(yè)微機(jī)原理課程的教學(xué)方法進(jìn)行探討。

1 教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性

微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得“教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性”的關(guān)系問題在微機(jī)原理課程教學(xué)更為突出。一味地追求教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，必將導(dǎo)致課程教學(xué)內(nèi)容繁雜、知識(shí)點(diǎn)相對(duì)零散,使初學(xué)者感到內(nèi)容抽象、難以理解。另一方面，微機(jī)原理相關(guān)教材的編寫總是落后于技術(shù)發(fā)展的步伐，而教學(xué)內(nèi)容只停留在現(xiàn)有教材層面，又會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此,正確處理教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性，對(duì)提高課程的教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣有著重要的意義。

電類專業(yè)的“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程為專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。對(duì)于該類課程的教學(xué)，筆者贊同如下觀點(diǎn)，即大學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)不同于專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，必須強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)。作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，微機(jī)原理教學(xué)內(nèi)容組織的指導(dǎo)思想是：從基本概念、基本分析方法和基本能力的培養(yǎng)入手，在保證基礎(chǔ)的前提下，吸收計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中涌現(xiàn)的新技術(shù)，科學(xué)合理地更新課程內(nèi)容，保持先進(jìn)性和時(shí)代性[1-2]。

微機(jī)原理課程教學(xué)首先遇到的就是微處理器的選擇問題。從1971年，英特爾公司推出的全球第一款微處理器開始，微機(jī)原理課程教學(xué)的主要內(nèi)容——微處理器，經(jīng)歷了Zilog Z80、Intel8088/8086、Intel80286/386，到Intel Pentium奔騰處理器，可供教學(xué)選擇的微處理器非常廣泛。盡管在現(xiàn)代微機(jī)中出現(xiàn)了很多高端技術(shù),但是整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)沒有實(shí)質(zhì)性的改變。因此,為了便于初學(xué)者把握整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的架構(gòu)，避免糾纏于高端CPU的一些技術(shù)細(xì)節(jié)中，筆者在教學(xué)內(nèi)容的選擇上,仍一直選用基于Intel系列16位經(jīng)典CPU 8086。通過詳細(xì)講解8086/8088微處理器，使學(xué)生掌握微處理器的基本架構(gòu)、管腳信號(hào)、總線時(shí)序、指令系統(tǒng)等微機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)。

在保證基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的前提下，適時(shí)合理地引入現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)中具有代表性的新技術(shù)。如通過講解8086微處理器的BIU和EU并行工作的架構(gòu)，使學(xué)生理解并行流水線技術(shù)在微機(jī)的指令流水線技術(shù)的應(yīng)用，這種并行流水線結(jié)構(gòu)雖然不能與現(xiàn)代CPU的指令流水線相提并論，但它為現(xiàn)代流水線技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)高端CPU的高性能超標(biāo)量流水線技術(shù)、分支預(yù)測(cè)等技術(shù)的介紹，開闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 課堂教學(xué)與課后自主學(xué)習(xí)相結(jié)合

隨著本科課程體系的不斷改革，本科教學(xué)計(jì)劃也在不斷進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于電類專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的修訂，在總學(xué)時(shí)不增多的情況下，不僅課程門數(shù)要求增加，而且要求突出實(shí)踐教學(xué)，增加綜合性設(shè)計(jì)性課程設(shè)計(jì)，因此勢(shì)必減少了部分專業(yè)基礎(chǔ)必修課程的學(xué)時(shí)數(shù)。

目前中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)的《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程為專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，64學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)課時(shí)12學(xué)時(shí)。該課程具有教學(xué)內(nèi)容多，信息量大，知識(shí)點(diǎn)零散，課程理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的特點(diǎn)；尤其是該課程還有一個(gè)特點(diǎn)就是技術(shù)發(fā)展快，教材內(nèi)容總是落后于實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。因此，筆者贊成“重點(diǎn)講授、引導(dǎo)自學(xué)”的教學(xué)方法[1-2]，將需要掌握的微機(jī)系統(tǒng)中最基本、帶有共性的內(nèi)容，作為教學(xué)的重點(diǎn)，在課堂上仔細(xì)講解、詳細(xì)剖析；同時(shí)對(duì)需要學(xué)生了解的當(dāng)前微機(jī)技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)，給出引導(dǎo)思路和學(xué)習(xí)方法，詳細(xì)內(nèi)容鼓勵(lì)學(xué)生通過課外自主學(xué)習(xí)完成。這樣不僅解決了課堂學(xué)時(shí)不夠的問題，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。筆者一直在課堂上強(qiáng)調(diào)，微機(jī)課程的課堂學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)原理固然重要，但更重要的是通過課堂教師的講解，學(xué)習(xí)該門課程的學(xué)習(xí)方法和實(shí)踐方法。

比如，對(duì)于串行通信的數(shù)據(jù)校驗(yàn)章節(jié)，一般課堂上只對(duì)數(shù)字通信中的差錯(cuò)控制技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，同時(shí)要求學(xué)生掌握最基本的也是最簡(jiǎn)單的奇偶校驗(yàn)。對(duì)于目前工程設(shè)計(jì)中常用的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），由于課時(shí)有限，課堂上只能幾句話帶過。筆者在教學(xué)過程中，將會(huì)引導(dǎo)學(xué)生充分利用圖書館資源和網(wǎng)絡(luò)資源。要求課后自主查找文獻(xiàn)，并撰寫相關(guān)文獻(xiàn)閱讀報(bào)告。另外，在課堂中只要遇到常用接口芯片，一定引導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)芯片的英文手冊(cè)，筆者認(rèn)為這對(duì)學(xué)生今后進(jìn)行相關(guān)電路設(shè)計(jì)將大有益處。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，要求設(shè)計(jì)者具有較高的專業(yè)英文文獻(xiàn)及手冊(cè)的閱讀能力，筆者認(rèn)為引導(dǎo)學(xué)生閱讀常用接口芯片英文手冊(cè)，是進(jìn)行微機(jī)原理雙語教學(xué)的一種有效的方法。當(dāng)然，課堂上教師只能利用少部分時(shí)間進(jìn)行引導(dǎo)教學(xué)，專業(yè)外語閱讀理解能力的提高，還需要學(xué)生在課后多練習(xí)。

3 結(jié)合工程實(shí)際，推進(jìn)研究性教學(xué)

教育部在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中明確指出“積極推動(dòng)研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”。因此，實(shí)施研究性教學(xué)，激勵(lì)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉和培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，是高校教育教學(xué)改革的重要課題[3]。

“微機(jī)原理及應(yīng)用”是技術(shù)性、工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，如何在該課程中發(fā)揮教師科研優(yōu)勢(shì)，結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行研究性教學(xué)，是目前各高校相關(guān)教師關(guān)注的問題。[4-5]微機(jī)原理課程教學(xué)的研究性可以體現(xiàn)在許多方面，目前比較受關(guān)注的主要集中在綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)上。本文更想強(qiáng)調(diào)的是教師的主導(dǎo)作用，教師如何利用有限的課堂時(shí)間，結(jié)合工程實(shí)際問題，更好地啟發(fā)學(xué)生，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣。

舉例來說，在講解串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一般教材只限于RS-232-C接口。筆者在教學(xué)過程中，將內(nèi)容適當(dāng)擴(kuò)充至目前常用的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，如RS485網(wǎng)絡(luò)。課堂上結(jié)合RS485通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)主從通信方式進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生課后查閱文獻(xiàn)，擴(kuò)充課外知識(shí)。

再如，在講解可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器章節(jié)時(shí)，結(jié)合科研課題，如“高壓開關(guān)測(cè)試儀”、“煤礦礦井頂板位移監(jiān)測(cè)”等項(xiàng)目，通過光柵位移傳感器與計(jì)數(shù)器結(jié)合，介紹一種工程實(shí)用的位移量檢測(cè)方法的基本原理。同時(shí)通過提出“如何判斷開關(guān)動(dòng)觸頭的位移方向”等實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)有余力的同學(xué)課后進(jìn)行更深入的探討。之后，還可引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用計(jì)數(shù)器進(jìn)一步測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速問題，課程最后要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)完成“直流電動(dòng)機(jī)速度閉環(huán)控制”的綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生從理論到實(shí)踐全方位地進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，收到了較好的教學(xué)效果。

4 結(jié)語

微機(jī)原理課程的研究性教學(xué)是一種新的教學(xué)理念，需要教師不斷探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法，將教師研究性教學(xué)與學(xué)生研究性學(xué)習(xí)、課內(nèi)講授與課外實(shí)踐、以課堂教材引導(dǎo)與課外閱讀自學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)理念。

“微機(jī)原理與應(yīng)用”的研究性教學(xué)，不僅體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)章節(jié)，還體現(xiàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)的各個(gè)方面。因此，研究性教學(xué)對(duì)教師提出了更高的要求，需要教師認(rèn)真提煉教學(xué)內(nèi)容，在緊抓基礎(chǔ)理論的同時(shí)，不斷結(jié)合自身科研及工程實(shí)踐，將最新技術(shù)引入課堂，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

[1]王志軍, 王克義, 楊延軍.微機(jī)原理教學(xué)中幾個(gè)問題的探討[J].計(jì)算機(jī)教育.2010 (7) : 64-66

[2]王克義.非計(jì)算機(jī)專業(yè)微機(jī)原理課程的改革實(shí)踐與研究[J].計(jì)算機(jī)教育.2005 (11): 37-39.

[3]教育部高教司.關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見,教高[2005]1號(hào)文件.2005

[4]紀(jì)多多.實(shí)施研究性教學(xué)提高學(xué)生創(chuàng)新能力若干問題探析[J].經(jīng)濟(jì)師.2010 (6): 137-138.

[5]池進(jìn).創(chuàng)新教育教學(xué)方法 提高教學(xué)質(zhì)量.高等理科教育.2008 (6):70-72

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.084

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