摘要：微機原理與接口技術是電子信息類本科專業(yè)的重要專業(yè)課程，內容龐雜抽象，實踐性強。通過在保持基本內容穩(wěn)定的基礎上引入前沿內容，提倡充分利用多媒體手段、網絡手段和先進的虛擬儀器和仿真技術，本文從課程內容優(yōu)化、課堂教學方式的優(yōu)化和實踐教學環(huán)節(jié)優(yōu)化三個方面探索提高教學效果的途徑。
　　關鍵詞：微機原理與接口技術；教學改革；實驗教學
　　
　　微機原理與接口技術是高等學校電子信息類專業(yè)的主干本科專業(yè)課程。該課的教學目的是，通過本課程的學習，學生從應用的角度出發(fā)，在理論和實踐的基礎上掌握微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言程序設計、接口電路及硬件的連接，建立系統的整體概念，具有微機應用系統軟、硬件開發(fā)的初步能力[1]?？梢?，課程內容兼顧了硬件和軟件兩方面的特點，具有涉及的知識面廣、實踐性強的特點，而且隨著當代信息科學技術的發(fā)展和社會對人才要求的提高，各種新型的微型計算機技術和虛擬仿真和設計技術大量使用[2-4]，所以有必要對這門課程進行教學改革和優(yōu)化[5-7]，達到教學相長的目的。
　　1課程內容與結構優(yōu)化
　　微機原理與接口技術課程以高級語言程序設計、數字/模擬電子技術為前級課程，概念多、專有名詞多、接口芯片多，學生普遍反映課程內容抽象，學起來較困難，從而失去了學習的信心，教學效果不理想。但是該課程是后續(xù)課程，如單片機技術、可編程控制器原理及應用、DSP原理及應用、嵌入式系統設計、計算機控制技術等課程學習的重要基礎，具有重要的地位，如圖1所示。因此，對該課程的教學內容和結構進行優(yōu)化具有很大意義。
　　計算機科學發(fā)展迅猛，新技術層出不窮，從八十年代初的8位機Z80模型機到現在的Pentium系列模型機或高端嵌入式技術，相應地，微機課程的教學對基礎性、先進性和前沿性都有很高的要求，要求對傳統和現代的內容進行協調。
　　大學專業(yè)課程教學不同于職業(yè)技術培訓[8]，必須強調培養(yǎng)學生的專業(yè)基礎和分析能力，為進一步的深造作應有的準備，而不能盲目追求最新或最實用技術的講解介紹。因此，微機原理教學內容組織的指導思想是：從熟悉基本原理、基本概念入手，培養(yǎng)學生的分析和擴展能力，在保證基礎的前提下，注意引入計算機發(fā)展中涌現的新技術，科學合理地更新課程內容，保持先進性和時代性。
　　首先，由于這門課程概念多、比較抽象、內容相對枯燥，在具體課程內容組織中，教師仍舊以Intel的16位微處理器8086為主，詳細講解其執(zhí)行部件EU和總線接口部件BIU架構、管腳定義與作用、各種總線操作時序、指令系統和匯編程序設計方法。在I/O接口部分，則以并行接口、串行接口和定時器/計數器接口為例，教師重點講解I/O接口的基本原理及典型電路。因為以8086 CPU為核心的講授在內容和方法上都比較成熟，有利于基本概念和基本原理的引入介紹。教學實踐證明，如果一下子將教學內容全面提升到32位，如Pentium系列微機，則很多概念和技術成了沒有根基的東西，學生糾纏于高端CPU的技術細節(jié)中，無法理解和領會微機硬件結構和接口技術發(fā)展的過程，學習起來難度太大，無法達到應有的教學效果。
　　其次，在教學內容中適當地補充最新的微機技術，并保持對國外原版計算機系列優(yōu)秀教材的關注，主動學習和消化吸收其先進的技術和方法，將之引入課程教學中。例如，筆者在教學中將ARM32位嵌入式芯片的開發(fā)技術引入到課程內容講解中，使大學的課程教學能和現階段主流項目研發(fā)中使用的技術相銜接，開闊了學生的視野，也為學生走出課堂、適應社會技術發(fā)展作準備。
　　2課堂教學方式優(yōu)化
　　2.1靈活應用多媒體教學輔助手段
　　在教學中，良好的教學方式和手段是通過課程內容傳授培養(yǎng)學生能力和素質的保證。在微機原理課堂教學中，相當多的內容只是用文字描述和定義，其對象看不見、摸不著，學生普遍感覺比較抽象和枯燥，只知其然不知其所以然。因此，必須要摒棄傳統照本宣科的講授方法，通過多媒體輔助教學手段的靈活應用加以改變。多媒體技術是先進的計算機技術與視頻、音頻和通信等技術融為一體而形成的新技術。通過使用多媒體教學手段，把文字、圖形、聲音、動畫等媒體形式有機地組合在一起，抽象知識具體化和形象化，可以有效加強學生的理解和記憶。
　　例如，在講授指令系統的尋址方式時，教師可以把執(zhí)行部件EU、接口部件BIU和存儲器等部件執(zhí)行不同尋址方式指令的變化，做成Flash課件演示。讓學生清楚地了解指令執(zhí)行過程中EU、BIU中的寄存器等部件以及存儲器存儲單元中內容的變化，并理解各部件之間的構造、功能和指令執(zhí)行過程中的互相配合過程。這樣一來，學生通過感性的認識，可以記得更加牢靠。
　　2.2引入現代仿真技術加強教學
　　隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬儀器和仿真技術已經成為現代科學研究和技術開發(fā)的利器。同樣，將這些現代仿真技術引入課堂教學中，彌補課堂教學中只有枯燥講解而缺乏實際操作環(huán)境的不足，可以大大提高教學質量。
　　例如，EMU8086仿真軟件可以很好地輔助課堂教學。EMU8086是基于8086 CPU的仿真軟件，與8086的功能十分相近，其內部集成了匯編程序編輯器、匯編器、連接器、參考資料、例程、學習指南和虛擬硬件等。它能模擬真實微處理器的每一步驟，并顯示內部寄存器、存儲器、堆棧、變量和標志寄存器，而且其中任何一個數值都可通過鼠標雙擊來改變。同時，它還虛擬了微機顯示器、交通紅綠燈、直流步進電機、LED等外設，因此是一款可以很好地輔助微機原理教學的仿真軟件。圖2所示是筆者將EMU8086用于輔助匯編語言程序設計教學的例子。由圖可知，程序可以單步執(zhí)行或全速執(zhí)行，每步執(zhí)行過程中，各寄存器內容變化一目了然，學生可以設置觀察窗口觀察變量與堆棧變化等。其他的仿真軟件有Proteus等。
　　2.3加強網絡教學平臺的應用
　　為了延伸課堂教學，打破課堂教學時間和空間的限制，筆者將網絡技術的發(fā)展引入微機原理課程的教學中，建立了網絡教室。課堂教學的每個課件和多媒體動畫都會上傳到網絡教室中，學生可以在課前下載預習，提高課堂的參與度。同時，網絡教室也提供工程項目技術資料、課外擴展閱讀材料以及其他相關英文資源、國外著名高校的課堂講課錄像等，學生在這里可以獲取原汁原味的國外相關技術知識。網絡教室不僅提供了一個資源共享的網絡平臺，還可以使老師和學生突破時空局限，通過網上授課、網上提問、網上作答甚至網上實驗和網上考試等，更大程度地提高學生與老師交流的便利性。
　　3實踐教學環(huán)節(jié)優(yōu)化
　　3.1上機實習和操作實驗結合，增加設計性實驗
　　如前所述，微機原理與接口技術是實踐性和操作性很強的課程，實驗環(huán)節(jié)是課程教學的重要方面。筆者根據教學實際需要，把實驗劃分成上機實習和操作實驗兩部分。
　　上機實習是理論課程的上機作業(yè)，主要針對指令系統和匯編語言程序設計的學習。由淺入深地分為驗證性題目和設計性題目。在教學實踐中，筆者要求學生在個人電腦上安裝EMU8086仿真軟件，進行程序的編制和調試，并最終提交上機實習報告。
　　操作實驗需要到實驗室進行，實驗內容也是由淺入深地分為I/O接口基礎實驗和設計性綜合實驗兩部分。主要針對微機I/O接口的學習和系統綜合設計能力培養(yǎng)。I/O接口基礎實驗是為了鞏固學生對基礎理論知識的理解，并培養(yǎng)學生基本的實驗操作技能和方法；設計性綜合實驗是以某一設計目標為導向的開放性設計題目，學生也可以在教師的指導下自擬設計性實驗題目。
　　
　　以前的微機原理實驗教學都是在設定好的條件和環(huán)境下進行驗證性實驗，學生學習的積極性和創(chuàng)造力都沒有得到發(fā)揮。筆者進行實踐教學環(huán)節(jié)的優(yōu)化，將上機實習和操作實驗靈活結合，有效地協調教學內容多和教學學時數逐步減少的矛盾，有利于學生課后的學習思考、鞏固加深。而且設計性實驗的開出可以鍛煉學生的綜合程序設計能力和綜合創(chuàng)新能力。
　　3.2先進虛擬仿真技術在實驗中的應用
　　根據實際教學經驗，在操作實驗中，因為實驗時間較短，學生沒有充分時間對一些異?，F象或程序預期輸出和實際輸出不相符的情況進行仔細觀測、研究和試驗，只得草草收兵?；蛴捎趯嶒炘O備的大部分連線已經固定，學生實際連線操作較少或較簡單，實驗未能使學生對理論課程內容有深刻的感性理解。甚至由于實驗設備接口的頻繁插拔，造成設備的損壞而一時難以修復，導致實驗無法繼續(xù)進行。
　　因此，我們在課程教學，特別是實驗教學中引入了先進的虛擬儀器仿真技術-Proteus，來彌補實驗室實驗的缺陷，增加實驗的靈活性，加深學生對課程內容的理解。
　　Proteus是一款嵌入式系統設計和仿真軟件，可以分析、仿真各種模擬器件和集成電路，同時提供示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等虛擬儀器儀表。在Proteus7.5SP3版本中，已經開始提供對8086芯片及相關接口的支持，可以用于微機原理實驗教學的虛擬仿真。圖3給出了一個利用8086 CPU、8255A，8251A和8253A進行綜合設計的仿真原理圖，加上相應匯編程序，則可實現計算器的仿真。
　　同樣地，我們可以利用Proteus實現微機原理實驗教學中的內存擴展、并行接口、串行接口、A/D和D/A轉換、中斷等實驗。同時，也可以利用Proteus仿真軟件進行開放性實驗的設計，提高學生的綜合知識應用能力。
　　4結論
　　從實際教學效果來看，通過從課程內容與結構的優(yōu)化、課堂教學方式的優(yōu)化和實踐教學環(huán)節(jié)的優(yōu)化三個方面對微機原理與接口技術課程進行改革后，學生學習的積極主動性有了明顯提高，課堂氣氛活躍，參與度高。對相關后續(xù)課程和設計的跟蹤調查也表明，學生在此課程中普遍提高了知識綜合和設計能力。
　　
　　參考文獻：
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