李忠武 陳麗清

【摘 要】創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，需要社會(huì)和學(xué)校各方面的共同努力。本文就“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中如何注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)談?wù)勎覀兊淖龇ê腕w會(huì)。

【關(guān)鍵詞】微型機(jī)硬件；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

1.問(wèn)題的提出

所謂創(chuàng)新能力，應(yīng)是具有科學(xué)的質(zhì)疑能力及獨(dú)立思考和實(shí)踐的能力。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家建設(shè)不僅需要具有一定理論研究能力的研究型人才，更需要既具備理論基礎(chǔ)、又具有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力的應(yīng)用型人才，這就為大學(xué)的教育提出了新的要求。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)高校在教學(xué)過(guò)程中還大多是以應(yīng)試教育傳授知識(shí)為教學(xué)主體，采取的是教師授課、學(xué)生聽(tīng)講、以理論學(xué)習(xí)為主的方式。學(xué)生基本處于被動(dòng)接受狀態(tài)，教師很少注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。經(jīng)過(guò)四年的本科學(xué)習(xí)，畢業(yè)的學(xué)生基本都具有以下兩個(gè)特點(diǎn)。

（1）具備一定的基礎(chǔ)理論和相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，但實(shí)際應(yīng)用能力比較弱；

（2）基本是全盤(pán)接收和消化教師所講授內(nèi)容，缺乏自主創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

以這種方式培養(yǎng)出的學(xué)生，從近的角度講，由于應(yīng)用能力較差，畢業(yè)后在工作上不能很快上手，難以達(dá)到用人單位的初步要求；從遠(yuǎn)的方面看，它嚴(yán)重影響了我國(guó)科技的進(jìn)步，也影響了我國(guó)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。

以上這些問(wèn)題在計(jì)算機(jī)類(lèi)課程的教學(xué)中也不同程度地存在著。在國(guó)內(nèi)有關(guān)軟件方面，特別是高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方面的書(shū)籍很多。另外，從事軟件設(shè)計(jì)和編程所需要的條件也比較簡(jiǎn)單，有一臺(tái)PC機(jī)和相關(guān)軟件環(huán)境就可以工作，故學(xué)生對(duì)軟件的學(xué)習(xí)比較有興趣，也容易上手。相反，硬件系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)和調(diào)試方面的書(shū)籍卻較少，且需要一定的實(shí)驗(yàn)條件。因此，雖然也有許多學(xué)生對(duì)硬件的設(shè)計(jì)有很大興趣，但局限于各種原因，不是難以實(shí)現(xiàn)，就是有一定的畏懼感，結(jié)果造成了長(zhǎng)于硬件設(shè)計(jì)的學(xué)生少之又少。

為了改變這種社會(huì)現(xiàn)狀，培養(yǎng)更多的既具備一定的硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、又具有一定的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用能力的綜合人才，同時(shí)也為了提高學(xué)生對(duì)微機(jī)原理課程的學(xué)習(xí)興趣、提高對(duì)硬件系統(tǒng)的認(rèn)知能力和接口電路的設(shè)計(jì)能力，我們對(duì)課程教學(xué)等方面進(jìn)行了一系列改革外，更在教學(xué)實(shí)驗(yàn)上做了一些探索，力求提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三個(gè)層次

針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的必修課程，也是學(xué)生們學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難的一門(mén)課程。在多年的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)主要集中在以下三個(gè)方面。

（1）結(jié)構(gòu)和原理。主要是由于它們的抽象性，微型機(jī)不同于一般的機(jī)器，主要由大規(guī)模集成電路組成。我們看得到CPU，但看不到它的構(gòu)成；看得見(jiàn)內(nèi)存條，但看不到里面的數(shù)據(jù)。所以，硬件系統(tǒng)雖然很實(shí)在地?cái)[在我們面前，但它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理卻很抽象。

（2）匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。匯編語(yǔ)言不僅是計(jì)算機(jī)能提供給用戶的最快、最有效的語(yǔ)言，也是能夠利用計(jì)算機(jī)所有硬件，并能直接控制硬件的唯一語(yǔ)言。要真正理解計(jì)算機(jī)的工作原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)的直接控制，必須學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言。

（3）硬件線路的設(shè)計(jì)。相對(duì)而言，學(xué)生對(duì)軟件的熟悉程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬件。特別是非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，在電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)較弱，使得在硬件系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，特別是接口電路的設(shè)計(jì)上存在一定的困難。

以上三個(gè)方面的知識(shí)，實(shí)際上就是這門(mén)課的主要內(nèi)容。要解決學(xué)生在學(xué)習(xí)上的困難，僅靠課堂上的理論講授是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，那些抽象的內(nèi)容也是很難讓學(xué)生完全理解的。只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生自己動(dòng)起手來(lái)，才能真正達(dá)到熟練掌握的目的。

為了加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，我們將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)屬于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)屬于課外開(kāi)放實(shí)驗(yàn)。

2.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)單一知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證。如在匯編程序設(shè)計(jì)部分，對(duì)各大類(lèi)指令都設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以幫助理解這些指令的功能和執(zhí)行過(guò)程。如：數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)和邏輯運(yùn)算、字符及字符串的輸入和輸出等。在接口電路部分有：I/O地址譯碼、存儲(chǔ)器擴(kuò)充、簡(jiǎn)單并行接口實(shí)驗(yàn)以及可編程接口芯片的基本實(shí)驗(yàn)（8255并行接口和8253定時(shí)器等）。

2.2 綜合實(shí)驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)通常是在一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目中綜合了幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，目的是幫助學(xué)生進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂所學(xué)內(nèi)容的理解。如：綜合程序設(shè)計(jì)、交通燈控制實(shí)驗(yàn)、串行通信接口實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)等。由于這類(lèi)實(shí)驗(yàn)具有一定的難度，教師一般都會(huì)做一定的講解或在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中作詳細(xì)的說(shuō)明。

2.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

無(wú)論是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)還是綜合實(shí)驗(yàn)，都屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的就是幫助學(xué)生加深對(duì)書(shū)本知識(shí)的了解和印象。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)都有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，學(xué)生基本上是按照指導(dǎo)書(shū)上詳細(xì)的講授一步一步完成，難以激發(fā)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考的熱情以及進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。由于課程本身安排的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)只有14學(xué)時(shí)，在這個(gè)課時(shí)內(nèi)已不可能安排更多的能發(fā)掘?qū)W生創(chuàng)新潛力的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容了。

為了培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和實(shí)踐的能力、激發(fā)大家學(xué)習(xí)微機(jī)原理的興趣、為今后的工作打下一點(diǎn)實(shí)際應(yīng)用能力方面的基礎(chǔ)，我們把一些具有開(kāi)拓思維、創(chuàng)新性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)以課外開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的形式開(kāi)設(shè)，彌補(bǔ)了課內(nèi)學(xué)時(shí)的不足，為學(xué)生提供了自己動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試的機(jī)會(huì)。

3.開(kāi)放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

由于開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)需要課外進(jìn)行，不僅學(xué)生要有熱情，教師也必須付出一定的勞動(dòng)，同時(shí)還需要實(shí)驗(yàn)室配合。在開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐中，我們總結(jié)出以下幾個(gè)方面的必要因素及相應(yīng)的解決辦法：

（1）要使學(xué)生愿意參與。學(xué)生們往往有一種顧慮，就是怕做不好。對(duì)此我們除在思想上給與鼓勵(lì)外，就是要采取做不出來(lái)沒(méi)有關(guān)系，而做好了會(huì)在期末成績(jī)中給予一定獎(jiǎng)勵(lì)的方法。讓學(xué)生自愿報(bào)名，中途如果因?yàn)閷W(xué)業(yè)或其他方面的原因而無(wú)法繼續(xù)，也可隨時(shí)退出。

（2）需要提供一定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件。我們教學(xué)中心的硬件實(shí)驗(yàn)室以往只用于課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)。開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)期間，由教師輪流值班，為參加課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)生免費(fèi)開(kāi)放，另外還提供實(shí)驗(yàn)中需要的器材等。

（3）要使學(xué)生知道做什么。一般情況下，我們建議學(xué)生在自己所學(xué)專(zhuān)業(yè)中找課題，也可自己設(shè)計(jì)一個(gè)課題，然后用課程所學(xué)知識(shí)來(lái)解決。對(duì)于一部分很愿意參加，卻不知道該做什么課題的同學(xué)，我們則根據(jù)學(xué)生的能力和專(zhuān)業(yè)方向，分別設(shè)計(jì)了一些匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和接口電路應(yīng)用方面的題目，學(xué)生們可從中選取感興趣的來(lái)做。

（4）要立足于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以小組為單位，也可一人一組。要求最終提交完整的設(shè)計(jì)文檔和運(yùn)行文件。整個(gè)過(guò)程中，從資料查找、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、電路連接、系統(tǒng)調(diào)試直到最后的文檔編寫(xiě)，我們都鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成，教師只進(jìn)行必要的指導(dǎo)。

（5）杜絕“搭車(chē)”現(xiàn)象。為保證公平性，文檔提交后我們對(duì)每一位參加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)生都進(jìn)行答辯，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況和答辯結(jié)果給出相應(yīng)的成績(jī)，并將部分優(yōu)秀作品發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上。

（6）提高教師的積極性。開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，從題目設(shè)置、人員管理、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放到最后的答辯、文檔匯總及優(yōu)秀作品評(píng)選，教師都需要付出很多精力。為了鼓勵(lì)教師在這方面工作的積極性，教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心每學(xué)期都會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，給予教師一定的獎(jiǎng)勵(lì)。

4.結(jié)束語(yǔ)

“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程內(nèi)容比較龐雜，涵蓋的知識(shí)點(diǎn)較多，包含了微型機(jī)硬件系統(tǒng)的組成、匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)方法及接口技術(shù)三大部分。學(xué)習(xí)中既需要一定的電子線路基礎(chǔ)，還需要一定的抽象思維和邏輯思維能力，僅依靠課堂上的理論教學(xué)學(xué)生很難理解。如果輔助一些驗(yàn)證性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，就能幫助學(xué)生基本掌握講授內(nèi)容。但由于這類(lèi)實(shí)驗(yàn)一般都有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，難以提高學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。為此，我們?cè)O(shè)立了三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。它不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課的興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立研究的能力。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)也為教師提出了更高的要求。在幾年的教學(xué)改革實(shí)踐中，我們深感只有不斷提高自身學(xué)術(shù)水平、緊跟學(xué)科發(fā)展，才能真正承擔(dān)起課程教學(xué)的工作。而提高學(xué)術(shù)水平的重要手段之一就是從事一定的相關(guān)科學(xué)研究。為此，我們?cè)谕瓿山虒W(xué)任務(wù)的同時(shí)，還先后承擔(dān)了科技攻關(guān)、教學(xué)改革和一些橫向科研任務(wù)，通過(guò)科研活動(dòng)提高業(yè)務(wù)水平，并把從事科研的心得體會(huì)及時(shí)教授給學(xué)生，使他們能夠迅速掌握一些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技巧，為今后的科研實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。另外，承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的教師也只有與科研活動(dòng)結(jié)合起來(lái)，才能真正具備指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放式綜合實(shí)驗(yàn)的能力。

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[4]唐永紅，龔安.微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)[J].

作者簡(jiǎn)介：

李忠武（1976—），男，云南保山人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)。

陳麗清（1977—），女，云南大理人，大學(xué)本科，副教授，主要研究方向：聲樂(lè)教學(xué)。