張洪來 鄢艷紅 陳浩

摘要：《計算機(jī)接口技術(shù)》是計算機(jī)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，該文針對課程學(xué)時少、內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在組織優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、采用多種教學(xué)方法和手段、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次化設(shè)計等方面提出了一系列改革措施，達(dá)到了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞： 計算機(jī)接口技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)方法；層次化設(shè)計

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）01-0114-03

Research on Teaching Reform of Computer Interface Technology

ZHANG Hong-lai， YAN Yan-hong， CHEN Hao

（School of Medical Information Engineering， Guangzhou University of Chinese Medicine， Guangzhou 510006， China）

Abstract： Computer interface technology is an important professional course to the major of medical information engineering. With the course theoretical and Strong practical， a series of reform measures such as optimizing teaching contents， applying a variety of teaching methods and hierarchical design of three levels on experimental content s are put forword to achieve the goals of inspiring students' enthusiasm for learning， and improving the effect of teaching.

Key words： computer interface technology； teaching reform； teaching method；hierarchical design

1 概述

“計算機(jī)接口技術(shù)”課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，是大學(xué)生掌握計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識和常用接口技術(shù)的入門課程[1]。通過該課程的學(xué)習(xí)，深入了解微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成、工作原理以及常用接口技術(shù)，培養(yǎng)具有一定的計算機(jī)軟硬件開發(fā)能力、獨(dú)立分析和解決問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

“計算機(jī)接口技術(shù)”是一門理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，具有理論性強(qiáng)、概念抽象、知識點(diǎn)多、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生普遍反映課程內(nèi)容難于理解，學(xué)習(xí)難度較大，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，同時學(xué)生普遍存在“欺軟怕硬”、“重軟件、輕硬件”的現(xiàn)象，從而影響了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果[2]。面對如何發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，并在有限的學(xué)時內(nèi)，取得更好的學(xué)習(xí)效果的問題，該文結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，對課堂教學(xué)重新設(shè)計并使用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段以及在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面進(jìn)行了初步的探討。

2 課堂教學(xué)設(shè)計

根據(jù)國家教育部新專業(yè)的基本要求和學(xué)分制教學(xué)改革的需要，廣州中醫(yī)藥大學(xué)計算機(jī)專業(yè)2011級在校學(xué)生實(shí)行新的學(xué)分標(biāo)準(zhǔn)，課時由原來的72學(xué)時調(diào)整為64學(xué)時，課程學(xué)時數(shù)減少，需要重新組織、優(yōu)化教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，整合教育資源，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時進(jìn)度安排，使之在有限的學(xué)時內(nèi)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，提高教學(xué)效率。

2.1充分利用先修課程知識，承上啟下

計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前，已經(jīng)完成“數(shù)字邏輯”、“電路基礎(chǔ)”、“普通物理”、“模擬電子技術(shù)”、“C語言程序設(shè)計”、“計算機(jī)組成原理”等專業(yè)必修基礎(chǔ)課程中的部分或全部課程，為此課程的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)[3]。以廣州中醫(yī)藥大學(xué)計算機(jī)專業(yè)2011級本科生為例，按照教學(xué)計劃和教學(xué)大綱的要求，先修課程有C語言程序設(shè)計、數(shù)字電路、模擬電子技術(shù)、計算機(jī)組成原理等課程，學(xué)生有了一定的基礎(chǔ)。本課程對其他課程里已講解的知識內(nèi)容，不再重復(fù)，直接使用，節(jié)約課時，以便把更多的時間放在其他重要的新知識上。先修課程中已涉及的知識內(nèi)容并與本課程內(nèi)容直接相關(guān)的知識有：如數(shù)制、碼制內(nèi)容在計算機(jī)概論、C語言、數(shù)字邏輯、計算機(jī)組成原理中都有涉及，在微型計算機(jī)系統(tǒng)概述部分不再重復(fù)；原碼、反碼、補(bǔ)碼相關(guān)知識和概念以及時鐘周期、機(jī)器周期、指令周期、尋址方式概念、存儲器相關(guān)概述等內(nèi)容在計算機(jī)組成原理中專門有相關(guān)的章節(jié)進(jìn)行介紹并講解，在本課程的微機(jī)總線章節(jié)和存儲器章節(jié)相同內(nèi)容不再重復(fù)，直接承上啟下引用知識到本課程中，為本課程新的知識內(nèi)容的開展做好鋪墊。門電路、3-8譯碼器、七段數(shù)碼管、D/A轉(zhuǎn)換器原理等內(nèi)容在數(shù)字電路課程中有詳細(xì)講解，在本課程的輸入輸出接口以及D/A轉(zhuǎn)換相關(guān)章節(jié)簡單概括，承接本課程的新知識。先修課程的知識為本課程起到了承上啟下的作用，促進(jìn)了課程之間的知識的銜接與連貫，也體現(xiàn)了課程之間的關(guān)聯(lián)性。

2.2優(yōu)化重組教學(xué)內(nèi)容，使課程內(nèi)容緊湊連貫

本校學(xué)生沒有單獨(dú)開設(shè)匯編語言程序設(shè)計課程，沒有匯編語言基礎(chǔ)，而計算機(jī)接口技術(shù)課程需要匯編語言知識，故本課程實(shí)際教學(xué)內(nèi)容包括三個模塊：微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計及接口技術(shù)?！坝嬎銠C(jī)接口技術(shù)”課程是計算機(jī)專業(yè)學(xué)生繼“計算機(jī)組成原理”之后開設(shè)的第二門硬件必修課程，是后續(xù)其他硬件系列課程的基礎(chǔ)。在該課程教學(xué)進(jìn)度安排時，既充分考慮學(xué)生在此課程開設(shè)之前沒有匯編語言基礎(chǔ)的實(shí)際情況，又考慮盡可能多的分配學(xué)時給硬件知識的需要，本課程在保證學(xué)生基本掌握匯編語言程序設(shè)計所需知識的前提下，側(cè)重硬件的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，對內(nèi)容和學(xué)時作了如下安排，重在培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。

整門課程共有11章講解內(nèi)容，硬件接口技術(shù)部分作為本課程的重點(diǎn)章節(jié)，對在其他課程里已有的知識和概念在此課程不再重復(fù)講解，以節(jié)省課時，每章節(jié)的重點(diǎn)講授內(nèi)容和學(xué)時安排如下[4]。

第一章微型計算機(jī)系統(tǒng)概述2學(xué)時，此部分主要介紹微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成。數(shù)制和數(shù)碼、原碼、反碼、補(bǔ)碼等內(nèi)容簡略概括。

第二章微處理器指令系統(tǒng)和第三章匯編語言程序設(shè)計共14學(xué)時，此部分主要介紹微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、尋址方式、通用數(shù)據(jù)傳送指令、堆棧操作指令、加減法指令、位操作運(yùn)算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令以及第三章的匯編語言源程序格式、變量、屬性、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和子程序設(shè)計。此兩章內(nèi)容重新整理，沒有按照教材的編寫順序講授，而是將第二章內(nèi)容和第三章內(nèi)容糅合一起，以適應(yīng)授課需要，使內(nèi)容連貫、緊湊，并節(jié)省學(xué)時，提高授課效率。在這部分內(nèi)容的授課上，采取先整體再分述再整體的講課思路，從一個簡單且完整的源程序著手，對其各組成部分一一進(jìn)行講解分析，包括數(shù)據(jù)段、代碼段、堆棧段、變量的定義，程序的正常返回，匯編的結(jié)束，語句的構(gòu)成，再具體到尋址方式，指令內(nèi)容。對于第二章的控制轉(zhuǎn)移類指令中的轉(zhuǎn)移類指令、循環(huán)指令、子程序指令分別調(diào)整到第三章分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、子程序設(shè)計中。在講授程序設(shè)計這部分知識，兼顧前面所講的指令系統(tǒng)知識，需要教師精心挑選具有代表性、典型性的實(shí)例，更進(jìn)一步加深學(xué)生對前面知識的掌握。兩章節(jié)內(nèi)容的穿插進(jìn)行，連貫有序，加之有先修課程C語言程序設(shè)計課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，以這樣的方式講解，學(xué)生能夠?qū)R編語言程序設(shè)計的整體知識結(jié)構(gòu)，一目了然，輪廓清晰，提高教學(xué)了效果。此外，可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課堂學(xué)習(xí)指令的方法，利用課余時間完成課堂上未講的指令， 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

第四章微機(jī)總線4學(xué)時，主要介紹CPU的引腳信號和總線時序。第五章主存儲器4學(xué)時，主要介紹隨機(jī)存取存儲器和只讀存儲器的主要芯片的使用以及半導(dǎo)體存儲器的連接。第六章輸入輸出接口4學(xué)時，主要介紹I/O接口的典型結(jié)構(gòu)、I/O端口的編址、輸入輸出指令和無條件傳送方式、查詢傳送方式。第七章中斷控制接口6學(xué)時，主要介紹中斷系統(tǒng)概述知識和8259中斷控制器，學(xué)習(xí)8259中斷控制器的使用。第八章定時計數(shù)控制接口4學(xué)時，主要介紹8253定時計數(shù)器的工作方式和編程，學(xué)會8253定時計數(shù)器的使用。第九章并行接口6學(xué)時，主要介紹8255并行接口芯片的工作方式和編程，學(xué)會8255并行接口芯片與鍵盤、LED數(shù)碼管和并行打印機(jī)接口的應(yīng)用。第十章串行通信接口4學(xué)時，主要介紹串行接口標(biāo)準(zhǔn)EIA-232D和通用異步接收發(fā)送器8250的編程，學(xué)會用異步接收發(fā)送器8250的使用。第十一章模擬接口4學(xué)時，主要介紹DAC0832芯片和ADC0809芯片與主機(jī)的連接以及兩種芯片的使用方法。

3 運(yùn)用多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

比擬法是教學(xué)中非常重要的一種方法，運(yùn)用比擬法能幫助學(xué)生透徹的理解新知識，使抽象的知識形象化。對本課程中遇到枯燥無味又不易理解的內(nèi)容，采用比擬方法，用生活中的具體實(shí)例比擬抽象的內(nèi)容，使學(xué)生在輕松愉快的氣氛中接受新知識，幫助學(xué)生理解和消化。例如介紹中斷系統(tǒng)時，對中斷可以理解這樣的一個過程：學(xué)生在圖書館看書，此時手機(jī)電話鈴聲響了，學(xué)生在看書的那頁放上書簽，走到外面接聽電話，接聽電話之后，再回到座位繼續(xù)看書。這樣一個生活實(shí)例就是中斷的含義，其中電話鈴聲響起就是一個中斷源，接電話就是中斷處理，接聽完電話回到座位上拿下書簽繼續(xù)看書，就是中斷返回。使用這樣的比喻，就會使學(xué)生通過現(xiàn)實(shí)生活的例子真正體會中斷、中斷源、中斷處理、中斷返回等相應(yīng)的概念含義，加深對相關(guān)內(nèi)容的理解，大大的提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

教師在接口技術(shù)這部分知識內(nèi)容授課過程中，可通過教材、參考書等相關(guān)資料精心挑選和設(shè)計教學(xué)案例，選擇貼近生活，與生活、生產(chǎn)相關(guān)的案例進(jìn)行授課，吸引學(xué)生目光，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的求知欲望。例如講解8255并行接口芯片的使用方法，可選擇8255芯片與七段數(shù)碼管連接，通過開關(guān)控制數(shù)碼管顯示不同數(shù)字的實(shí)例；介紹8253可編程定時計數(shù)器接口芯片時，理解外部事件計數(shù)實(shí)質(zhì)是對外部脈沖信號計數(shù)這一知識點(diǎn)時，引用現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)例，如高速公路入口處的一個自動完成對進(jìn)入高速公路車輛進(jìn)行統(tǒng)計的專用計算機(jī)檢測系統(tǒng)的原理或者類似例子還有計件系統(tǒng)等[5]。

4 使用多媒體、仿真軟件等多種教學(xué)手段，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深對知識的理解，促進(jìn)理論與應(yīng)用的結(jié)合，課堂教學(xué)中進(jìn)行了課堂演示環(huán)節(jié)。如在講授指令系統(tǒng)章節(jié)時，在模擬DOS環(huán)境下演示查看指令的運(yùn)行結(jié)果，學(xué)習(xí)指令的使用；匯編語言程序設(shè)計章節(jié)時，演示匯編語言的開發(fā)方法和調(diào)試過程，通過單步查看每一條語句的執(zhí)行情況。對于抽象難懂的知識，也可以利用豐富多彩的動畫形式來增強(qiáng)學(xué)生的感知能力，如介紹指令執(zhí)行的過程和相對基址變址尋址方式均可采用動畫形式輔助教學(xué)，直觀形象，便于理解[6]。

在講授接口技術(shù)內(nèi)容時，由于硬件知識本身不易理解，非?？菰铮瑢W(xué)生興致不高，引用PROTEUS仿真軟件，把舉例形象化，通過仿真演示實(shí)際效果，給學(xué)生直觀感受，增強(qiáng)學(xué)生好奇心，激發(fā)學(xué)生的求知欲，同時加快學(xué)生對新知識的掌握，提高學(xué)習(xí)效率，達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果[2]。學(xué)生在進(jìn)行接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)部分，可先行通過Proteus軟件的仿真，模擬實(shí)驗(yàn)效果，再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際硬件電路的搭建，查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Proteus軟件的引用，不僅用于課堂教學(xué)，而且對實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有益處。充分利用多媒體、仿真軟件等多種教學(xué)手段，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)習(xí)效果。

5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)是對理論知識的消化和理解，通過實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生可以得到有效的動手能力的鍛煉，從而培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決問題的能力。

本課程安排實(shí)驗(yàn)共6次，每次2學(xué)時，共12學(xué)時。其中1次匯編語言程序設(shè)計部分的上機(jī)實(shí)驗(yàn)和5次接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)。匯編上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕峭ㄟ^此次實(shí)驗(yàn)掌握匯編語言的開發(fā)方法和調(diào)試程序DEBUG的使用方法，教師親自上機(jī)指導(dǎo)，學(xué)生遇到的問題能夠及時得到解決，為匯編語言的自主學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，掌握了開發(fā)方法，教師可以將匯編語言實(shí)驗(yàn)內(nèi)容布置成作業(yè)形式要求學(xué)生課下完成，調(diào)試成功的程序最終以視頻形式演示結(jié)果并提交。教師再以答辯形式對學(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行抽查，并記錄實(shí)驗(yàn)成績。5次接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)分別為中斷控制器8259、并行接口芯片8255、定時器計數(shù)器8253以及數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809實(shí)驗(yàn)。每個實(shí)驗(yàn)均設(shè)置基本部分、提高部分和發(fā)揮部分三個層次?；静糠质且竺恳晃粚W(xué)生必須完成的實(shí)驗(yàn)部分，此部分實(shí)驗(yàn)給出電路原理圖，要求學(xué)生根據(jù)原理圖進(jìn)行連線并編寫程序?qū)崿F(xiàn)任務(wù)。提高部分是在基本部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成的前提下，有余力的學(xué)生完成。此部分實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出更高的要求，在基本部分的基礎(chǔ)上，設(shè)計電路并編寫程序以改善相關(guān)接口性能。發(fā)揮部分主要針對學(xué)習(xí)能力強(qiáng)并對接口技術(shù)有濃厚興趣的學(xué)生設(shè)計，充分發(fā)揮主觀能動性，自主發(fā)揮，對接口電路進(jìn)行更深層次的探索。每一個層次都設(shè)置不同的分?jǐn)?shù)檔次，教師根據(jù)操作的過程、結(jié)果，通過現(xiàn)場演示并結(jié)合提問等形式現(xiàn)場評分，體現(xiàn)公平性[1]。

6 結(jié)論

《計算機(jī)接口技術(shù)》是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，對于此門課程的教學(xué)也是一個不斷學(xué)習(xí)和探索的過程。對于本門課程的改革實(shí)踐，教學(xué)效果有了很大改善，學(xué)生主動性、學(xué)習(xí)熱情有所提高。此課程是一門公認(rèn)的教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程[7]。隨著時代的發(fā)展，計算機(jī)接口技術(shù)課程也應(yīng)與時俱進(jìn)，需要不斷完善教學(xué)體系，更新教學(xué)內(nèi)容，尋求新的教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高學(xué)生的綜合能力、科學(xué)素質(zhì)，為社會培養(yǎng)更多高素質(zhì)的復(fù)合型人才。本課程的改革是一項(xiàng)長期艱巨的任務(wù)，需要不斷探索和完善。

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