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摘要:本文针对计算机接口技术教学中存在的问题,从教学方法和教学内容两个方面提出了一些教学改革措施,并结合我校学生的特点,在加强计算机接口技术实验教学方面提出了一些切实可行的办法,实践证明,对学生动手能力的提高很有帮助。
关键词:计算机接口技术;教学改革;实验教学;动手能力
中图分类号:G642
文献标识码:B
1引言
计算机接口技术是计算机科学与技术专业一门重要的硬件课程,其先修课为数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言等课程。该门课程以CPU与外设进行数据传送为主线,介绍8259、8253、8237等十几种典型接口芯片的内部结构及工作原理,其目的是培养学生分析、设计、使用和维护计算机外设的能力。在该门课的学习过程中,除了讲述接口芯片的工作原理外,还要求学生以汇编语言为编程工具,在接口实验箱上做大量实验,使学生在掌握相关理论的同时,动手能力也得到锻炼。
2教学过程中存在的问题
2.1思想上不重视
社会上各种软件培训班层出不穷,而鲜见有专门教授硬件的培训班,这给学生造成了一种社会上对软件人才需要量大,对硬件人才需求量相对较少的印象。于是在学生中出现了“重软件,轻硬件”的现象,认为学好一种软件在毕业后就肯定能找到好工作,硬件课程学不学对以后影响不大。在这种思想的影响下,一些同学学习计算机接口技术课程的主动性和积极性不够,学习效果大打折扣。这种急功近利的想法使得一些学生的知识结构很不合理。实践表明,硬件知识的缺乏已成为计算机专业学生专业水平进一步提高的掣肘。
2.2课程内容庞杂
在计算机接口技术课程中,要介绍十几种常用的接口芯片,每种芯片都要讲述其工作原理、内部结构、外部引脚特性等方面的内容。这些芯片各有各的用途,相关知识需要分别记忆,学生在学习时会觉得信息量大,内容琐碎,从而产生畏难情绪。
2.3对动手能力要求高
在软件课程的学习中,学生能在计算机上编写出程序就达到了要求,在硬件方面几乎不做要求。在程序的调试过程中,如果出现错误,软件系统会自动给出提示,调试起来很方便。而在硬件课程的学习中,比如计算机接口技术,需要在接口实验箱上做实验。在实验过程中,不仅要用汇编语言编写相应芯片的驱动程序,还要动手设计和连接实验箱上的电路,只要有一个地方出了问题,实验都不会成功,而且硬件方面的错误查找起来会困难得多,这也让一些动手能力不强的同学望而却步。
2.4先修课程的衔接问题
汇编语言是计算机接口技术课程实验的工具语言,安排在第四学期,计算机接口技术安排在第六学期。汇编语言是一门低级语言,学生接触得比较少,其他课程基本不用。学生学完汇编语言之后,又经过半年的时间才在计算机接口技术中再次用到,有些学生连基本语法都忘了,这时再要求学生用它来编写大段的实验程序也不现实。教师在授课时不得不在编程方面降低要求,要求学生能读懂实验程序就行了。在做实验时,学生在实验箱上做一些简单的连线,然后运行演示程序看实验现象,这样做的结果就是教学效果大打折扣。
3教学改革
3.1教学方法的改革
3.1.1激发学生的学习兴趣
对于任何一门课来讲,第一堂课对教师和学生都至关重要。通过第一堂课的学习,可以让学生了解本门课程的全貌,如果方法得当,可以激发学生的学习兴趣。计算机接口技术是计算机硬件技术的一个重要分支,在日常生活中有很多应用,常见的有智能仪器仪表、超市收银机、公共汽车报站系统、电子考勤机、门铃报警电话、血压测量仪、交通收费系统等。在讲第一堂课时,可以选择一个跟学生日常生活比较贴近的例子,如篮球场上的计时器、记分器等,由浅入深地讲解,让学生认识到本门课程的实用性所在,让他们感觉到通过自己的努力也能开发出这样的产品,从而产生对本课程的学习兴趣。
3.1.2采用互动式教学
计算机接口技术课程中有大量的硬件理论,内容比较枯燥,如果一味地平铺直叙,学生很快就会觉得很乏味,失去兴趣。因此,在讲课的过程中一定要把学生注意力吸引过来,让他们参与到课程中来。比如在讲定时计数器8253时,提出一个用8253控制交通灯的想法,让学生拿出解决方案,然后大家讨论,既做到了知识的活学活用,又活跃了课堂气氛,实现了教与学的互动。
3.1.3利用纲要信号教学法制作课件
纲要信号教学法是前苏联教育学家沙塔洛夫倡导的。在这种教学法中,先是利用关键的字、词、句,醒目的图示(或图表)、符号(箭头)组成教学信号系统,然后利用学生的视觉把这些信号加工成对知识的理解和记忆、比较与鉴别。这种教学方法的显著特点是:重点难点知识以简练的语言表述,列成纲目,教学中研究问题的思路由图示、箭头的指向深入展开,充分体现 “提纲挈领、简明扼要、信息集中、思维对号”的教学特色。
纲要信号教学法在计算机接口技术多媒体课件中通过三个方面加以体现:(1)在每个章节前把该章节的知识内容以提纲的形式表现出来,这样有利于学生从宏观上把握本章节的结构,从而更好地掌握本章节知识点;(2)对于每一章的重点和难点内容,以及一些需要提醒学生注意的内容,通过字体以及颜色的变化加以突出;(3)对于一些理论难度大的内容,在课件上用图表或动画的形式加以描述,以此来帮助学生对一些知识难点的理解。
3.1.4多媒体课件的运用与板书相结合
利用多媒体课件讲课,其优势是能够在比较短的时间内把大量的信息传授给学生。但是如果对这一优势不加以限制,一味地扩大信息量,学生的思路跟不上,就会产生抵触情绪,影响教学效果。最好的办法就是多媒体课件与板书相结合,把讲课的速度控制在学生可以接受的范围内,以使多媒体教学的效果达到最佳。比如中央处理器这一章,在讲解CPU的时序信号时,由于时序信号种类繁多,若用多媒体课件快速讲解,学生根本接受不了,此时如果适当地使用一些板书,有意识地放慢一下讲课速度,就完全可以做到教与学的同步。
3.2教学内容的改革
3.2.1合理安排教学内容,避免讲授知识的重复性
比如关于总线的知识,在先修课计算机组成原理中这方面的内容有详细地讲解,在计算机接口技术课程中对这部分内容就可以一带而过。为了做到这一点,在课前一定要与讲先修课的老师进行很好的沟通,充分了解学生的知识结构,避免课程之间内容的重叠。
3.2.2合理安排授课内容的顺序
讲课的过程不一定完全依照教材的顺序进行,可以根据知识的相关性对授课内容的顺序进行相应地调整。比如存储器这一章,主要介绍几种常用的存储器芯片,而其中的6116芯片在后面DMA控制器8237这一章的实验中又要用到,把这两章的内容结合在一起来讲,就会使课程的内容显得更加紧凑。
3.2.3突出重点,合理分配学时
对于重点芯片多分配学时,详细地讲;对于只有一般用途的简单芯片,要少分配学时,简略地讲。比如8259,8253这些重点芯片,就要多花时间,讲细、讲透,而对于诸如74LS373、74LS244这些作为数据缓冲的芯片,简要介绍一下用法就可以了,没有深入讲下去的必要。
3.3突出实验的重要性,加强学生动手能力的锻炼
实验在计算机硬件课程中占有重要的地位,目前,在国内外一些知名的院校中,大多数计算机硬件课程的讲课与实验学时比为1:1,有些硬件课程中实验的学时甚至要比讲课的学时还要多。我校计算机接口技术课程的实验学时所占的比例也在逐步提高。原来总学时为64学时,其中实验只占10学时,经过教学计划的修改,现在总学时为48学时,实验已经占到20学时,讲课与实验的学时比已经接近了1:1,符合当前的潮流。
以前由于实验设备的限制,实验都是演示性的,两人一组,运行一下演示程序,看一下结果就算完成任务,学生对整个实验的印象非常模糊。自从2006年建立了新的计算机接口技术实验室以后,实验设备可以做到每人一台,为加强实验教学提供了物质上的保证。另外,为了便于学生编写实验程序,抽出一定学时来帮助学生复习一下汇编语言,使学生在编程工具的运用上更加得心应手。现在上实验课时,不仅要求学生自己搭建电路,而且程序的关键部分也要学生自己编制,完全改变了以前做完实验几乎没有收获的现象,大大提高了学生的动手能力。在实验结束后,要求学生按照规范的格式书写实验报告,不仅写实验现象,还要对实验现象进行分析,最大限度地发挥了实验的作用。
4结束语
计算机接口技术课程包括教学与实验两个方面,只有教学与实验紧密配合,才能起到良好的教学效果。另外,任课教师的素质,实验设备的配备等多种因素也对该门课程的教学有着重要的影响。通过在教学方法和教学内容上的改革,可以激发学生学习本门课程的兴趣,进一步提高计算机硬件在学生心目中的地位,为计算机专业学生的全面发展提供很好的保障。
参考文献
[1] 钱晓捷,陈涛. 微型计算机原理及接口技术[M]. 北京:机械工业出版社,1999.
[2] 侯振兴. “计算机接口技术”课程创新教学模式的探索[J]. 甘肃科技纵横,2008,37(2):28-30.
关键词 教学网络化 双语教学 优化教学方法
中图分类号:G642.0 文献标识码:A
“微机原理与接口技术”作为高等院校计算机专业以及电子类专业的一门必修课,在培养偏硬件及软硬件综合型人才过程中具有非常重要的地位。该课程具有很强的专业性、实践性和应用性,目标是使学生掌握现代微机的工作原理和硬件接口技术,熟悉微机系统软、硬件开发的基本方法,培养学生的动手能力、创新能力和知识的综合运用能力。随着IT技术的飞速发展,互联网技术日益成熟,微处理器的大量发展将计算机技术渗透嵌入到了各种仪表和控制系统中,特别是嵌入式技术的广泛应用,智能化、物联网技术的出现更是融合了传感技术、通信技术、计算机技术及微电子技术、控制技术等,使得“微机原理与接口技术”课程的地位越来越重要。
对“微机原理与接口技术”的课程改革与新体系的建设探索是我们一直在做的事情,以下是我们的一些探索和体会:
1开展电子课件建设
在教学当中,不应该对书本上的内容进行讲授,这样学生会觉得非常枯燥,很大程度上对学生的学习热情造成影响,所以应该制作相应的电子课件配合文本教材,以文字,图形等多种不同表现形式,展示教学内容,提高学生的学习兴趣,开拓视野,进一步深化了基础理论,有助于提高学生的动手能力,激发学生的创新能力。通过一些形象的方式让学生了解,微机里面各个部分之间是如何工作的,CPU是如何通过总线让各个部分协调运作。通过运用3DMAX或者Flash等实用软件可以做出一些逼真形象的动画,通过动画演示让学生深层次理解内在原理。
2教学网络化
充分应用网络信息化教学手段,在网络平台上向学生提供教学要求、远程答疑、应用资料等网络教学资源;通过网络进行专题讨论、网络释疑、学生意见反馈等教学辅助工作。利用网络这一现代教学手段,打破传统实践教学在时间和空间上的限制,可以在任何时间、任何地点,通过网络进行自主学习、交流讨论。特别是利用一些目前流行的软件平台,比如微信平台,微博平台。创建公众号,一些相关的内容以及话题,给出一些国内外的设计实例,引起学生的兴趣,让大家都参与讨论。
3优化教学方法
由于微机原理与接口技术课程知识点多理论性强,所以在授课时,结合学生比较熟悉的身边实例来进行讲解,把原理知识与实际应用相结合,形成了新的教学方法。比如:案例教学法。我们可以将课程内容所涉及的基础知识结合生活中的实例进行讲解。采用实例教学,可以把我们身边常见到的家用电器、智能交通、公共汽车报站系统、门铃等常见设备展示给学生,通过比较实用又不太复杂的产品作为实例讲解设计过程,把相对繁杂的课程内容变得相对有趣,从而启发学生学习的欲望,通过这种方式增强了学生的动手能力,充分调动了学生学习的积极性,将学生置于主要地位,提高学生自我学习的能力。在教学实践过程中“项目教学法”也有取得了很好的成效将原有传统学科体系中的知识进行整合,并转化为若干个典型项目,教师作为指导者把相对独立的项目交给学生,学生作为主体直接参与项目实践过程,包括信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价等。项目教学法不再把教师掌握的现成知识技能传递给学生作为追求的目标,而是在教师的指导下,学生去寻找得到这个结果的途径,最终得到这个结果,并进行展示和自我评价。其项目法的学习重点在学习过程而非学习结束,通过这种方式学生在学习的过程中锻炼各种能力,把学习课程时的被动听课转化为主动探索课程内容,不仅使学生掌握了课程知识,而且锻炼了学生的实际工程应用能力,加强了综合运用所学知识解决实际问题的能力,同时也调动了自我学习的积极性、主动性和创造性。
4提倡双语教学
双语教学是指将母语以外的一种语言直接应用于语言学科以外的其他学科的科学,使第二语言的学习与各学科知识同步。双语教学不仅能够使学生掌握丰富的专业理论知识,而且能够使学生将专业知识与专业英语有机地结合起来,应用英语口语和书面语形式对专业知识加以应用,实现英语能力的培养与提高,达到“双赢”的目的。双语教学还可以帮助学生以后的工作中取得一定的优势,因为大多是电子方面专业的学生才进行该门课程的学习,而该专业的学生毕业以后都会从事电子领域的工作,电子领域是高科技的行业,里面存在相当多的新技术,特别是很多技术是国外领先,所以从事该方向的工作会面临着很多专业的英语类的文献的阅读与理解。很多学生在大学里对英语学习并不重视,拿到专业英语更是头痛,消极学习。这样的情况在以后的工作中会成为个人发展的极大障碍,我们在大学的教育中就帮助学生提高英语学习的兴趣,经常翻译一些相关的科技文献,让他们有很好的英语基础以便以后在工作中可以发挥自身优势。一些好的企业里面不仅是需要员工具有一定的英文阅读能力,而且要求他们在日常工作中熟练使用英文。在现代化的企业里面,客户往往不仅是中国的,还有相当多的外国客户,为了更好地发挥企业的竞争优势,所以这些好的企业里面要求所有的文档都是英文的,与客户交流的信件也全部是英文撰写,甚至开会也要求用英文沟通。这样的要求在全世界500强企业里面并不新鲜。我们的学生在这样的企业中要生存,要发展没有一个好的专业英文底子是根本不可能的。由此可见,双语教学的重要。
微机接口技术课程的教学改革是一个不断探索、不断尝试和不断完善的过程,任重而道远,需要师生双方密切配合,更需要广大教师扭转传统观念,革新教学方法,同时提高自身业务水平,为培养创新型人才而努力。
参考文献
关键词:微机原理;接口技术;Proteus;虚拟仿真
“微型计算机原理与接口技术”作为计算机专业基础课程之一,其重要性越来越突出。“微型计算机原理与接口技术”主要内容是微型计算机的基本工作原理、系统的组成、接口技术和基本的汇编语言程序设计知识。
随着微接口技术的发展,接口已经成为直接影响计算机推广的关键。嵌入式产品的开发与应用中的硬件方面是微机接口电路开发与应用的重要内容,因而微机接口技术是本专业大学生必须掌握的基本技能。学生应采用理论与实践相结合的方法,在理论指导下,加强动手实验,在实践中巩固理论,进而全面掌握微机接口理论,并掌握实际应用开发能力。
一、Proteus软件介绍
Proteus仿真软件是系统设计与仿真平台,它包含2个软件包,ARES是布线编辑软件包,ISIS是原理图编辑与仿真软件包。Proteus对8086 CPU及相关接口芯片提供了支持。电路仿真和原理图设计两个功能模块是“微型计算机原理与接口技术”教学和实验仿真中的主要内容。Proteus软件有丰富的器件库,超过27000种元器件,它的原理图设计功能非常强。Proteus软件具有智能化的器件搜索和连线功能,因而提高了使用效率。Proteus软件具有完善的电路仿真功能,有很多的激励源,例如直流、正弦、指数信号以及大量的虚拟仪器。线路上变化的信号可以用图形的方式实时显示,可以分析电路的多项指标。
二、Proteus软件在教学中的应用
1.仿真方法
Proteus软件运行ISIS后,进入软件的主界面。首先要设置view图形界面的大小和system下的颜色、捕捉对齐等项目。
Proteus软件的仪表资源有图形显示功能,它的功能与示波器类似。Proteus的元件资源有数字和模拟、交流和直流等。Proteus的调试手段有系统总体效果和分步调试。
2.仿真实例
由微处理器组成的微型计算机,一般包括CPU系统、存储器、定时电路、I/O接口电路以及连接各部分的系统总线等几大部分。而CPU系统除了核心器件微处理器之外,还应有保证CPU正常运行及与存储器和I/O接口相匹配的各种芯片,如时钟发生器、总线驱动和控制器、地址锁存器,数据收发器及系统等待控制电路等。8255的数据总线连接到CPU的AD0~AD7引脚,进行CPU和8255之间的数据交换。用CPU的A1连接到8255的A0,CPU的A2连接到8255的A1,实现8255内容寄存器的选择。8255的A口低4位作为键盘的行信号,同时A口低4位作为4个8段数码管的位选择线,8255的B口8位连接8段德牍艿8位段信号,8255的C口低4位连接键盘的列信号。按键信息传送到8255,然后通过8255送到CPU,CPU将收到的按键信息传送到8255,再通过8255传送到8段数码管上显示。硬件原理图及仿真结果如图1所示。软件的实现思路是对8255的A口进行读取操作,读取键盘的按键信息,将读到的信息进行判断,识别按键值;然后根据键值输出8段数码管的字形码到8255的B口,按键值就在8段数码管上显示出来。通过引入仿真软件,教师可以带领学生真正理解8255的功能以及具体的编程和使用方法。
三、结语
Proteus能实现的仿真内容比较丰富,有8086系统中的内存、I/O接口芯片与CPU的连接等内容。在教学过程中引入Proteus,可以帮助学生理解CPU以及各类接口芯片的功能,学习各类接口的硬件连接和软件编程;可以显著提高课堂的教学效果,帮助学生理解相关内容。笔者建议学生自学Proteus的相关知识,并扩展应用到单片机等内容的学习中。Proteus不仅可以用于学习时的仿真,在真正的产品设计中也可以用来设计和仿真。在教学中引入Proteus软件,不仅提高了课堂教学效率,也为学生将来从事相关的设计工作打下了基础。
参考文献:
[1]吉向东,李新鄂.基于Proteus的微机原理实验仿真[J].信息技术,2010(2):36-39.
“微机原理与接口技术”是计算机类、电子电气类、机械自动化类等理工专业的一门专业基础课。它是一门理论性和实践性都很强的课程,课程内容涵盖汇编语言程序设计、8086微型计算机原理以及接口技术及其应用三大部分,课程内容宽泛且具有较强的综合性。
传统的授课方式采用以理论为主,实验教学为辅的教学方式,加之实验环境等的限制,学生很难通过为数不多的浅层次实验达到理解抽象概念,灵活运用知识,提高创新能力的目的和要求,因此实践教学的改革显得尤为重要。
1 实践教学改革和探索
1.1 理论铺垫
1.1.1 指引学生学习方向,建立学生自信师生互信
近年来,高校主流是90后互联网全民信息一代。他们表面上很有主张、对很多事物态度不屑一顾;获取信息的速度和质量甚至超过部分教师,但实际很大部分学习生活目标不明确,对于学习的兴趣普遍低下,给老师和社会留下不好的印象。究其原因,存在很严重的学生自信、师生互信问题。多与学生沟通,尽早发现和解决相关问题是很有必要的。比喻教师要合理引导其对中国应试教育、高校、高等教育、社会竞争等的理解,跟学生讨论科技热点、生活热点问题,正确指引方向,建立学生自信以及形成良好的师生互动和依赖关系[1]。
1.1.2 以应用为导向,用生活实例入手,深入浅出引导学生学习兴趣
微机接口课程本身是一门学生难学、老师难教的课程,很多学生起初很感兴趣,但是随着理论的深入和内容的增加、存在知识点断层面断链接的情况。教师要始终用较为深入浅出的方式将教学内容联系生活实际,以应用为导向引导学生将知识点串起来。比喻,在讲解“存储器”相关章节时,以学生宿舍楼做比方:一栋宿舍楼相当于一块存储器,里面分楼层分房间、每个房间可以放8张床;相当于一个存储器体系分块分单元、每个基本单元里面可以放一个8位的二进制数。以此加深印象、通俗理解、巩固记忆,使得学生在最短的时间内能弄懂并感觉有收获,提高学习兴趣。
1.2.3 任务驱动、让学生有事可做、做事有章可循
理论毕竟是抽象的,理论联系实际,每几个知识点后,给学生布置一些实习任务,让学生有事可做、学习有章可循。比喻学习微处理器章节时,鼓励学生自己课下在网上搜索计算机拆机维护维修的相关图片和视频,并且在实验课上动手搭建模型、进行探讨总结,教学实践配合,互为印证,互为统一。
1.2 实验的层次设计
实验课主要目的是验证理论知识并加深理解,在此基础上学以致用触类旁通。想要达到很好的实验效果,有几点基本要求。其一,实验的课时要足够;其二,实验的环境和实验室的管理要到位、实验设备设施必须满足实验基本需求;其三,实验的设置必须有层次安排精心设计,老师要做到心中有数,以讲授、提问、引导等方式帮助学生完成实验提升能力;其四、实验的总结和应用。因此,实验的层次化设计很有必要[2]。
1.2.1 认知、验证实验
认知、验证实验是较为简单直观的实验。如首次实验课之前,老师可以先以交通灯的模拟实验,电子琴实验(按键即可发出1234567音调)等的演示,给学生一个宏观印象,并介绍微机的硬件部件如CPU、存储器、接口和编程应用软件及程序在这些实验中所起的作用和重要性,让学生对这门课程所学内容有个基本认识。透过现象看本质,让学生了解到简单的现象背后微机的工作过程,适当加入相关热点技术、如流水线技术、虚拟存储器管理等,从有限的实验资源挖掘无限的知识点,带学生入门的同时增加他们的学习兴趣。
认知、验证实验一般选取基础性的内容,用较为简单的硬件电路、编写简单的汇编控制程序,达到直观的实验效果,看似简单却是非常重要的入门环节,教师要注重实验内容的编排,实验细节的引导,动手能力的培养,实验过程的监督管理和实验效果的总结,步步为营。通过基础的实验,以达到理解基础知识点及其关联的目的,一方面能够增强对相关理论基础的理解,并使知识点连贯;另一方面,使学生能够很好的将理论和实践结合起来,为后续的综合应用做准备。
1.2.2 提高、综合实验
提高、综合实验主要是在了解基本理论知识,并且完成认知、验证实验的基础上,进一步加强对知识点的深入理解和实际应用,主要是基础性实验的更高要求和综合性的实验。如数码管显示实验,在简单验证后,还可以深入理清微处理器8086、接口器件8255A、外设数码管等的联系和各自的工作原理,并继续探讨他们在实际中应用情况(如电子时钟),和以此类推的小型微机系统的应用和完善等。
提高、综合实验是一个反复论证和应用知识的过程,对知识体系的建立和应用有着重要的作用,学生在完成此类实验的过程中可能会遇到很多硬件和软件的相关问题,教师的引导和对问题的分析解决对于学生的学习来说至关重要,在这个过程中学生能遇到很多基础的问题并能逐步熟练并解决问题。
1.2.3 创新实验
创新实验是对知识掌握后的灵活运用和创新。一般给出一些方向,然后学生自主发挥,在基础要求的基础上,做出某些创造性的较为新颖的效果。比喻,让学生用微处理器8086、8255并口,红黄绿各10个或更多LED灯,制作出节日彩灯的效果。要求学生画硬件电路、连线并且编写汇编和C的控制程序,并在这个基础上自行创新。在这个例程中,学生实现相关内容后,再引导他们改进创新。
创新实验是在理解基础,灵活运用的基础上的动手动脑,教师在这个过程中鼓励学生在保证安全的情况下敢想敢做,不论成功失败,要认真进行经验总结和交流。这个阶段的学生已经开始超越课本,自我实现,教师的能力也要跟着提升,以求给学生更广阔的视野。
1.3 综合创新能力提升
实践教学方式将理论知识融于实践,在大大提高学生的学习兴趣、锻炼他们的实际动手能力的同时,使得学生更容易理解和掌握相关内容[3]。当然,仅仅靠实验教学的方式还是远远不够的,所以为使得学生将掌握的理论知识更好的理解,必须得联系实际。具体:(1)课程设计的方式;(2)大学生创新创业训练项目的方式;(3)大学生课外学术作品、挑战杯以及飞思卡尔等竞赛的形式;(4)加入老师的相关项目得以达到创新训练的目的。如在该课程教学改革项目中,要求学生设计实验步骤,统计实验数据总结实验效果等,在参与的过程中,他们对知识点的理解和深入更进一层。
一、教学现状
该课程包含理论课堂教学和实验教学两个部分。由于理论课堂教学部分的内容比较抽象,加上学生汇编语言程序设计课程的基础不扎实,导致学生系统开发能力不强。在实践教学环节,甚至出现学生无法独立完成实验任务的现象。笔者认为主要原因大致有以下几点:
1.课程内容涵盖的知识面广导致学生对它失去信心、耐心和兴趣
表面上看来,《微机原理与接口技术》课程属于硬件课程范畴,而实质上它的教学内容综合了微型计算机软、硬件的理论知识,既要有良好的硬件基础,还要有扎实的能面向机器语言进行程序设计的能力的同学,才能真正理解课程内容的含义。这对于大多数没有实践经验,特别是基础又不是很扎实的同学而言,就会觉得这门课程很难懂、枯燥,从而导致兴趣下降,主动性、积极性也受到了影响。
2.太多的验证性实验内容阻碍了发散性的思维
目前的教学大纲在实验教学环节上规定了太多的验证性实验。这使得学生不用上实验室也知道实验结论是什么,结果数据是什么,实验报告在宿舍里就可以完成了。久而久之,使学生有了惰性,原本强烈的好奇心和动手、动脑欲望在必须要完成的作业中消失了。
鉴于这些原因,必须进行《微机原理与接口技术》课程的教学方法的改革。
二、新的教学方法改革
1.从理论课堂教学内容入手,改变传统的教学模式和手段
(1)重新整合教学内容,使得教学内容重点突出,言简意赅,化繁为简。例如一些计算机基础知识,进制之间的转换、数的表示、数的算术逻辑运算可以略去不讲。一方面,这些内容与理解微机系统的整体概念和培养学生应用开发能力关系不大,另一方面,可以减少和先修课程内容上的重复,造成课时浪费。而虽然计算机组成原理课程中讲解过寻址方式,汇编语言程序设计课上学过机器指令,C或C++课程上涉及到程序设计思想,先修课程中接触过中断、DMA等概念,但在《微机原理与接口技术》这门课程中却仍然要重点讲解,因为这些概念和设计思想是理解课程内容的基础,是开发设计思路的源泉。
(2)改变先理论再实践的教学模式,增强学生的兴趣和信心。原本的教学中是老师的一味灌输,学生只能被动接收。造成考试前死记硬背,考完试了,也不知道学了啥。现在的教学模式采用先给出问题,再回到理论;先从个别现象,再到一般情况;先从零散知识的积累,再到系统的学习。例如:在讲授总线和接口技术部分时,在课堂教学中先让同学讲述自己生活中感觉到新鲜的电子产品,并阐述之所以引起他兴趣的原因。然后一边让学生思考他感兴趣的部分都采用了哪些先进技术,一边告诉同学目前大多数的电子产品都采用了嵌入式的单片机技术,甚至有些是实时的嵌入式系统,最后引导学生在系统中如何进行总线和接口的设计,最终实现了接口技术这一章节的内容讲解。
(3)先进的教学手段的应用,可以将枯燥、晦涩难懂的课堂内容变得生动、一目了然。现代化的多媒体技术在课堂上的采用,使得同学耳目一新。当动态的画面配以同步的解说,真实而直观地将程序的流程、指令的执行过程或者微型计算机内部呈现在学生面前时,学生有身临其境的感觉。这样生动的教学手段,将帮助学生将教学内容化难为易、化繁为简。
2.从实验教学部分入手,改变传统的实验模式
(1)设计不同程度和类型的实验供学生选择,使得实验内容因人而异,因材施教。首先将教学大纲中要求的实验内容分成两部分,一部分在课堂上配合课堂教学内容演示给同学,这部分大多是验证性的实验。剩下的一部分,属于基础性的,是帮助同学理解基本教学内容的,留给同学自己在实验室完成。另外,实验教学中,还设计有一些创造性的实验可供同学选择,例如,8255A和8253A芯片组合实验等。这部分适合有了一定的理论和实践基础的同学做,若同学们选择了做这个实验,就可以代替基础实验中8255A和8253A芯片设计的两个实验。最后一部分是创新性实验,也是最具挑战性和诱惑力的部分。学生可以选择已有的可参考的实验题目,可以是在课堂上讨论过的、自己看到过的、曾经吸引自己注意力的产品的部分功能,也可以是经过自己独立思考、自己设计并完成的系统。目前,我们给出可以参照的实验有:路口红绿灯语音提示系统、私家车出入验证系统等。这些实验比较实用但又不是很复杂,学生选择了这些实验并最终能够实现基本功能的,便可以免做所有的实验。将实验教学部分按难易程度分成基础性、创新性和创造性的实验,有利于实现实验内容因人而异、教育因材施教。
(2)实验室全天对学生开放,让学生随时能设计、思考并验证自己的想法。以前学生要进实验室要任课老师安排,老师准备好实验器材,规定好时间,全部同学做同样的一个实验。现在,选择做创造性实验的学生可以自己在网上向实验室老师登记使用实验室的时间,自己和实验室老师联系需要的器材和元件,也可以自己带设备和元器件进实验室,有问题可以随时和任课老师电话或当面交流。这样,经过自己的努力完成实验时,学生的创造力、成就感、满足感增强。
关键词:微机原理;接口技术;实验教学;教学改革
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0187-03
《微机原理与接口技术》是工科学生必修的一门重要的专业基础课,通过该课程的教学,使学生能够利用单片微机器件进行硬件电路设计与软件编程开发,为社会培养高素质的建设人才。该门课专业技术性极强,无论从课程本身的特点,还是从专业素质的培养来看,加强该课程的实验教学都是很重要的。有关基础知识、基本原理、基本方法,必须靠大量的上机实践和动手实验,才能加深理解并且较好地掌握。通过实验可以培养学生利用计算机技术和编程手段分析、解决专业领域的各种问题的能力和意识,并进一步感受微机发展的新技术和新方法。因此微机实验教学是整个微机教学中重要的环节,它与理论课程相得益彰,是课堂教学内容的补充、延伸和深化,通过与课堂教学的密切配合,使《微机原理与接口技术》真正成为专业的主干技术基础课。
实验教学环节作为《微机原理与接口技术》课程的重要组成部分,许多高校已把微机原理与接口技术实验单独列为一门课,紧随理论课开设,并且单独计算学分。然而实验教学还存在着一些教材、教学内容、教学方法以及考核方式等方面的问题,不利于学生能力的培养及向素质教育的转化,本文结合我校的实际情况,对微机原理课程的实验教学改革进行了探讨。
一、深化教学内容改革,实施高效教学
微机原理与接口技术实验作为一门专业基础课实验,对培养学生今后从事信息系统设计、研究、开发和应用起着极其关键的作用,结合其课程特点,充实实验内容,使之集知识性、设计性和综合性于一体。微机原理与接口技术实验内容主要包含以下几部分:
(一)原理部分
包括8086/8088指令系统与汇编语言程序设计、存储器与I/O机理的认知等内容,着重帮助学生熟练掌握计算机及其基本组成部分的工作原理和工作机制,训练和培养学生运用汇编语言编写应用程序,解决实际问题的能力。
(二)接口部分
包括典型的可编程接口芯片的扩展、性能验证及输入输出应用等内容,主要包括可编程中断控制器8259、可编程定时器8253、可编程接口芯片8255和8251以及模数(A/D)和数模(D/A)转换等,着重培养学生应用典型可编程接口芯片和数字电路芯片进行I/O接口设计和扩展的能力。
(三)综合应用
包括多种接口芯片的组合、自动实时控制等方面的内容,着重培养学生综合应用微机原理和接口技术进行设计、调试微机应用系统的能力,解决实际问题。
参考以上实验内容,我校编订的实验教材分为软件部分和硬件部分两部分实验内容。软件部分为汇编语言程序设计,主要让学生熟悉8086的指令系统、DOS功能调用以及BIOS中断调用,要求学生掌握基本的程序设计和调试方法,能熟练掌握基本的编程与调试技巧。硬件部分为接口部分,是根据学校购买的硬件接口实验箱以及所配套的软件等进行编制而成的,主要让学生熟悉各种接口芯片的编程方法,实验涵盖了基本的接口技术,包含验证性实验以及综合设计类实验。验证性实验要求学生根据接口电路图编写实验程序、验证实验功能。设计性实验要求学生自己设计接口电路、画出流程图并编写出接口程序,注重设计性。
二、合理选择实验内容,层次教学,从基础到深入,循序渐进
微机原理与接口技术的实验教学过程主要分为四个层次,循序渐进,逐渐提高学生的实验分析能力以及创新能力。
(一)软件基础性实验
软件基础性实验主要是验证性实验和简单的程序设计,目的是让学生熟悉编程环境,学会利用不同的调试工具调试汇编语言程序,并学会根据流程图编写简单程序。在这个过程中,主要是为了让学生明确实验的目的、步骤以及方法。以第一次实验为例,该实验的目的是:(1)让学生掌握debug的常用命令,学会用debug和Emu8086调试程序;(2)让学生深入了解数据在存储器中的存取办法,以及堆栈中数据的压入和弹出;(3)让学生掌握各种寻址办法以及简单指令的执行过程。在教学过程中,我们先让学生在预习报告里通过理论分析写好各个实验内容的答案。然后在debug中完成这些实验,让他们熟悉在debug中如何利用R命令修改寄存器;熟悉如何利用E或者F命令修改内存单元;熟悉如何利用D命令或者单步执行命令T查看内存单元和单步运行程序并查看寄存器和标志位的值等。接下来再介绍另外一个调试工具Emu8086,并让他们在Emu8086上完成刚才的实验,然后比较Emu8086和debug在汇编语言程序调试方面的异同点以及各自的优缺点,为他们在后面的软件设计实验中可以充分熟悉利用不同的调试工具来进行调试做好准备,最后通过上面两种不同的调试工具所得到的结果和理论分析的结果进行比较。
(二)软件设计性实验
软件部分的设计性实验主要是提高学生分析问题、解决问题的能力。在这个过程中学生需根据实验内容要求,画出实验流程图,并根据实验流程编写程序,然后进行调试验证。在这个阶段的实验教学中,教师通过分析实验目的和要求,启发学生根据要求画出流程图,然后在教师的辅助下完成程序代码的编写。比如在做“两个多位十进制数相加”的实验时,由于要显示被加数、加数和结果,这边就可以提示学生利用DOS功能调用中的9号或者2号显示功能。通过提示,让学生回忆理论课堂中讲过的这部分内容,并让他们清楚9号和2号DOS显示功能使用时的区别。当学生完成显示部分程序之后,就可以开始编写两个数相加部分的程序了,但是因为题目中要求的是十进制数相加,而汇编语言中默认的是按十六进制数相加,所以这边可以采用提问的方式对学生进行提示,这时候学生就会知道要将结果进行十进制调整转化为十进制了。由于是多位相加,所以应该根据位数来定义循环相加的次数,并对进位位进行处理等。通过这样的引导,学生就很容易画出实验流程图,然后编写出程序,完成这部分设计性实验。
(三)硬件设计性实验
硬件设计性实验主要是让学生熟悉各种接口芯片的程序编写方法以及工作原理,包括可编程定时器8253、并行通信和可编程接口芯片8255、串行通信和可编程接口芯片8251、可编程中断控制器8259、模数(A/D)和数模(D/A)转换以及8237DMA控制器等。通过这部分实验内容的学习,可以着重培养学生应用典型可编程接口芯片和数字电路芯片进行I/O接口设计和扩展的能力。比如通过“交通灯控制”实验,可以让学生明白如何设置控制字来控制各端口的工作方式、各个端口在不同工作方式下的状态以及各端口的输入和输出等。
(四)硬件综合性实验
硬件综合性实验是运用所学知识构建具有一定意义的实用系统,学习和掌握微机中常用接口电路的应用和设计技术,充分认识理论知识对应用技术的指导性作用,进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼,通过综合设计性实验使学生的设计水平和对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。
三、多种教学方法相结合,提高教学效率
教学方法是教师和学生为了实现共同的教学目标,完成共同的教学任务,在教学过程中运用的方式与手段的总称。在微机原理与接口技术的实验中,根据以上实验程度的层次要求,我们采用不同的教学方法进行教学,这样可以取得更好的教学效果。
(一)演示法在基础实验教学中的使用
演示法是指教师通过展示实物、教具,进行示范性实验,或通过现代化教学手段,使学生获取知识的教学方法。对于软件基础性实验以及硬件设备基础实验我们可以采用演示法进行教学。由于学生在刚接触微机原理与接口技术实验课时,对汇编语言调试工具并不熟悉,所以在这一阶段的教学过程中,我们可以适当的进行演示,以提高学生学习效率。比如在做“汇编语言的编写与调试实验”时,我们可以在教师电脑上对debug和Emu8086的程序书写过程以及调试方法、步骤等进行演示,让学生深入了解这些软件的使用方法。对第一次接触硬件基础实验时,我们同样先向学生演示实验室硬件配套实验箱以及配套软件的操作方式以及调试过程,比如我校采用的是清华大学科教仪器厂的TPC2003A实验箱,其配套软件为TPC-USB,在课堂上我们可以以一个简单的实验为例,接上导线,连上硬件,然后通过演示,可以让学生熟悉实验箱,并熟悉利用这个软件进行编写、调试、运行程序等实验步骤,对后续的设计实验中学生能熟练利用这些配套软件来进行实验设计起到了很大的帮助作用。
(二)启发式教学在设计实验教学中的使用
启发式教学是指教师在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律,从学生的实际出发,采用多种方式,以启发学生的思维为核心,调动学生的学习主动性和积极性,促使他们生动活泼地学习的一种教学指导思想。在汇编语言软件和接口硬件设计实验中,我们可以采用启发式教学的方法。根据设计实验要求,教师对学生进行适当的启发和引导,让学生在教师的帮助下独立完成实验的设计和调试,发挥自己的主动性和创造性。
(三)讨论法在综合实验教学中的使用
讨论法就是学生根据教师所提出的问题,在集体中相互交流小组的观点或个人的看法,相互启发、相互学习的一种教学方法。在综合设计实验这一阶段,学生2~3人为一个小组,通过学生之间的讨论以及资料查询等,取长补短以完成整个设计。这样不仅可以引发学生的学习兴趣,使学生感到自我存在的价值,激发学生的智慧,也可以让学生进行积极的思维活动。况且某些学生的独特见解许多时候更胜于教师循规蹈矩的讲解,有利于学生巩固和加强对基本概念和理论的理解和掌握。
四、严格要求学生,培养学生积极的学习态度
实验教学是课堂教学的补充、延伸和深化,是课程教学的重要组成部分。实验教学的目的就是通过与课堂教学的密切配合,巩固和扩充课堂讲授的理论知识,加深对课堂教学内容的理解;训练科学实验的基本技能和方法,养成严谨的科学态度和工作作风,培养运用所学理论知识独立分析、解决实际问题的能力和实际动手能力。为了完成以上的实验目的,我们要求学生在进行微机原理与接口实验过程中完成以下任务要求:
(一)实验预习
在每一次实验课之前,学生都必须写好预习报告。要明确实验目的和要求,在实验报告上画出程序流程图并编写出程序(硬件设计实验还需要画出电路图)。
(二)课堂实验验证
在实验课堂上学生通过对预习报告中的设计方案进行调试和修改,直至符合实验要求为止。
(三)完成实验报告
实验结束之后,学生都必须完成实验报告,并对实验内容进行总结,对实验结果进行分析和讨论。
五、完善实验课程考核方式
对学生进行实验考核是验证学生掌握所学知识的一种手段,也是督促学生钻研基本理论和提高基本技能的重要措施。为了有效提高微机原理与接口技术实验教学的质量,更好的检验实验教学的效果,我们采用现场实验操作的方式进行期末考核。考核的题目由教师在考试之前准备若干份,然后由学生现场抽签决定。考试的成绩由教师在学生的操作过程中,根据学生对所涉及题目要求的设计方案、程序设计代码、动手验证操作以及故障排除等方面进行给分。学生最后的综合成绩包括其期末实验考核成绩、实验报告成绩、平时完成实验情况及出勤表现等来进行综合评定。制定一个严格的考核方式有利于提高学生的学习积极性及主动性,并能在平时实验过程中以及期末考核中了解学生掌握实验的情况,对于今后改进实验教学有很大的帮助。
六、结语
微机原理与接口技术的实验教学是一个长期的过程,只有不断总结实验教学经验,改善实验环境,探索实验教学新方法,提高自身业务素质与管理水平,才能培养出满足社会需求的高素质的人才。
参考文献
[1]周荷琴,吴秀清.微型计算机原理与接口技术(第三版)[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2004.
[2]陶龙芳.微机原理与应用实验(第一版)[M].北京:中央广播电视大学出版社,1998.
[3]洪金明.对《微机原理与接口技术》实验教学改革的探讨[J].长沙通信职业技术学院学报,2005,(4).
关键词:“三性”;实验;微机原理与接口技术
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2008)18-2pppp-0c
Research on "Three Properties" Experiments for Microcomputer and Interface
CHENG Yun, WU Tie-bin, XIE Si-lian, TAN Jia-fan
(Department of Communications & Control Engineering,Hunan Institute of Humanities,Science and Technology,Loudi 417000,China)
Abstract:Combining with the innovation of experimental teaching of our university, the paper rmade useful exploration in innovated experimental teaching mode with“three properties”in Microcomputer Theory and Interface. With the innovated experimental teaching with“three properties”, the consciousness and capabilities of students are cultivated and the stuudents' abilities to solve problems are gradually strengthened and improved.
Key words:"Three Properties";Experiments;Microcomputer Theory and Interface
1 引言
实验教学是高校教学中一个重要环节。学生通过实验,可以加深和巩固所学到的理论知识,提高动手能力、实验技能、分析问题与解决问题能力,培养严肃认真、实事求是的科学态度,为培养富有实践能力、创新能力人才打下牢靠的基础。传统实验教学的最大弊端,就是开设大量仅为理论教学服务的验证性实验,缺乏培养工程应用能力的实验,这样的实验往往只是一个“装配”实验,培养的也只是一个装配工,不能锻炼和培养学生解决问题的能力,创新更无从谈起。如何发挥好实验的作用,什么样的实验更能培养学生的实践能力、创新能力,值得我们深入研究。我们认为在实验教学上,应该以创新为主线,开设一些与传统的验证性实验有本质区别的综合性、设计性和研究探索性的“三性”实验,以此推进实验教学改革,使实验室和实验教学真正成为实践能力和创新能力的培养基地。下面我们就《微机原理与接口技术》中的“三性”实验进行探讨。
2 “三性”实验的内涵与特征
“三性”实验一般指综合性、设计性和研究探索性实验[1]。
综合性实验就是“实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验”,
综合性实验并不局限于实验内容的综合。综合是相对单一而言的,综合的内涵应该包括实验内容的综合、实验方法的综合、实验手段的综合。通过内容、方法和手段的综合,对学生的知识、能力、素质形成综合的学习与培养[1]。
设计性实验是学生在教师的指导下,根据给定的实验目的和实验条件,自己设计实验方案、选择实验方法、选择实验器材、拟定实验操作程序,自己加以实现并对实验结果进行分析处理的实验。与传统的验证性实验比较,设计性实验一般具有学生设计主动性、实验内容具有挑战性和实现方法多样性等特征。
研究探索性实验是指学生在导师指导下,在自己的研究领域或导师选定的学科方向,针对某一或某些选定研究目标所进行的具有研究、探索性质的实验,是学生早期参加科学研究,教学科研早期结合的一种重要形式[1]。显然,研究性实验也属于设计性实验的范畴,是具有科学研究和探索创新性质的设计性实验。与一般的设计性实验比较,研究性实验具有实验内容的自主性、实验结果的未知性和实验方法、手段的探索性的基本特征。
3 制定《微机原理与接口技术》实验项目的原则
《微机原理与接口技术》本身就是一门开放性很强的课程,所以设计实验不应拘泥于教材,拘泥于一个具体的芯片。为了提高教学质量,同时提高学习者兴趣,所有的实验和微机应用系统均为综合性与设计性及研究探索性[2][3]相结合的。每个实验和系统设计只给出课题,只提供基本的设计思想和设计方法,不提供具体的、详细的电路与程序。学生通过自己查阅有关资料,自定设计方案,自行安排、调试接口电路及相应的软件。这样,每做完一个实验,相当于完成一个小课题的研究。这种全新的设计性实验,给学生提供了施展自己创造能力的空间,大大激发了学生学习的积极性和主动性。学生的学习热情高涨,学习兴趣浓厚,许多学生自觉地把课余时间花在实验上,深入地研究他们各自感兴趣的课题。学生通过这门课程的学习,提高了理论付诸于实践的能力,提高了工程设计能力和处理实际问题的能力,开发了学生的创新能力。很多学生在历次设计竞赛中取得了佳绩。
4 实验指导方法
在微机原理与接口技术实验教学过程中,指导教师主要引导和启发学生分析设计方案,根据电路的设计分级检查各点的数据与波形,运用实验仪器观察、判断波形是否正确,从而寻找、发展、排除故障。每次实验的结果都要经过教师认真的验收、打分,防止出现弄虚作假、蒙混过关的情况。实验完成后,要求学生认真总结、撰写设计性实验报告,对实验的可行性进行认真的论证,对电路的安装、调试过程进行认真的总结,对故障的排除进行理论分析。教师通过批改报告,将实验结果与报告质量与水平记入平时成绩。对于不同层次的学生,采用不同的教学方法。对于大多数学生,要求他们完成课程规定的基本实验。对于部分基础较好的学生,在完成好基本实验的前提下,开创第二课堂,让他们自拟一些自己感兴趣的课题,甚至可以与其毕业设计挂钩,充分发挥他们的创造能力。
为更好的检验课程教学的效果,强化学生的动手能力和独立分析问题、解决问题的能力,我们对“微机原理与接口技术实验”课的考试方法进行了改革,采用现场实际操作考试和实验理论考试相结合。操作考试的做法是,根据所做的实验内容,我们总结综合了多套软硬件结合的考题,在考试前对学生公布。考试时,以班为单位随机抽取其中的一套试题。考试以现场操作为主,以实验的结果和完成的时间评定分数。这种考试既督促学生对课程进行全面的、系统的复习与总结,使学生自觉、认真地对待每次实验,又真正检验了学生的实际动手能力。书面考试则主要检查工程调试能力、理论分析计算能力、测试方法与手段等基本技能。实验的综合成绩包括:平时成绩占20%、操作考试占40%、理论考试占40%。经过多年的实践证明,此种考试方法符合考试规律,成绩近似正态分布。要切实保证实验课教学的效果,提高实验课教学的质量,必须建立一套先进的管理机制。经过多年的实践,我们建立了一套开放性实验室管理机制,实验基地和实验元件器对学生全方位开放,实验时保证学生每人一块实验板、一套元器件、一台计算机和测试仪器,让学生在实验室这块小天地里充分施展自己的才能。
5 综合性实验实例--货物计费计数运输系统
我们精选了一些实验做为“三性”实验,这些课题都有基本要求和自由发挥部分,这些课题都具有实际意义,如“综合性实验”有货物计费计数运输系统,饭卡管理系统,超市收银系统,温度采集系统等,“设计性实验”有光控路灯系统,公司点到系统,家庭智能报警系统等,“探索性实验”有人工降雨系统、远程存包系统、潜水艇升降控制系统等。下面就综合性实验“货物计费计数运输系统”做个简单的介绍。
5.1 设计要求
结合实际应用,设计一微机应用系统,要求该系统综合应用并行接口、串行接口、其它接口(定时器接口、中断接口、模拟接口可选)、编制对应的程序,实现主控中心微机与下位机远距离传送以及远程控制或监测功能。
由一个主控机监控和若干个下位机组成,主控机负责数据处理,下位机负责访问接口。
主控机:在显示屏上用数字、图形、表格、曲线等直观数据处理的过程。
下位机:在显示屏上或用实验台的声光描述当前监控的工作状态。
5.2 设计的总体结构
(1)系统硬件由主控机(其中一台微机)、下位机(另一台位微机)和执行部件组成。主控机与下位机通过串行通信线连接。
(2)执行部件:由接口电路等组成,将接收的数据送入到下位机或将下位机输出的数
据送到执行部件。
(3)下位机:与主控机通信,控制执行部件。
(4)主控机:与所有下位机进行数据交换,必要时需建数据库,进行数据处理等。
(5)主控机程序:串行(RS232/RS485)通信程序,数据处理程序等。
(6)下位机程序:串行(RS232/RS485)通信程序,执行部件控制程序。
(7)上货时产生货物号和货物密码,传到下位机;下货时产生货物的运输费用;用LED显示货物量,用声音提示上货下货。
5.3 系统结构框图
上货下货C口控制声光系统进行声音提示。
上货时B 口控制步进电机正转模拟上货。
下货时A口控制LED灯显示货物量。
5.4 程序
由于篇幅所限,具体程序略,只讲思想。本实验程序由主控程序和下位机程序构成。
主控程序功能:
(1)主控机与下位机通信:主控机接到下位机请求后,产生货号和密码,完成后发往下位机。
(2)主控机数据处理:产生随机货号和密码,并且只在数字范围内。
下位机程序功能:
(1)下位机与主控机通信:下位机向主控机发送请求后等待主控机响应,接收主控机传来的有关数据。
(2)下位机控制有关接口:上货下货声音提示。上货时步进电机正转模拟上货。下货时步进电机反转模拟下货。下货时用户核对货号和密码。下货时产生货物的运输费用。用LED显示货物量。
6 小结
《微机原理与接口技术》是一门理论性和实践性都很强的课程,是计算机专业、自动化、
电子、机电等工科专业的专业基础课,是培养学生微机程控制设计与应用能力、创新能力设计的一门必修课。笔者依据大专院校学生的特点,结合教学实践,就《微机原理与接口技术》的“三性”实验做了一个探讨,旨在提高实践教学效果,加强对学生实践能力、创新能力的培养。
参考文献:
[1]曹中一.“三性”实验的内涵与特征[J].实验室研究与探索,2003,22(4):10-12.
[2]王红,林卫.微机原理实验教学改革的探索与实践[J].电气电子教学学报,2002,24(2):76-78.
[3]刘明良,曹大有,周兵.微机原理与接口技术实验教学改革探讨[J].福建电脑,2008(1):207-208.
【关键词】学习兴趣;教学内容;教学方法;教学手段
随着我国微型计算机事业的发展,目前微型计算机在我国工业智能化控制、通信技术、电子信息技术等领域已得到迅速发展。为培养高技能应用型人才,各类高职院校的计算机及相关专业相继开设了《微机原理与接口技术》课,并把它作为一门重要的专业基础课程。由于本课程实践性强,涉及的内容多、知识面广,在高职教育教学过程中普遍存在难教、难学的问题。针对以上问题,根据本人的教学经验,就本门课程做如下探讨。
一、培养学生的学习兴趣
1.学习该课程的重要性和实用性
在教学过程中经常有学生谈到《微机原理与接口技术》这门课程难学难懂,学习它有什么实际意义?对我今后的发展有什么作用?对于学生的疑问,其实在教学过程中的首次理论课是非常关键的,教师除了介绍学习微型计算机的内部结构、系统构成、指令系统、输入输出接口、存储器和接口的知识对我们今后进行大规模程序设计的重要性外[1],还要告诉学生,学好该课程对将来从事微型计算机技术是十分有用的。
2.结合实例促进学习
在培养学生应用能力的教学过程中,教师不仅仅是知识的传授者、讲解者,还是指导者、解惑者。在教学过程中,要培养学生独立思考的能力,在面对实践问题上能积极主动去亲自实践,做到理论于实践相结合。教师应在教学中应积极培养学生的学习兴趣为重要目标,让学生边学边用,以用促学,学以致用,以激发学生的学习兴趣。在教学中可经常向学生展示或分析一些我们身边微机产品,通过剖析系统的结构功能并与授课内容联系起来以培养学生的兴趣。比如分析广场上的电子大屏幕显示系统讲解微机的LED显示;如何用微机控制电机的正反转及如何进行调速,十字交叉路口的红绿灯控制等方式激发学生学习兴趣和科研精神。
3.理论联系实际
教学过程中带领学生到自动化程度较高的工厂参观,使学生们了解当前微机在工业生产自动化控制中的作用,并讲述微机技术在企业的需求及未来就业的前景等,增强同学们学好这门课程的决心与信心。在教学的过程中不断地培养学生学习《微机原理与接口技术》课程的兴趣和能力。
二、优化课程的教学内容,改进教学方法和教学手段
《微机原理与接口技术》这门课程比较抽象,特别是对于没有学过汇编语言的学生难于理解,所以学生仅有学习的热情还不够,正确的引导学生学习才是最有效的。
1.选择合适的教材,合理取舍教学内容
《微机原理与接口技术》课程的教材很多,选择合适的教材是提高教学效果的关键。在教学过程中,尽量选用一些与大规模程序设计相关案例较多的教材。
《微机原理与接口技术》课程内容具有很多的共性知识,其重复面比较大。例如:本课程在讲解计算机基础知识的内容时,对于微型计算机概述的内容因在计算机文化基础或计算机应用基础课里已经讲过,所以就不再重复讲述。为了避免课程内容的重复,应合理取舍教学内容,更多地注重对学生能力的培养,在教学过程中可适当地给学生补充汇编语言的知识。
2.增加课程的实践教学环节
学习微型计算机知识一种是从原理入手,注重理论和概念;另一种是从实际入手,注重把握其应用方法和技能[2]。不同的人应根据其具体情况选择不同的学习方法,对于高职学生显然应采用后一种学习方法。为了学生能够真正地理解和掌握理论知识,必须把书本知识与实验乃至生产实践结合起来,因此在确保理论教学同时,开放实验室,多给学生实践机会,使学生可以在实验室反复实践,从而加深对课堂内容的理解。
3.利用图表归纳法教学以优化教学内容
由于本课程内容多、细、零散、前后内容交错且涉及到的知识面广,学生初次接触时往往觉得难学,特别是随着所学内容的增多,学生感觉所接收到的知识比较散,理不出头绪来,更谈不上运用。所以在教学中可利用图表归纳法对课程内容进行科学地归纳组合,即将相关的内容组合到同一个模块中,然后抓住课程内容的主脉用连线将模块之间的联系标识出来并加以说明,从而使课本上那些分散、零碎的知识点一一串起来,形成一个层次清晰、结构明朗、联系紧密的图表。有了这结构清晰的图表,学生即可以对相关内容进行总体上的把握又可对某一个具体的知识点进行纵向的扩展和横向的比较,学生学习起来也不会感到混乱,且会激发学习的兴趣。
4.采用动态多媒体课件辅助教学
《微机原理与接口技术》课程内容庞杂,其中存在大量指令流程和CPU操作时序的讲解。如果上课仍是传统的板书教学,必将浪费宝贵的课堂时间,降低教学效率。为了达到良好的教学效果,利用多媒体教学课件,把声音、动画、图形、文字等媒体有机地组合在一起,把在课堂中讲述的内容形象、逼真地演示出来,使学生深入地认识和了解微型计算机的内部构造。在课件中可用动画效果来模拟原本无法看到的指令执行过程和数据流动方向、过去在课堂用语言表达的许多功能单元的控制方法、使用技巧等;以往学生只有在实践中慢慢消化掌握,现在通过课堂多媒体演示,不仅知道了系统设计,开发的基本步骤,而且对以往学习的难点也理解得比较透彻,课堂的学习效果自然就提高了。比如讲存储器分段时,说到存储单元物理地址唯一而逻辑地址不唯一时,很多学生感到难理解“逻辑地址不唯一”,这时采用多媒体动画的形式将存储器分段进行演示,它能够直观形象地让学生看出段与段之间的一种重叠关系。既让学生记住了结论,又让学生很好的理解了结论推导的整个过程。
《微机原理与接口技术》课程是一门实践性、应用性很强的课程,传统的教学方法和教学手段已不适应高职教学的要求。作为一名高校教师,我们应根据社会发展的需要,不断调整教学内容,改进教学方法,丰富教学手段,加强实践教学环节,认真总结教学经验,在今后的高职教育中探究出更加适合新时期的教学方法,培养出适应社会发展需要的应用型人才。
参考文献:
[1]邵鸿余编著.微机原理与接口技术[M].北京:北京航天大学出版社,1999.
关键词: 微型计算机接口技术; 教学改革; 实践
中图分类号:G642.3 文献标识码: B 国家标准学科分类代码:
1. 引言
“微型计算机接口技术”是计算机专业的专业必修课程,主要介绍微处理器的基本工作原理以及常用接口芯片的内部结构、外部引脚特性、工作方式等内容。其先修课为数字逻辑信号、计算机组成原理、汇编语言等课程。通过对本课程的学习,使学生能够对微型计算机的接口原理与技术有一个系统的、全面的了解;使学生掌握微型计算机接口的概念、功能、组成和体结构;使学生初步掌握微型计算机总线及接口的特点;使学生掌握常用接口硬件的特点和使用方法;使学生能够读懂简单的接口硬件原理图和相关的应用程序;使学生能够根据要求设计一些常用的较为简单的接口控制电路,同时掌握微机接口技术新的发展趋势,也使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练。最终使学生有较为全面、系统、扎实的知识基础,为学习其他课程、从事计算机应用的研究和开发打下坚实的基础。
目前,传统的“微型计算机接口技术”课程教学存在着一些弊端[1-2]。(1)传统教学内容陈旧、枯燥。“微型计算机接口技术”这门课程的传统教材内容陈旧,没有与时俱进。随着科学技术,特别是微型计算机科学技术的飞速发展,传统教材所包含的内容已显得比较落后,而且比较乏味、枯燥,很多教材在编写的过程中,重心放在理论知识的讲解,教师在授课过程中还是以教材的内容为主,没有与时俱进的引入与教学内容相关的新知识和学生感兴趣的课外知识,学生普遍感觉枯燥乏味。(2)教学实验以传统的验证性实验为主。传统的“微型计算机接口技术”实验,授课教师一般会让学生按照实验说明书中的实验步骤一步一步完成操作,直接观察实验结果,完全是对教材上或实验说明书上的理论知识和实验进行验证,学生没有深入的了解和思考,不了解实验的内在运作的实质,也没有创新性,学生对各种接口芯片在实际中的应用没有很深刻的理解和掌握。(3)教学手段、教学方法不够灵活,仍然主要以教师为主导。教师在实际授课过程中,一般直接将理论知识、实际技能讲授给学生,学生总是处于被动的状态。虽然能够在短时间内将知识完整的传授给学生,但是学生的积极性往往调动不起来,不利于提高学生的实际动手能力。(4)考核方式以“应试”方式为主。传统的“微型计算机接口技术”课程考核方式一般为闭卷考试,学生在复习时对很多知识点死记硬背,不但增加了学生的负担,使学生对类似课程产生抵触情绪,而且起不到活学活用,增加兴趣的作用。
因此要想让学生很好地掌握“微型计算机接口技术”课程,必须从多方面同时着手进行改革。从学生自身的特点出发,既注重理论知识的掌握,同时加强实验环节的动手能力,使学生在学习该课程时能够使理论为实验打基础,在实验实践中巩固理论知识,并且能够逐步培养对本课程的兴趣及创新的能力[1-4]。本文对“微型计算机接口技术”课程进行了四个方面的改革:教学内容的改革、实验环节的改革、教学方法的改革、考核方式的改革。
2. 教学内容的改革
教学内容的改革应注意以下几个方面:合理安排授课内容的顺序,突出重点;合理安排教学内容,避免讲授知识的重复性;合理分配学时。
第一部分,首先介绍微型计算机接口技术的相关概念和基本知识;掌握端口编址译码方法,使学生能够对本门课程有一个初步的了解。然后介绍微型计算机原理,主要讲解微型计算机的基本组成以及内部结构,目前,该课程大多介绍8086的结构和原理,而随着微型计算机技术的高速发展,在教学内容上也应该进行及时调整,结合当今的微型计算机介绍32位微型计算机的主要组成。在教学上也应从应用和实用的角度出发,主要强调微处理器中寄存器的结构和使用。这一部分是学生的对本课程的入门阶段,因此教师在讲解过程中要细致入微,使学生能够接受新内容,笔者建议在这一部分多花些时间,适当增加学时。
第二部分,首先介绍汇编语言,对各种指令的介绍要精简,只给学生介绍最常用的几个指令。比如传送类指令只需介绍MOV指令以及堆栈的PUSH和POP指令。然后介绍程序设计的结构,汇编语言属于结构化的程序。最后介绍总线的组成、传输方法及配置,主要介绍PCI总线的特点、命令、寻址、传输及仲裁方法。由于学生在其他一些课程中已经接触过一些上述内容,对于这一部分的讲解应适当精简学时。
第三部分,重点介绍接口芯片,讲解芯片的用途和使用情况而对芯片内部具体的结构可以简单介绍。比如定时计数器8253,着重介绍三个计数器的六种工作方式的特点及如何使用;串行和并行的接口芯片要结合目前的使用现状,比如打印机的应用;对于中断部分,着重介绍中断的基本概念,对采用中断技术的程序编写着重讲解,要特别注意中断处理的流程。另外,还应与时俱进,和现在的应用结合起来,介绍当今比较常用的接口,比如USB接口等等,这样可以提高学生学习的兴趣。这部分是“微型计算机接口技术”课程的重点,因此教师在讲授时要详细,并适当增加学时。
3. 实验环节的改革
笔者认为实验教学环节可以在完成计划内教学的前提下,利用现有师资、仪器设备、设施条件等资源,面向学生开放、为学生提供尽可能多的实践学习条件,重点培养学生的创新意识和动手实践能力。以前由于实验设备的限制,实验都是演示性的,10人一组,运行一下演示程序,看一下结果就算完成实验任务,学生对整个实验的印象非常模糊,起不到加深了解的作用。自从 2012年我校建立了新的“微型计算机接口技术”实验室以后,实验设备可以做到4人一组,为加强实验教学提供了物质上的保证。笔者对“微型计算机接口技术”实验课程进行了改革,将原来单一的验证型实验课转变为由验证型实验、扩展型实验和综合型实验共同构成的实验课。验证型实验是针对某一设计好的实验,对其功能做一个验证。对于这类实验,学生只需依照实验说明书中给出的操作步骤,很容易就能完成实验,实验程序通常也是现成的,学生只需在电脑中调出现成的程序并运行就能得到想要被展示出来的实验现象。验证型实验安排在授课初期,对于学生理解各个芯片的工作原理有一定的帮助。扩展型实验在验证型实验的基础上,对其电路连线或实验程序做一些修改,再去观察和分析所得到的实验现象。由于需要修改实验电路和实验程序,这就要求学生一定要比较清楚地理解整个实验过程,扩展型实验安排在授课中期,起到督促学生认真学习的作用。在学完本门课程所涉及的所有接口芯片后,学生可以把所学的知识综合起来,在实验柜上自己动手去设计几个包含多个芯片的综合实验,培养学生的创新能力和知识综合运用能力。综合型实验安排在授课后期,对于学生加深本门课的认识有一定的推动作用,巩固了所学到的知识。
在每次实验进行过程中,要以学生为实验的主体,最大限度地调动学生的积极性,引导学生积极对待实验中出现的问题,而不是放弃探索,并尽可能的让学生自己动手解决。指导教师在实验中扮演配角,负责给学生指明方向,并指导学生一步步的解决实验中出现的一些疑难问题。在每次实验前,要求学生养成先预习的习惯,使其先明确设计任务和目的,再由教师详细讲解设计内容。在每次实验完成后,要求学生及时写好实验总结及实验报告。组织课外兴趣小组,鼓励学生利用课余时间进行实验开发,让学生利用课外时间到实验室进行实验。
4. 教学方法的改革
教学方法是否合理,在很大程度上决定了教学效果的好坏,在我们的教学实践中,即使有优秀的教学内容和先进的实验设备,而没有采用合理的教学方法,也不能够将知识有效地传授给学生,更提高不了学生的学习积极性。对于教学方法的改革,需要我们在教学的实践中不断总结经验,根据不同的教学对象和教学内容进行适当的调整。对于“微型计算机接口技术”课程,笔者认为可以采用以下的新方法。
(1)激发学生的学习兴趣。兴趣是最好的老师,它能为学生提供无穷的学习动力,培养良好的创新能力。从实际出发,用学生容易理解的知识体系和叙述方法,深入浅出、循序渐进地帮助学生掌握相关内容。“微型计算机接口技术”是计算机硬件技术的一个重要组成部分,在日常生活中有很多应用,常见的有汽车仪表盘、超市收银机、银行排号系统、公司电子考勤机、小区防盗系统、公路收费系统等。在授课初期,可以选择一个跟学生日常生活比较贴近的例子,如公交车的报站系统等,由浅入深地讲解,让学生认识到本门课程的实用性所在,让他们感觉到通过自己的努力也能开发出这样的产品,从而产生对本课程的学习兴趣和实验兴趣。
(2)在授课过程中,多与学生进行互动。“微型计算机接口技术”课程中有大量的硬件理论,内容比较枯燥,如果一味地平铺直叙,学生很快就会觉得很乏味,对本课程失去兴趣。因此,在授课过程中一定要把学生注意力吸引过来,让学生们也参与到课程中来。比如在讲定时/计数器8253 时,提出一个用 8253 控制包装流水线的例子,让学生自由提出控制方案,然后大家集体讨论,并给出控制程序,这样既做到了知识的活学活用,又活跃了课堂气氛,实现了教师与学生的互动。除了课堂假设提问与学生互动外。笔者还精心设计了与课堂讲授内容相关的一些小问题,与学生互动,调动学生思考的积极性,达到巩固课堂所学知识,加深理解,提高学生掌握所学知识的效果。允许并鼓励学生大胆假设,大胆提问,鼓励他们不要怕说错,失败乃成功之母。
(3)在授课过程中,采用多媒体课件与板书相结合的方法。采用多媒体课件讲课,其优点是直观、全面,并且展现的内容更加美观。但是其缺点是容易造成讲授速度过快,信息量过大,突出不了重点,从而造成学生的思路跟不上,影响授课效果。笔者采用与板书相结合的授课方法,把讲课的速度控制在学生可以接受的范围内,以使教学的效果达到最佳。比如PCI总线这一章节,介绍PCI总线的读/写操作的时序信号时,由于时序信号种类繁多,若用多媒体课件讲解,学生一般接受不了,此时如果适当地配合板书讲解,有意地放慢一下讲课速度,就完全可以做到教与学的同步。
(4)借助竞赛激发学生的应用创新能力。在传统的理论教学中,学生总是按照教师安排的教学进度一个一个章节地进行学习,所获得的知识是零散的,通过学习,很难将每个接口芯片联系起来。在这种情况下,我们可以组织不同形式的接口知识和设计竞赛。通过竞赛激发学生的学习热情,对“微型计算机接口技术”理论知识进行高速的吸收、提炼和升华,进而结合实际案例的设计来使学生的接口技术开发能力达到一个新的境界。
5. 考核方式的改革
考核在教学过程中起着重要的作用,是教师了解学生学习状况、实施因材施教的基本依据,也是学生自我评价、自我认识的依据。目前,“微型计算机接口技术”课程考核评价方式主要是以闭卷形式进行理论考试。这一考核方式无形中把学生学习的主要精力用在了对基本概念、原理和指令等方面的死记硬背,忽视了对其应用能力和动手能力的锻炼和考查。改变传统的考核评价体系,评价学生时不再单一地看笔试成绩,应考查学生运用知识解决问题的综合能力。反对单纯以理论考试的成绩作为最终成绩的做法。对于“微型计算机接口技术”课程,笔者认为可以将考核成绩分成两个部分综合给分。第一部分考核基础知识、基本理论的掌握程度,这一部分的考核采用半闭卷半开卷的考核方式,考试时间为60min,占总成绩的50%,题型包括填空、选择、分析和程序设计题型,考查学生对基础知识、基本理论的掌握程度。考试时,学生可以自带一页手写好的参考资料,进行辅助答题。第二部分考核实验操作能力,对学生考核的重点不是看完成实验的速度和对实验操作的熟练程度,而是考核在实验过程中所反映出来的设计能力、操作能力和应变能力,这一部分占总成绩的50%。
6. 结论
由于微型计算机技术的迅速发展,而不断的给教学改革提出了新的目标和要求,这就要求教师紧跟发展趋势,不断地调整教学内容,改进教学方法,丰富教学手段,加强实验、实践环节,采取多种途径,提高教学质量,培养学生的创新能力,实现教与学的最佳统一。通过“微型计算机接口技术”课程的教学改革,教学质量显著提高,拓宽了学生知识面,提高了学生学习专业课程的兴趣,不仅使学生在实践能力上得到锻炼和提高,而且培养了思维和创造能力,也为其它专业课程学习与实践提供很好的学习基础和学习方法。
参考文献
[1] 蔡莉莎, 吴恒玉, 曾维鹏. 高职院校《计算机接口技术》课程教学改革的探讨与实践[J]. 装备制造技术, 2011, (3):206-208.
[2] 吴卫江, 李国和, 陈菲. 计算机接口技术课程教学改革[J]. 教改纵横, 2009, (2):56:57.