“微机原理与接口技术”课程的案例教学探讨

王 焱 郑俊辉 易发胜

摘要:“微机原理与接口技术”是计算机科学技术有关专业的核心专业课,如何改进该课程的教学效果是高校专业课教学中的一个重要问题。根据“微机原理与接口技术”课程特点,本文探讨了如何将案例法应用到教学中,更好地改进该课程的教学效果。

关键词:微机原理与接口技术;案例教学;教学模式

中图分类号:G642 文献标识码:B

1课程的特点及其现行教学中的问题

“微机原理与接口技术”课程是当前高校很多专业的专业基础课,在整个专业建设和课程体系中占据重要地位。但当前在“微机原理与接口技术”课程教学过程中还存在诸多问题。

首先,“微机原理与接口技术”课程涉及面广,是计算机软件技术和硬件技术的结合,还涉及数字逻辑、汇编语言、计算机组成原理和操作系统等学科的知识。学生理解起来具有一定难度。同时,“微机原理与接口技术”还是一门不断发展的科学,新技术、新应用领域不断涌现。因此,“微机原理与接口技术”不仅理论性强,而且概念多、翻新快。而教学内容往往来不及更新和补充,造成了教学和实际的脱节。

其次,以教师为中心的传统教学模式忽视了学生的认知主体作用,在整个教学过程中,以“教”为主,缺乏互动,难以激发学生的学习热情,不利于具有创新思维能力的创造型人才的培养。特别对于“微机原理与接口技术”课程来说,由于概念多,涉及知识面广,教学内容不系统,随意性大,形式松散,传统教学模式使学生很难理解透彻理解网络知识,学生普遍存在理论与实践脱节现象,不少学生修完课程,拿到高分,但对于微机原理与接口技术的理论知识认识并不深刻,在实际应用中不能学以致用。

最后,微机原理与接口技术的实验教学跟不上教学的要求。由于“微机原理与接口技术”课程涉及知识面广,实验内容多,如何有效组织这些试验本身就面临挑战。同时,很多微机原理与接口技术实验需要特定的环境,需要投资购买大量硬件设备及软件,但是很多学校没有条件提供足够的环境让学生进行实验,因此学生往往难以通过实验得到很好的锻炼和对课程知识的深刻理解。

此外,微机原理与接口技术是一个复杂的领域,当前并不是每个教师都具备了设计、实现微机原理与接口实验的经验和能力。无论是进行课堂教学的,还是进行实验教学的,很多老师都没有参与过实验箱构建、芯片模块组织的开发工作,缺乏对相应知识的感性认识,导致教学中理论与实践相脱离。

2案例教学的优点和方法

案例教学是在教师的指导下,根据教学目的要求,组织学生对案例的调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动,教给他们分析问题和解决问题的方法或道理,进而提高分析问题和解决问题的能力,加深学生对基本原理和概念的理解的一种特定的教学方法,其本质是理论与实践相结合的互动式教学。学生通过直接和间接的途径去亲身经历和体会发现知识的过程,它是高年级本科生从“接受知识”的学习过程向“发现知识”的探索过程的过渡的初步尝试。它从传统的知识型教学,向开发学员潜能、培养创新思维和能力的创新型教学转变,开始实现从“教为中心”向“学为中心”的转变。这类教学活动又是研究性学习的一种尝试,它以问题为中心,把教学活动关注的重点从“结论/结果”转到为得到这个结论/结果的“探索过程”,促进学员学习方式的改变。合理有效的案例教学与理论教学有机结合可以最大限度地减轻学生的认知负荷,提高学习效率。

案例教学具有多种教学模式。包括样例学习、解决问题、产生问题、理解问题等。在实际教学过程中,都需要根据具体的教学需要,选择适当的模式进行。因此,进行案例教学需要教师花更多的时间来选择合理的案例,并针对教学要求,对案例进行剪裁,不能将整个科研项目全部搬入课堂,应选择难易程度合适并密切结合课程教学内容的那些部分。案例最后结论的正确与否不必太刻板,可以让学生有较大的自由发挥空间,结论可以有争议性。可事先将尝试案例布置给学员,让其有时间形成自己的思考。学员自身对案例的思考是学员参与程度最直接的推动力。教学活动的具体方式可结合案例特点与教学目的灵活选择,如分散小组式和集中全班式,全班式可有学员主讲讨论式、教师主导演示式和师生对话式。

3 “微机原理与接口技术”课程的案例教学设计

针对“微机原理与接口技术”课程的本身的复杂性和目前教学中存在的问题,考虑到案例教学的特点,我们特别设计了如下几类案例教学方法,来改善“微机原理与接口技术”课程的教学效果。

3.1原理性案例教学

“微机原理与接口技术”课程中有些重要的原理,既复杂,又难以讲解清晰,而且有很多要点还在不断发展。这样的课程内容如果结合案例教学将会达到事半功倍的效果。

我们可以8088系统原理作为案例教学的中心。它们都是“微机原理与接口技术”课程中的难点。如何让学生真正理解各个引脚的符号、功能作用和数据流入流出的方向,引脚之间的相互配合和时序上的安排等将会对学生理解计算机理解微机原理与接口技术中的原理和应用产生重要影响。

我们通过对最小组态下各个引脚基本知识学习之后,结合总线时序要求学生分组动手画出最大组态下总线时序图,重点是怎样设计各个引脚信号在时间上的不同有效状态,讨论各个设计方案的优缺点,最后讲解8088系统的时序控制方案以及最新进展。

这种基于理解问题的案例教学将充分发挥学生的主动性,学生可能由于没有考虑到细节而无法做出科学的方案,但经过思考,在比较现实的解决方案后加深了理解,并在以后的方案设计中考虑能更多的因素,逐步培养科研素质。

3.2设计性案例教学

学习微机原理与接口技术的一个重要目标就是要利用所学的知识进行软硬件产品设计工作。目前很多同学抱怨“微机原理与接口技术”课程学习了大量的概念、原理和理论,到底如何设计应用还是似懂非懂。因此在“微机原理与接口技术”课程教学的过程中,采用一些设计性的案例教学,将有效地解决学生的这些疑问。

课程中的接口技术部分有很多和我们日常生活相关的应用,通过学习8253和8255A接口后,我们设计一个简易电子琴(利用所给键盘的1、2、3、4、5、6、7、8八个键,按下不同的键发8个不同的音调,并要求按下按键发声,松开延时一段时间停止,中间再按别的键则发另一音调的声音)的案例教学和一个带有LCD显示的定时闹钟(能够在夜间显示字符型时、分,用LED闪动表示秒计数,一旦定时时间到则发出声响)的案例教学,可以将抽象的接口知识和具体的应用编程结合起来,学生通过这个案例教学有助于提升学习的兴趣,并积极参与到案例教学中,互动性很好,因此,组织一个设计案例教学将非常有助于学生对两个接口芯片的理解。

设计性的案例教学适合采用样例学习方式。因为如果让学生来设计出一个小型系统模型还涉及大量的编程知识、开发平台,而且耗时日久,也不现实。因此教师必须精选合适的开发例子,来告诉学生如何逐步实施。并通过讲解后的讨论,让学生的疑问得到全部解决。这样不仅让学生更好地理解了微机原理与接口技术的相关理论,也能够让他们很好了解如何将微机原理与接口技术的理论和实践相结合。同时,这种案例教学还可以结合微机原理与接口技术实验教学或者课程设计教学,让学生有更好的学习效果。

3.3综合性案例教学

当前的“微机原理与接口技术”课程教学,总是按照介绍原理、内部硬件组成及应用的步骤讲解,即使理解了部分原理,还是无法将整个课程的内容贯穿起来,缺乏整体的微机原理与接口技术概念。为此,我们设计了综合性案例教学来解决这个问题。

一个综合性案例教学的例子是十字路口交通灯的设计(主要模拟马路上交通灯的变化,红、绿、黄灯交替点亮和熄灭,并有一定的延时),另外一个综合性的案例教学例子是设计一台出租车计价器(主要模拟出租车收费的功能,比如白天和晚上有不同的收费标准,能进行手动修改单价,具有数据的复位功能和数据清零的开关,数据输出等功能),这种案例教学采用解决问题模式,教师给出一个相对具体的设计要求,然后让学生从芯片选择,拓扑结构,设备配置,软件选择全方位进行设计,最后形成设计报告,然后对典型的设计报告进行对比讲评,并和相应的接口功能结合起来,最后还可以通过实验教学进行实际的实现验证。

4案例教学中的问题与对策

尽管案例教学已被越来越多的人所接受,许多高校在教学过程中都广泛采用了这种新的教学模式,但在案例教学的认识和实践上仍存在一些问题。比如将案例教学法混同于举例教学法;案例教学与其他教学方法不能很好地衔接;案例教学中缺少师生互动;对案例教学模式不大适应等。在实际教学过程中,笔者认为,要搞好案例教学,需要从以下几个方面来解决存在的问题。

4.1要充分准备,合理组织

在进行案例教学时,并不能抛弃传统的教学模式。案例教学需要与传统课堂教学要相互融合,案例教学也需要和实践教学相融合。这就需要我们在教学之前认真准备,合理组织。首先要决定选择案例教学的内容和案例教学的方式,然后通过比较和讨论,选择高质量的案例,并对案例中涉及的内容有充分理解,并考虑到学生在从事案例教学中可能出现的问题。最后,教师自己要充分理解案例所涉及的知识面,对于不理解的,一定要查阅资料或者进行课程组讨论来理解透彻,这样才能保障良好的教学效果。

4.2要充分调动学生进行思考

案例教学是理论联系实际的需要,也是教育对象主体化的需要。学生是主角,一定要充分调动学生积极性。在案例教学过程中,我们要有意识地培养学生独立思考和分析推理的能力和表达能力,要组织学生进行自我学习和能力锻炼,将学生置于主要地位,使学生成为课堂教学的中心。即使是样例学习式的案例教学,也需要通过提问、讨论等方式让学生认真思考。案例教学对教师提出了更高的要求,教师只有通过努力探索,不断创新才能适应深化教学改革的新形势。此外,还可以将案例教学过程中的一些结论和课程的考核结合起来,进一步提高学生的积极性。

4.3结合科研和实验教学

案例教学的材料主要来源于科研工作的实际,要给学生介绍一定的案例背景,让学生的实践感觉更强,科研中碰到的问题和解决方法也是案例教学中的重要组成部分。同时,很多案例还可以结合实验教学,让学生通过案例教学的思考,再到实验中去检验和验证,可以让学生得到更好的锻炼。比如上述的简易电子琴设计和交通灯设计和带有LCD显示的定时闹钟,都可以安排合适的实验。对于综合性的案例,比如上述的十字路口交通灯的设计及出租车计价器的设计,在评选出优秀的设计之后,可以组织学生分成小组去实现。因此,这就需要对案例教学进行更加科学的规划和统筹安排。

5总结

采用案例教学需要教师在授课前做比较充分的准备工作,比如对于简易电子琴的设计,可以在讲解了8253的工作原理之后再进行设计,教师需要了解学生的实际学习情况,即学生是否真正弄懂该接口的原理,然后决定是否展开该案例;对于综合性的案例设计比如出租车计价器的设计,可以安排在课程接口8255A、8251芯片原理讲解之后来设计,这样学生可以将学过的接口芯片应用融汇贯穿起来,会进一步加深对微机原理与接口技术概念、原理的理解。

对于精心设计的案例,教师可以在教学过程不断加深扩充其功能,比如对出租车计价器设计在学生基本设计完成后,可以扩充语音播报数据信息和显示当前系统时间功能,使学生把以前所学知识和新的功能应用进一步结合起来。这样,通过引入案例教学,学生会对“微机原理与接口技术”这门相对枯燥的课程产生浓厚的兴趣,并会把所学知识和身边很多具体应用联系起来,思考之,甚至最终实现之,这也是我们开设这门课程的一个重要目的。

参考文献:

[1] 王秀之. 案例教学中需要研究的几个问题[J]. 中国高等教育,2006(12):44-45.

[2] 陈效兰. 以案例教学调动学生学习的积极性[J]. 中国高等教育,2006(1):35-36.

[3] 刘彦保. 计算机网络课程教学改革与实践[J]. 黑龙江高教研究,2006(2):111-112.

[4] 易小琳,鲁鹏程,毛国君,等. 计算机硬件系列核心课程建设的研究与实践[C]//大学计算机课程报告论坛组委会. 大学计算机课程报告论坛论文集2007,上海:高等教育出版社,2007.

[5] 侯晓霞,戴跃伟,王建宇,等.“微机原理及应用”精品课程建设的探讨[C]//大学计算机课程报告论坛组委会. 大学计算机课程报告论坛论文集2007,上海:高等教育出版社,2007.