面向应用的微型计算机系统教学实践

郭忠文　蒋永国　冯　源　洪　锋　曲海鹏

摘要:提高学生的实践能力和应用能力,对于提高人才培养质量具有重要作用。本文以课程相关的实际应用系统为主要线索,重新对微型计算机原理课程的教学和实验内容进行组织和安排。实际教学表明,学习本课程后,学生的实践能力及专业知识的应用能力明显提高。

关键词:微型计算机系统;面向应用;实践教学

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

多年的教学经验和目前社会对人才的需求表明,提高本科生的实践和应用能力,对于提高学生的培养质量,更好地满足国家企事业单位对人才的需要具有重要作用。目前关于微型计算机原理的教学,存在多种教学课程,如“微型计算机原理”、“微型计算机原理与接口技术”和“微型计算机系统”等,但课堂的主要教学内容基本相同,即主要介绍微处理器的结构、指令系统、汇编语言、接口芯片、总线和输入输出、外设等。

由于课程内容涉及硬件内容较多,课堂内容相对抽象、枯燥,学生学习兴趣低、课堂内容理解困难。目前配备的实验系统大多针对课堂内容设计的实验项目,由于实验箱设计的功能过于完善,需要学生动手实践的内容很少,使学生对实验内容的理解仍然难以深入。更大的问题是,学生在学习课程过程中,对课程内容和实际应用难以联系,感到迷茫,甚至有些学生认为,若将来进行软件编程,学习该课程没有实际用处,因此影响了学习兴趣和学习效果。同时,针对课程内容设计的实验项目,对于加深课堂内容的理解具有重要作用,但是与实际系统应用还有很大距离。

实际上,“微型计算机系统”是一门与实际应用紧密联系的课程。为了解决学生中存在的上述问题,文献[1]中提出了利用综合实验提高学生应用能力的教学方法。文献[2]针对如何提高学生的创新能力提出了教学思路。我们以课程相关的实际应用系统为主要线索,对课程内容和实验内容进行组织和编排,使课程内容、实验内容与实际应用系统紧密结合,提高学生对课程学习的针对性,使学生在力求解决实际应用系统问题的过程中,掌握教学内容,这样不仅使学生加深了对课程内容的理解,而且使学生对本课程的实际应用有了直观印象和实际体会,显著激发了学生的学习兴趣,取得了良好的教学效果,明显提高了教学质量。通过针对实际应用的实践能力培养,利用所学知识解决实际问题的能力得到有效提高,从而使学生更有效地介入老师的科研活动,进一步促进学生的培养质量的提高,形成教学、科研相互促进的良性循环。

2应用系统的选择与教学实践

“微型计算机系统”课程是在讲述微处理器原理的基础上,重点讲述微型计算机接口技术,因此我们选择与微型计算机接口密切相关的家电测试系统和机房安全监视系统作为课程讲授的典型应用系统。这两种应用系统也是我们课题组长期从事科研开发的应用系统,具有较为丰富的开发经验和体会,相关内容补充到教学中,教学及实验内容具体、生动,对于学生将来从事该领域的开发和研究帮助很大。

2.1电冰箱测试系统

电冰箱测试系统的硬件结构如图1所示,在建立应用系统的过程中,实际的硬件系统是成熟硬件产品的系统集成,所需研制的主要内容是编制数据采集软件,通过数据采集设备的接口获得测试数据,利用测试数据进行有关计算和处理。由于数据采集设备不同,设备的接口也不同。我们把实际应用系统中采用的、与课程紧密相关的接口引入教学和学生实验中。

2.2机房安全监视系统

机房安全监视系统的硬件结构如图2所示。与电冰箱测试系统的明显不同在于,该系统是一个网络化的系统,所有传感器或智能仪表通过本地的数据采集器进行硬件集成,采集软件是通过网络访问数据采集器获得采集数据,或通过数据采集器再访问智能仪表获得相关传感器数据,这是一种计算机接口在网络环境下的典型应用,而以往的教科书中没有涉及该方面的内容。

2.3应用系统整体概念的建立

因实际应用系统的开发工作量较大,很难在教学和实验的有限课时内完成,因此我们对原有实际应用软件系统进行改造,留出与实验程序的软件接口,关键和典型的应用模块让学生在实验中进行开发,和原来的实际应用系统连接后即可构成完整应用系统。而原有系统的源代码和开发文档可提供给学生,以帮助感兴趣和有精力的学生业余时间进行自学。电冰箱测试系统和机房安全监视系统的软件功能结构基本相同,如图3所示。

同时,为了让学生感受到实际应用系统的情况,我们拍摄了大量现场情况的照片(电冰箱测试的实际场景如图4所示)给学生提供直观印象,并且与应用单位保持紧密联系,组织学生适当次数的应用单位参观,使学生深刻感受到所学课本内容是实际中真正需要应用的知识,提高学生的学习兴趣和动力。

3教学内容的组织

为了提高教学效果,对教学内容重新进行了精心组织,不追求课程内容多,在讲述微型计算机基本原理的基础上,希望学生对课堂内容的理解能够更深一步。因学生只要对学过的内容能够深入理解,在实际需要时,对于其他教学内容可以非常容易地通过自学掌握,适当减少基本教学内容、增加相关实际应用案例,不仅不会降低教学效果,反而会很大程度上提高教学效率。为了使引入的实际案例便于学生理解,把相关的实际应用与基础内容紧密联系,如常用的数据采集设备与采集设备的实际通信协议等紧密联合。调整后的教学内容,是微型计算机基本原理和实际应用系统的紧密结合,经过教学实践证明,这种教学内容更容易引起学生的学习兴趣,更便于学生从整体上把握学习本课程的用处和目的。调整前与调整后的教学内容对比如表1和表2所示。

4实验内容的组织

在学习本课程后,为了使学生能够尽快适应相关应用系统开发的需要,我们结合课程内容,选取来源于科研开发的实际应用系统的关键模块作为实验案例,对课程实验进行系统化的设计和安排。同时对原有的应用系统进行改造,保留设计系统研发的关键难点作为课程实验主要内容,对其他模块设计与实验模块的接口,以便能够与实验内容进行衔接。只要学生把实验模块开发完成,就可和其他模块构成完整的应用系统。

对于非实验模块,以详细开发文档和完整注释代码的形式提供,可让学生在课余了解更多实际系统开发细节方面的内容。因实验中用到的系统开发模型,是在多年科研开发活动中的经验总结,甚至很多内容是科研活动中的创新。因此,在真正系统开发时,可以把课堂及实验中的软件代码直接应用于所开发的系统,显著提高开发效率。与原来原理性的教学内容相比,在面向应用的课程实验教学过程中,通过把生动的应用实例摆在同学面前,极大地提高了他们的学习兴趣,同时让学生深刻感受到学习本课程的意义、目的和用处。实验内容调整前与调整后的内容对比如表3和表4所示。

5结束语

从以上的叙述内容可以看出,在课程原有基本原理的基础上,我们以课程相关的实际应用系统为核心,分别对课堂教学内容、实验内容设置和实验教学设备进行了系统化的设计和补充。教学实践表明,通过教学内容的精心调整,明显改变了学生以前对课程内容的应用前景感到迷茫的状况,激发了同学们的学习兴趣,同时增加了学习内容的实用性,明显缩短了从课堂学习到熟练进行实际应用系统开发的转换时间,能够更好地满足相关企事业用人单位的需求,显著提高学生在同类专业中的竞争能力,对促进本课程教学质量的提高具有积极的推动和示范作用。

参考文献:

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