《微机原理及应用》教学方法的探索与实践

2011-02-19程红邹甲李军中国矿业大学北京机电与信息工程学院北京100083

中国科技信息 2011年4期

程红邹甲李军中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京 100083

《微机原理及应用》教学方法的探索与实践

程红邹甲李军中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京 100083

日新月异发展的计算机科学以及我国不断深入的教学改革给当前微机原理课程的教学带来了新的问题，需要教师在教学过程中采用适当的教学方法以引导学生。本文在对教学内容的基础性和先进性进行探讨基础上，探讨了一种课堂教学与课后自主学习、理论与工程实际相结合以推进研究性教学的教学方法。

微机原理；教学方法；研究性教学

《微机原理及应用》课程是普通高等学校电气工程与自动化、测控技术与仪器、电子信息等电类专业的一门重要的学科基础课程，是学生进入大学后学习的第一门有关计算机硬件基础、汇编语言，以及计算机接口技术的一门技术性课程。课程教学效果将直接影响“单片机原理与接口”、“计算机控制”、“可编程控制器PLC”、“DSP 数字信号处理”等电类专业后续课程的学习。因此，“微机原理及应用”课程教学，不仅应使学生从理论上掌握微型计算机的基本组成、基本工作原理及典型接口技术，还要从实践方面建立微机系统整体概念，初步具备微机软、硬件设计开发的基础，培养其分析解决实际问题的能力。

由于当前计算机科学发展迅猛，新技术层出不穷，微机课程的教学面临着许多新的问题，包括如何处理传统基础理论和现代先进技术之间的关系问题，课程教学内容繁多与课时数相对减少问题、基本实验技能与综合设计能力之间的关系问题等等。[1]下面将结合笔者近年的教学实践，从几个方面对电类专业微机原理课程的教学方法进行探讨。

1 教学内容的基础性和先进性

微型计算机技术的迅猛发展，新技术的不断涌现，使得“教学内容的基础性和先进性”的关系问题在微机原理课程教学更为突出。一味地追求教学内容的先进性，必将导致课程教学内容繁杂、知识点相对零散,使初学者感到内容抽象、难以理解。另一方面，微机原理相关教材的编写总是落后于技术发展的步伐，而教学内容只停留在现有教材层面，又会影响学生的学习兴趣。因此,正确处理教学内容的基础性和先进性，对提高课程的教学效果,激发学生们的学习兴趣有着重要的意义。

电类专业的“微机原理及应用”课程为专业基础必修课程。对于该类课程的教学，笔者赞同如下观点，即大学基础课程教学不同于专业技术培训，必须强调基础。作为专业基础课程，微机原理教学内容组织的指导思想是：从基本概念、基本分析方法和基本能力的培养入手，在保证基础的前提下，吸收计算机技术发展中涌现的新技术，科学合理地更新课程内容，保持先进性和时代性[1-2]。

微机原理课程教学首先遇到的就是微处理器的选择问题。从1971年，英特尔公司推出的全球第一款微处理器开始，微机原理课程教学的主要内容——微处理器，经历了Zilog Z80、Intel8088/8086、Intel80286/386，到Intel Pentium奔腾处理器，可供教学选择的微处理器非常广泛。尽管在现代微机中出现了很多高端技术,但是整个微机系统的基本结构没有实质性的改变。因此,为了便于初学者把握整个微机系统的架构，避免纠缠于高端CPU的一些技术细节中，笔者在教学内容的选择上,仍一直选用基于Intel系列16位经典CPU 8086。通过详细讲解8086/8088微处理器，使学生掌握微处理器的基本架构、管脚信号、总线时序、指令系统等微机基础理论知识。

在保证基础理论学习的前提下，适时合理地引入现代微机系统中具有代表性的新技术。如通过讲解8086微处理器的BIU和EU并行工作的架构，使学生理解并行流水线技术在微机的指令流水线技术的应用，这种并行流水线结构虽然不能与现代CPU的指令流水线相提并论，但它为现代流水线技术奠定了基础。在此基础上，通过对高端CPU的高性能超标量流水线技术、分支预测等技术的介绍，开阔学生的视野，提高学生的学习兴趣。

2 课堂教学与课后自主学习相结合

随着本科课程体系的不断改革，本科教学计划也在不断进行调整。对于电类专业培养计划的修订，在总学时不增多的情况下，不仅课程门数要求增加，而且要求突出实践教学，增加综合性设计性课程设计，因此势必减少了部分专业基础必修课程的学时数。

目前中国矿业大学（北京）电气工程与自动化专业的《微机原理及应用》课程为专业基础必修课程，64学时，其中实验课时12学时。该课程具有教学内容多，信息量大，知识点零散，课程理论性和实践性都较强的特点；尤其是该课程还有一个特点就是技术发展快，教材内容总是落后于实际应用技术。因此，笔者赞成“重点讲授、引导自学”的教学方法[1-2]，将需要掌握的微机系统中最基本、带有共性的内容，作为教学的重点，在课堂上仔细讲解、详细剖析；同时对需要学生了解的当前微机技术发展的新技术，给出引导思路和学习方法，详细内容鼓励学生通过课外自主学习完成。这样不仅解决了课堂学时不够的问题，更重要的是培养学生自主学习的能力。笔者一直在课堂上强调，微机课程的课堂学习，基础原理固然重要，但更重要的是通过课堂教师的讲解，学习该门课程的学习方法和实践方法。

比如，对于串行通信的数据校验章节，一般课堂上只对数字通信中的差错控制技术进行简要介绍，同时要求学生掌握最基本的也是最简单的奇偶校验。对于目前工程设计中常用的循环冗余校验（CRC），由于课时有限，课堂上只能几句话带过。笔者在教学过程中，将会引导学生充分利用图书馆资源和网络资源。要求课后自主查找文献，并撰写相关文献阅读报告。另外，在课堂中只要遇到常用接口芯片，一定引导学生阅读相关芯片的英文手册，笔者认为这对学生今后进行相关电路设计将大有益处。信息技术的飞速发展，要求设计者具有较高的专业英文文献及手册的阅读能力，笔者认为引导学生阅读常用接口芯片英文手册，是进行微机原理双语教学的一种有效的方法。当然，课堂上教师只能利用少部分时间进行引导教学，专业外语阅读理解能力的提高，还需要学生在课后多练习。

3 结合工程实际，推进研究性教学

教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中明确指出“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力”。因此，实施研究性教学，激励大学生的创新意识，锻炼和培养大学生的创新能力，是高校教育教学改革的重要课题[3]。

“微机原理及应用”是技术性、工程实践性很强的课程，如何在该课程中发挥教师科研优势，结合工程实际进行研究性教学，是目前各高校相关教师关注的问题。[4-5]微机原理课程教学的研究性可以体现在许多方面，目前比较受关注的主要集中在综合性设计性实践环节的教学上。本文更想强调的是教师的主导作用，教师如何利用有限的课堂时间，结合工程实际问题，更好地启发学生，提高学生的自主学习兴趣。

举例来说，在讲解串行通信的接口标准时，一般教材只限于RS-232-C接口。笔者在教学过程中，将内容适当扩充至目前常用的工业现场总线，如RS485网络。课堂上结合RS485通信网络对主从通信方式进行简单介绍，激发学生的学习兴趣，同时引导学生课后查阅文献，扩充课外知识。

再如，在讲解可编程定时/计数器章节时，结合科研课题，如“高压开关测试仪”、“煤矿矿井顶板位移监测”等项目，通过光栅位移传感器与计数器结合，介绍一种工程实用的位移量检测方法的基本原理。同时通过提出“如何判断开关动触头的位移方向”等实际问题，引导学有余力的同学课后进行更深入的探讨。之后，还可引导学生思考如何利用计数器进一步测量电动机转速问题，课程最后要求学生自行设计完成“直流电动机速度闭环控制”的综合性实验，使学生从理论到实践全方位地进行研究性学习，收到了较好的教学效果。