应用型地方院校微机原理实验教学改革与实践

武英　李秀娟

摘 要： 分析了当前微机原理实验教学中存在的问题，结合电子信息专业及学科建设，提出以培养学生动手能力和创新能力为目标的微机原理实验教学改革方案。将Emu8086和Proteus引入实验教学，对教学实验平台、教学方法、实验内容进行改革探索。该方案软硬结合，循序渐进。在提高实验教学质量，培养学生发现问题、解决问题，以及培养其创新能力方面起到重要的作用。

关键词： 微机原理； 实验教学； 改革； 能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）01-58-03

0 引言

微机原理是电信及自动化类专业的一门专业必修课程，其内容涉及微型机结构框架原理、汇编语言、接口技术三大部分，课程自身知识点较多，同时兼顾软硬件两个方面，具有较强的实践性。该课程内容比较抽象，学生难以理解，实验效果也不太理想[1]，在当前课时压缩、实验室资源有限的条件下，问题更为突出。

应用型地方院校以培养具有创新精神和实践能力，服务地方经济发展的应用型人才为目标。对微机原理课程的改革也要紧紧围绕这一目标。该课程的理论教学和实践教学都很重要，实践教学的改革，要建立以学生为主的实践教学模式，调整实验方式，优化重组实验内容，并将Emu8086、Proteus引入到实践教学环节，使实验环节更加整体化，充分体现了实践教学在教学体系中的重要性；不仅加深了学生对理论知识的理解，而且切实培养了学生的实际动手能力和综合思维能力。

1 微机原理原有实验方式及存在的问题

1.1 实验方式陈旧、内容单一

首先，长期以来，微机原理的实验以验证为主，由教师给出题目、步骤、部分参考程序及部分电路，学生只是被动的参与实验，在现有的试验箱上完成验证过程，并没有真正引起学生的思考，使得学生不能充分理解实验，从而失去了课程实验的真正意义。原有的实验方式无法发挥学生的主动性和积极性，学生的应用创新能力无法得到培养，这与应用型地方院校的办学目标是相悖的。

其次，以往的实验没有充分考虑到不同层次学生对知识掌握能力的差异，采取相同的实验内容，造成实验效果不好，而且由于实验内容相同，常常出现抄袭现象，无法达到训练学生动手能力，培养工程应用能力的目的。

1.2 实验时间不灵活

以往微机原理实验的时间安排没有与课程进度相结合，常常集中在连续的几个教学周次中，这样做首先不利于巩固课堂教学效果，无法及时发现学生在学习过程中出现的问题，其次造成在短期内实验室负荷过大，甚至有时引起实验无法正常进行。

总的来说，原有的微机原理实验课无法加深学生对微机系统的理解和认识，不利于培养学生的实践应用能力。为此，我们借鉴其他院校教学改革经验，结合本校专业和学科建设，以培养应用型人才为目标，对微机原理实验进行了有益的改革，建立以学生为主的实验机制，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

2 改革实验教学，培养学生应用能力和创新思维能力

对于微机原理这门课程，实验教学是整个教学体系中的重要环节，改革的目标是从整体上提高学生的综合素质[2]。

2.1 合理设计实验内容，形成循序渐进的实验教学体系

对实验内容进行全面优化重组，使其既能很好地配合课堂理论教学的相关内容，又能形成一个循序渐进的完整实验教学体系。在实验结构上努力做到由浅入深，逐步实现从基础知识理解到综合能力培养的转变。突出实验教学的科学性、先进性。

实验分为验证性、设计性和综合性实验，侧重于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

微机原理实验分汇编语言程序设计、接口应用两个部分。汇编语言程序设计由一开始的指令验证性实验到由教师只给出题目，学生为主体自行设计流程，完成整体程序编写和调试的设计性实验。接口实验要求学生掌握利用语言实现对接口电路的控制，由起初的只要求学生按照电路图连接电路，编写程序进行调试分析，逐步过渡到学生根据教师给出的题目要求，自行设计电路、编写程序，完成调试的综合性实验，让学生真正自行完成一个整体应用系统的设计。

不同实验之间存在内在关联，由简单到复杂，举一反三，循序渐进。例如：在验证性接口实验中，包含 8255控制发光二极管、七段数码管静动态显示0～F中字符和8253定时实验，在这个阶段，由教师给出设计思路、硬件电路图，要求学生自己编写完整程序实现。完成此类实验后，进一步提高要求，进行综合性实验，要求学生自行设计一两位数倒计时FF～00显示系统，每隔一秒显示减一；这个实验涉及多个知识点，如8255、8253、8259等，结合已有知识，让学生自行查阅相关文献资料，完成软、硬件设计及调试过程。通过这样一个循序渐进的实验过程，帮助学生建立了一个整体的概念，并且在设计调试过程中让学生通过不断的摸索，掌握了相应的实验技能，应用能力得到了充分的培养。

对于此类综合性实验，在选题上应难易适中，此类实验的最终目的并不是实验结果，而是使学生掌握完整的设计流程和软硬件的调试过程，加深学生对知识的理解和掌握，并掌握各种实验手段，熟悉实验仪器设备的原理、构造，以及常见故障的排除，使所学的知识在实验中得以应用并融会贯通。

对于不同层次的学生，实验内容应有所不同，这有利于激励学生的学习热情，提高实验效果，也能有效避免挫伤学生的学习积极性及抄袭现象的发生，切实培养每一个学生的实验应用能力。

学生做完实验后，写出分析方法、总结、体会，并完成相应的问题思考或根据实验自己提出问题，形成一份实验报告。通过这一过程，要求学生找到规律，并与已有的理论进行比较，分析误差产生的原因。

这样举一反三的过程，激发了学生的學习兴趣，开阔了学生的知识面，有利于学生分析问题解决问题的能力培养，使学生能够把学到的知识与实践相结合。

2.2 实验时间安排柔性化

根据艾宾浩斯记忆曲线，学习后在越短的时间内及时复习，学习的效果就越好，而且理解后记忆的效果大大提高。根据这一点，实验的时间安排贯穿于整个学期，与课堂教学紧密结合。具体周次由任课教师根据教学进度决定，对于在教学内容中一些难于理解的抽象概念，可以结合实验及时做进一步的说明和阐述，使学生真正理解掌握相关知识，加强记忆。实验教学任务也由任课教师承担，有些在课堂上不容易反映出的问题，如学生知识掌握的薄弱点，通过实验会明显的表现出来，教师可以根据学生的实验情况，对课堂教学进行有效的调整，真正做到有的放矢。

实验室实行开放制度，在实验室空闲时间，学生可以通过登记的方式自主进入实验室，进行相关实验[3]。这样，学生的实验时间就不局限于教学计划所规定的学时，满足了不同层次学生的要求。

2.3 充分利用EDA技术

在实验过程中，选择了建立在WINDOWS界面上的汇编语言仿真软件Emu8086辅助程序设计。在执行程序的同时可观察CPU内部各寄存器和内存单元、算术逻辑运算单元（ALU）等内容的变化，便于进行程序调试（DEBUG）。有利于学生理解一些抽象难懂的概念，而且可使学生的大部分精力放在程序算法设计上，试验中间过程数据直观，调试简单方便，有利于提高学生的编程能力和程序调试能力。

在接口技术部分，如涉及利用8086控制并行接口芯片8255、可编程定时/计数器8253、串口芯片8251等时，采用Proteus软件，其仿真功能被广泛应用在数字电路、模拟电路、单片机、嵌入式系统等多门课程的教学和实验中。2009年推出的Proteus 7.5 SP3含有VSM for 8086，支持8086微处理器与8255、8253、8259、8251等接口芯片的系统仿真。8086模型支持将源代码的编辑和编译整合到同一设计环境中，可以在设计中直接编辑代码，也可以非常容易地修改源程序并查看仿真结果[4-5]。学生在Proteus中设计硬件电路后，结合程序设计部分的仿真软件Emu8086，编写ASM源文件，经过编译后生成COM或EXE文件，加载给8086，经过调试运行即可在Proteus上观察到运行结果。

通过这两个仿真软件在实验课程中的运用，学生在实验过程中的状态由过去的被动学习转化为实验的主体。首先，学生由过去的在实验箱上看图连线变成为自行设计电路，通过这一过程，加深了学生对8086及相关接口等硬件电路知识的理解，培养了学生自主学习及创新意识；其次，这一过程使学生学习了从设计电路到编写程序、观察仿真结果的一个整体系统设计过程，有效地提高了学生的学习兴趣，学生的编程、调试的能力均得到了培养；最后，在实验教学中引入仿真软件可以有效地减少由于操作不当造成仪器或芯片损坏，降低实验成本，并能有效缓解当前课时压缩与培养应用型人才之间的矛盾。

引入仿真软件并不是取代真实实验，两者各有所长，优势互补，所以我们在实际操作中，要求学生在完成仿真调试后，再进行真实实验。

3 结束语

实验教学在应用型院校的课程设置中占有非常重要的地位。结合我院近年来电子信息科学与技术重点专业及学科建设工作，微机原理课实验教学从平台到内容形式都在进行不断的改革，其目的是要加深学生对知识的掌握，并切实提高学生的实际应用能力。经过近两年的各项改革，学生的自学能力、思维能力、动手实践能力都有了很大的提高。

实验教学改革是一项长期、复杂的任务。工程技术的不断更新，必然会对实验教学产生深刻的影响。只有立足于实际，不断探索，才能更好地适应发展，培养符合地方需要的应用型人才。

参考文献：

[1] 黄国权.微机原理及应用CAI课件的设计[J].实验技术与管理，

2007.24（2）：84-87

[2] 梁绒香.微机原理与接口技术实验教学探索[J].中国成人教育，

2006.10（5）：121-122

[3] 张娟，钟清华，张涵.电子技术实验个性化教学与创新教育[J].实验室

研究与探索，2011.20（5）：72-74

[4] 李现国，张艳.Proteus仿真在微机原理及接口技术教学中的应用[J].

实验技术与管理，2010.27（12）：125-127

[5] 王海燕，杨艳华.Proteus和Keil 软件在单片机实验教学中的应用[J].

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[6] 孙德文.微型计算机技术（第二版）[M].高等教育出版社，2008.

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2010.