任务驱动法在微机原理及应用课程中的应用

张 妍，王咏梅

(华北电力大学 自动化系，河北 保定 071003)

任务驱动法在微机原理及应用课程中的应用

张 妍，王咏梅

(华北电力大学 自动化系，河北 保定 071003)

任务驱动是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法。针对微机原理及应用课程内容抽象枯燥、实践性强的特点以及传统教学法难以激发学生学习积极性的缺点，在课堂教学和实验教学过程中对任务驱动教学法进行了有益的探索。实践证明在任务驱动下，学生学习兴趣提高，学习有创造性且课程知识系统化了，有效提高了动手能力和解决问题的综合素质，将任务驱动法引入微机原理课程的教学是一项行之有效的教学改革。

任务驱动；微机原理及应用；课堂教学；实验教学

“任务驱动”是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法，以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机，让学生带着具体的任务学习，在完成任务的过程中，培养分析问题、解决问题的能力[1-4]。如今，这种任务驱动的教学模式已经得到众人的广泛关注，也已应用于各学科的教学之中，其中在计算机相关学科的教学中的运用效果尤为突出[5-6]。微机原理及应用作为重要的专业基础课，是自动化专业后继专业课如单片机、计算机控制、分散控制系统等专业课程学习的纽带和桥梁。但由于该课程教学内容多、细、零散且抽象不易理解以及教学方法的局限性，使得这门课程的授课效果难以令人满意。鉴于此，华北电力大学自动化系微机原理及应用课程组对该课程基于任务驱动的研究型教学方法进行了探索与实践。

1 课程基本情况和教学现状

微机原理及应用的先修课程为数字电路和模拟电路，对非计算机专业来说，又融合了计算机组成原理、汇编语言程序设计、微机接口设计等多方面的内容，是一门综合性很强的课程。该课程主要讲述基于80x86的微型计算机基本编程结构、指令和伪指令系统、汇编语言程序设计、总线操作、内存储器结构及扩展、数据输入输出方式、中断控制及各种常用接口的应用方法。这些内容大多枯燥，需要学生不断去思考与体会才能掌握相关的知识，对这门课程学生普遍反映入门难、内容不易理解。

该课程的教学方式主要以传统的“传授-接受”式教学为主，这样的教学方式使学生处在被动状态，难以激发学生的学习兴趣。传统的教学方法讲究“循序渐进”“按部就班”，使得学生不易建立起“微机系统”的概念，对课程内容没有整体上的把握。而且，现在的学生出生在网络时代，对微型计算机相关知识的获取早已不局限于学校的教师，甚至部分学生的计算机水平还高于教师，对学生的因材施教也迫切需要改革传统的教学方法。另外，由于师资的原因，该课程课堂容量大，少则2个班，多则4个班，使得一些教学和实验改革措施难以具体展开。而近两年，本课程组教师增加，使小班授课成为可能，也为任务驱动教学法的引入创造了条件。

2 任务驱动教学的含义与特点

2.1 任务驱动的含义

任务驱动教学是建立在建构主义理论基础上，以学生为中心，以任务为驱动的教学方式。其教学的理念是针对教学目标设计任务，将所要学的概念、技能蕴含在所要解决的任务之中，通过任务的完成，使学生从中获得有关知识、掌握相应技能[6]。任务驱动教学在教学过程中，以完成任务为主线，巧妙地将知识点隐含在任务中，学生在同学的帮助和教师的引导下，充分发挥学习主动性和创造性，通过完成任务达到掌握所学知识的目的。

2.2 任务驱动的特点

任务驱动教学将传统的以传授知识为主的再现式教学转变为探究式学习[7]，使学生处于一种积极的学习状态。其最根本的特点就是“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”[8-9]。任务驱动教学特别适用于集知识与技能为一体，实践与操作性很强的计算机类课程教学，而微机原理及应用属于这类课程。这种教学模式有利于对学生自主学习能力、分析和解决问题能力、交流与合作能力以及研究和创新精神的培养。任务驱动教学给学生提出了明确的学习目标，激发了学生的学习兴趣。学生在完成学习任务后有一定的成就感，因而提高了学习的主动性，也培养了学生独立的学习能力。在任务完成的过程中，学生的主体地位得到了充分体现，与此同时还给学生提供了创新的空间。任务驱动教学，充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，变传统的“教学”为“求学”[6]。

3 任务驱动教学法的实施

3.1 任务驱动法在课堂教学中的应用

根据课程特点，选择一个实用的微机应用系统作为课程总任务，通过对总任务进行分解，引导学生在具体的子任务驱动下开展学习活动，由简到繁、由易到难、循序渐进，逐渐掌握本课程的知识内容，并在完成任务的过程当中培养其工程素质和创新能力。一个合适的任务应当基本涵盖本课程核心知识点，难易程度适中，与生活实际结合紧密，易于理解。鉴于此，我们选择基于8086的交通信号灯系统作为贯穿本课程的总任务。

(1)首先在课堂上演示一个完整的交通灯系统的运行过程，激发学生的学习兴趣，并引导学生分析该系统的主要结构，让学生建立起“微机系统”的概念。让学生思考利用已学过的模拟电路和数字电路可不可以实现交通信号灯的功能，从而理解数字逻辑电路和微型计算机之间的联系。

(2)微型计算机数制表示及CPU工作原理部分的课程内容比较抽象，对这部分内容，引入如下问题：交通信号灯的状态在计算机中如何表示？交通信号系统中需要传递的信息都有哪些？这些信息如何存储？CPU如何找到这些信息并执行？通过这些问题引发学生思考，并组织学生分组讨论，最终掌握计算机中的数制表示、存储器组织、三总线结构、CPU工作过程等知识点。

(3)交通信号灯系统的CPU及总线部分设计。通过这个任务的完成，可以让学生结合Proteus软件，学习8086最小模式配置电路的设计。目标是熟悉CPU引脚信号，理解地址锁存器、数据缓冲器的作用，进一步熟悉微机系统三总线的结构以及这样做的好处。对于难以理解的总线工作时序，可以指导学生在最小模式配置电路上加上简单外设，并装载教师给出的程序，利用Proteus的逻辑分析仪来观察CPU的读写时序，过程直观明了。

(4)交通信号灯系统中的软件定时程序。通过这个任务让学生熟悉指令系统和汇编程序设计，教师不再用大量学时讲解指令的使用，而是在介绍常用指令后，布置几个典型的程序设计(包括软件定时程序)作为驱动任务，在程序编写过程中学生自己去发现问题，提出问题，教师指导学生解决，并以课后作业的形式让学生在电脑上调试成功，出现的问题可以在课堂上讨论解决。

(5)交通信号灯系统外部设备的寻址。通过这个任务让学生掌握外部设备和存储器的译码电路设计。该任务完成后，已经可以借助Proteus软件设计出具有基本红绿灯亮灭规律的信号灯系统。这时可以提出问题：如果CPU还有其他任务需要完成，现有系统该如何处理？引入中断的概念，引导学生对中断过程的思考。

(6)信号灯系统扩充功能的设计。再次提出如下任务：让系统具备红绿灯等待时间倒计时功能；有急救车通过时四个路口均为红灯的紧急情况处理；不同时段等待时间不同的设计实现。在这些任务问题完成的过程中，引入对并行接口8255、硬件定时芯片8253、中断管理器8259的学习和应用。

可见通过对总任务的分解，在各子任务完成过程中，基本上能够串联起该课程的核心知识，能让学生带着问题进行主动探索，并且完成一个具体的微机应用系统的设计，学有所用，更能激发学生的学习主动性。总任务和子任务是贯穿课程前后的总线索，在具体的课堂授课形式上，对概念性的知识仍然要要做适当的介绍，对子任务需要根据知识结构再进行细化，多辅以例题，以提出问题-分析问题-解决问题的形式掌握知识。学生在课堂上以提问和分组讨论的形式完成部分任务，在课下自主完成各子任务最终目标，完成的过程当中，每节课给出一定时间让学生主动提问，教师引导结合学生讨论解决问题。

3.2 任务驱动法在实验教学中的应用

传统的实验教学为教师给定实验内容、实验步骤、程序流程，部分实验还给出参考程序，学生只是编写部分程序、在实验箱上连接部分电路，这样的实验设计只能完成验证性实验，使学生缺乏整体上的把握，不具备程序的架构能力和调试能力，遇到问题没有解决的思路。

在实验教学中引入任务驱动法，在第一次实验中熟悉实验设备的使用，对其后的汇编编程实验、存储器、并口、定时计数器、中断实验等，采用如下的实施过程：

(1)实验前，教师提前给出实验要求或提供多种实验内容供学生选择，让学生自己设计实验步骤、程序流程。比如，汇编编程实验要求必须有人机交互的操作(即计算机显示提示，键盘输入字符，结果显示)、程序结构是循环结构或多分支结构，具体实验内容可以自己设计。这样学生要在积极思考及查阅资料和对问题真正理解的条件下才能完成任务.这就大大提高了学生自主学习的动力，把很多以前在实验课堂中完成的工作移到了课外自主完成，无形中增加了实验学时。

(2)在实验过程中，学生处于主导地位，老师就学生提出的问题进行指导和答疑，学生不问，老师不进行任何讲解。实验过程中以学生为主导地位的师生互动可以提供一种帮助手段，同时还可以给学生提供一些资料、网站、专业论坛等信息，让学生有渠道来解决自己的问题，帮助学生提高自信心。对于程序的简单语法错误，学生在调试过程中能更好地掌握基本的指令及伪指令。在没语法错误但运行结果不对时，老师要引导学生采用单步或断点调试及思考各种有效的调试方法，通过这个过程培养学生查找问题及实际动手的能力[10]。

(3)实验完成后，老师根据实验结果是否符合要求、实验内容难易程度、实验完成时间、程序原创性等综合因素给出实验成绩。实验成绩具有一定的区分度，努力刻苦且完成了任务，原创性最高的学生得高分；参考了其他同学的程序但在某些地方有原创性的学生得较高分；大部分程序参考其他同学的，自己只是读懂程序的学生及格；完全抄袭，无法回答老师提问的学生不及格。

4 实践效果

实践表明任务驱动教学效果明显好于传统教学，教师与学生围绕任务积极互动，在精心设计的一系列典型的任务驱动下，学生分组展开合作学习；在教师引导下，学生由简到繁，循序渐进地完成一系列任务。大部分同学反馈信息表明通过自主学习收获颇多，有效提高了动手能力和解决问题的综合素质。

5 结束语

在任务驱动下，学生学习兴趣高，学习有创造性且课程知识系统化，将任务驱动法引入微机原理及应用课程的教学确实是一项行之有效的教学改革。需要注意的是任务驱动法对学生容量较小的小班课堂可操作性更好；在任务实施的过程中要注意兼顾不同水平的学生，注意分组时学生的组合，同时对一些能力较差的学生应给出细化的要求，对一些能力较强的学生应提出拓展的要求；教学和实验任务完成情况都要与课程总成绩挂钩更能有效督促学生的自主学习。

在任务驱动实施过程中还有需要改进的地方：总任务的内容设置可以更丰富些，再寻求更多合适的任务进行设计，兼顾全部课程核心知识点；必须探求更有效的方法防止学生抄袭；教师作为课堂任务的组织者，多采取一些措施激发学生学习的积极性，而不是和学生一起做任务的执行者，以避免学生产生依赖性。

[1]何克抗.建构主义—革新传统教学的理论基础，学校教育现代化建设[M].北京：中央广播电视大学出版社，1998：54-73.

[2]Jonassen D,Davidson M,Collins M,et al.Constructivism and computer-mediated communication in distance education[J].The American Journal of Distance Education，1995，9(2)：7-26.

[3]Wilson B.Metaphors for instruction：why we talk about learning environments[J].Educational Technology，1995(9)：25-30.

[4]晏湧，蓝波.“任务驱动”教学法在电工电子技术课程中的应用[J].实验技术与管理，2012，29(9)：163-166.

[5]杨建勋.计算机教学中任务驱动教学法的实施[J].教育与职业，2013(6)：159-161.

[6]孙怡，张敏.基于任务驱动的计算机教学探讨[J].高等农业教育，2012(5)：55-57.

[7]林雄.信息技术教学中任务驱动法的运用[J].福建教学研究，2011(8)：5-7.

[8]郭飞.任务驱动法在《计算机公共基础》教学中的应用[J].北京电力高等专科学校学报，2011(10)：197-198.

[9]王春婷.浅谈任务驱动教学法在计算机教学中的应用[J].太原大学教育学院学报，2011(6)：103-105.

[10]李晓东，吴永烽张济龙.任务驱动方法在微机原理与接口技术实验课程中的应用[J].西南师范大学学报：自然科学版，2013(2)：133-137.

[11]赵丹.以学生自主学习为中心的任务驱动教学模式探讨[J].教育与职业，2013(12)：98-99.

Application of Task-driven Teaching Method in Microcomputer Principle and Application Course

ZHANG Yan, WANG Yongmei

(Department of Automation, North China Electric Power University, Baoding 071000, China)

The “Task-driven Teaching” method is based on the constructive learning theory.For the content of microcomputer principle and application course is abstract and boring, and traditional teaching method is difficult to stimulate students’ study enthusiasm. An exploration of “Task-driven Teaching” method in the teaching process is made by Microcomputer Principle and Application teaching group. Practice shows “Task-driven Teaching” method has inspired the students’ interest in learning and creativity, and improved their comprehensive ability to solve the problem. Introducing “Task-driven Teaching” method into Microcomputer Principle and Application course is an effective teaching reform.

task-driven teaching method；microcomputer principle and application；classroom teaching; experiment

2013-12-24

张 妍(1980-)，女，硕士，讲师，主要从事微机原理、单片机与嵌入式系统、计算机控制技术与系统的教学和科研工作。

G642.0;TP36

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.055