《微机原理及应用》课程教学改革与探索

向菲 孙立功 王金婵

摘 要：《微机原理与应用》课程是工科非电类专业的学科平台课程，它知识面广，信息量大，理论性实践性较强。对学生构建计算机基本结构和创新能力方面具有重要作用。传统的教学模式已不适应当前学生数量增多、教学内容增加、实践要求提高等新形势。因此，很有必要对教学方法、教学手段及实验进行改革，从而培养学生的能力，提高教学质量，改善教学效果。在具体实施过程中，我们从提高学生学习兴趣入手，与目前微型机发展趋势相结合，采用类比法帮助学生加强对基本概念的理解；利用多媒体动画演示的优势，辅助以校园网络平台，巩固所学知识；引入Proteus仿真软件，使学生体验到电路设计的全过程，提高实践能力。

关键词：微机原理及应用 教学模式 教学方法 教学质量

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0183-02

《微机原理及应用》是高等学校工科非电类专业的一门重要的学科平台课程。该课程一般选择以Intel x86CPU为基础，介绍微机系统、存储器结构、外设接口的工作原理和应用技术，以及汇编语言和程序设计等内容，信息量大、涉及面广、应用性强。当前，各个高校学习《微机原理及应用》课程的学生随着招生规模的扩大而增多，教学内容也随着科学技术的发展而增加，社会对学生的创新技能、实践要求都有了进一步的提高。这就要求教师必须及时对课程的教学内容、教学方法、教学手段和实验等不断进行改革和优化，努力提高教学效果，以便在有限的教学时间内，保质保量地完成教学任务。该文对《微机原理及应用》课程的教学方法和手段进行了初步探索。

1 课程特点与现状

该课程是工科非电专业的一门技术基础课，以8086（16位机）为主讲机型，介绍微型计算机的基本原理和接口技术，为计算机的实际应用做前期理论准备，从实践上掌握个人兼容计算机的一般选型、设置、连接方法，用面向机器的语言——汇编语言解决小型的信息处理问题，通过软件、硬件的结合较为透彻地了解计算机的内部工作方式。

目前非电专业学生学习这门课普遍感到比较困难，原因如下：课程内容相对陈旧，由于计算机技术及器件的进步，教材中出现的大部分器件已经很少在工程实践中采用，实际的设计采用单片机或嵌入式系统，或基于板卡的设计，这使得微机原理重实用的教学目的变得模糊，学生积极性不高；内容复杂抽象，该门课程作为衔接基础课与专业课的一门课程，既需要数字电子技术的知识，又需要C语言基础，学生先修课程基础薄弱，许多概念又是初次接触，因此对重点无从把握，降低了学生的学习兴趣；实验环节薄弱，现有的微机原理实验都是通过实验箱完成的验证性实验，仅仅通过连线就可获得实验结果，没有发挥学生的自主创新能力，对学生学习门课程起不到太大作用。因此，需要从教学方法、教学手段及实验环节对该门课程的教学进行改革。

2 引入新的教学方法

2.1 介绍行业前沿及国内外发展现状

非电类学生从学习电工与电子技术课程开始，就感到困难重重，原因是缺少电类的基本知识，对生活中电子产品的更新换代也缺乏敏感性。因此在计算机基础知识部分，可先对计算机前沿产品进行介绍，如：巨型机天河二号、微型机Raspberry Pi、Cotten Candy，并以市场上最新款手机为例，引出微型计算机的硬件系统是由微处理器、存储器及外设接口构成的这一知识点。在讲到8086CPU时，引入摩尔定律，介绍集成电路的发展，并适当介绍当前使用广泛的i系列智能处理器，指出其与16位微处理器的不同。这样学生在学习8086基本原理的同时，也对目前市场的主流CPU芯片有了一定了解，这从一定程度上提高了学生学习的兴趣。

2.2 引入类比法加深学生对基本概念的理解

8086CPU存储器结构一直是教学的难点与重点，20位物理地址=段基址×16+偏移地址，这个公式让非电学生理解起来有一定困难。在具体讲授时，通常把段基址类比成学校的不同教学区，偏移地址类比成该区的教室号，因此具体的教室地址是由教学区及教室号共同构成的。这一类比可把20位物理地址构成形象化、具体化，学生能够很快理解。

有些学生在学习到CPU访问内存和I/O口时，往往混淆“读”与“写”的操作。这时，可以将CPU类比成大脑，内存和I/O口类比成书本，当我们读书时，是把书本的内容送入大脑，因此是“读”的操作，当我们写字时，是把大脑中的内容写在纸上，因此是“写”的操作，经过类比，学生对这个知识点接受很快。

中断及中断管理是微机原理这门课程中比较重要的内容，但基本概念很多，且内容安排比较靠后，因此，学生认为这部分内容不易理解。在讲授中断基本概念时，可通过下面这个实例来帮助学生理解。假如一边烧开水，一边做作业，这时，手机响了，你放下笔，去接电话，通话过程中，水烧开了，放下电话，去关煤气，火灭后再拿起电话，待通话完成，又继续做作业。在这个例子中，做作业就是“主程序”，手机铃响就是“中断请求”，接电话就是“响应中断”，通话过程就是“执行中断服务子程序”。如果手机显示的是不得不接的电话，则这个电话就是“不可屏蔽中断”，如果是骚扰电话，就是“可屏蔽中断”。在接电话过程中，方向电话，去关煤气，这是“中断嵌套”，且关煤气的“中断优先级”高于接电话的“中断优先级”。一个例子就把中断及中断管理的基本概念包括在内，学生易于理解，学习兴趣也慢慢提高。

微机原理课程中可用来类比的概念还有很多，在具体讲授过程中，适当地进行类比能使教学内容由枯燥变生动，使学生易于理解记忆，从而提高了学习的积极性。

3 利用先进教学手段

3.1 采用多媒体动画演示

采用多媒体技术进行课堂教学能够有效地增加信息量，提高教学效率。多媒体教学的一个显著优点是能够用精心的设计、鲜明的色彩、丰富生动的画面，吸引学生的注意力，激发学习兴趣。例如，学生在学习指令执行时，普遍感到内容比较抽象，因此我们采用动画演示的形式向学生展示指令的执行过程。以指令MOV AL， [2000H]为例，动画上展示了8088的内部结构图，当CPU执行该指令时，从CS和IP取出内容，在地址加法器中计算得到指令所在的20位内存单元地址，进入内存单元代码段中取出指令的二进制代码，送EU中的ALU进行执行，结果存入目的操作数AL中。在动画演示下，学生很容易就了解了整个指令的执行过程，也明白了CPU中EU、BIU和内存是如何协同工作的。

3.2 利用校园网络辅助教学

大多数的高校都具备了校园网等硬件措施，微机原理教学团队应当充分利用这些条件，投入人力和物力进行网络课程的建设。微机原理课程是我校的校级精品课程，因此利用校级精品课程平台，我们在校园网上上载了优秀教师的讲课视频、每章的自测题、历年期末考试题，供学生下载学习和进行自我测试。另外开辟了网上论坛，进行在线答疑和习题讨论。此外，网络课程还可以补充一些课堂之外的内容，供学有余力的同学进行选择性地学习。网络课程具有交互性、开放性、共享性等特点，学生可以通过网络教学巩固所学的知识。

4 改进实验环节

目前工科非电专业的微机原理课程实验包含软件实验及硬件实验，内容包括分支结构和循环结构的汇编语言程序设计、8255接口实验和8259接口实验，实验设备陈旧及不易维护。针对这个问题，我们以Proteus软件为实验平台，可完成汇编程序的调试和演示，实现8086芯片与可编程并行接口芯片8255、中断控制器8259A的连接，并可利用Proteus软件进行综合设计。在实验教学中，微机原理的硬件实验大部分线路已经连接号，学生没有参与设计的机会，因此实验效果不甚理想。使用Proteus软件后，学生能够自行设计电路，而且电路连线可以根据设计要求进行更改、优化，从而取得了较好的教学效果。

5 结语

为了培养出更适应社会和企业的复合型人才，学校要坚持理论教学与实践教学并重。对微机原理课程，要精心设计教学内容，引入多种新颖的教学方法与教学手段，开设种类丰富的实验内容，并设计具有应用背景的综合性实验课程，提高学生的学习兴趣，促进学生自主学习、实践和创新能力的提高。我们将在教学中继续进行教学方法的探索和手段的改进，从教学和实践两方面进行完善，以提高教学质量、培养学生综合能力为目标，为社会培养更多的人才。

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