提高《微机原理与接口技术》课程教学质量的方法与实践

史庆武, 颜兵兵, 刘德胜, 王 鹍

(1. 佳木斯大学 信息电子技术学院, 黑龙江 佳木斯 154007;2. 佳木斯大学 机械工程学院, 黑龙江 佳木斯 154007)



提高《微机原理与接口技术》课程教学质量的方法与实践

史庆武1, 颜兵兵2, 刘德胜1, 王 鹍1

(1. 佳木斯大学 信息电子技术学院, 黑龙江 佳木斯 154007;2. 佳木斯大学 机械工程学院, 黑龙江 佳木斯 154007)

《微机原理与接口技术》课程是通信、电子、自动化等非计算机专业的专业基础课,在整个专业体系中占有重要的地位。由于《微机原理与接口技术》课程存在教学内容庞杂、知识内容理论性过强、实践不足等特点,所以学生对重点和脉络难以把握,以死记硬背为主,学生的实践创新能力不强。针对这些问题,以增强学生的学习兴趣和学习主动性为出发点,以提高学生创新能力和开发能力为目的,理顺课程的知识脉络,以中断方式作为课程的主线串联课程各部分内容;精选教学内容,增加开发性实验;以实际课题作为课程设计题目等方式对学生的创新能力进行培养;为了丰富教学环节和教学手段,将Proteus仿真工具引入到课堂教学和实验中。结果表明,在教学中实践这些方法和手段,教学质量得到了明显提高。

微机原理与接口技术; 教学质量; 课程建设; 方法与实践

0 引 言

《微机原理与接口技术》是通信、电子、信息工程、自动化等非计算机专业的一门重要的专业基础课[1],是培养学生具有微机软、硬件设计与应用及工程意识和工程素养的必修课,也是学生今后从事智能控制和微机开发的重要入门课程[2],具有很强的理论性和实践性。课程主要包括微机原理、汇编语言及接口技术3部分内容,微机原理是基础,接口技术是应用,汇编语言是中间的桥梁[3]。由于课程中涉及到很多接口芯片,它们引脚多且具有多种工作模式,学生对接口芯片又缺乏感性认识,学生在学习过程中普遍感觉抽象难懂,难以建立起兴趣,甚至放弃学习。因此,如何提高教学质量,激发学生学习兴趣,是这门课程教学改革和建设的重要课题[4-7]。

1 合理安排课程体系和选择教学内容

1.1 合理安排课程体系

为了使课程之间的过渡更合理,知识之间的衔接更顺畅,使学生在学习过程中不再感到突兀,并考虑到后续其他课程的需要,在修订培养计划和教学大纲时,将《计算机基础》《电路》《模拟电子技术》《数字电子技术》《计算机辅助设计(印刷电路板设计)》等先修课程安排在前3个学期完成,原来安排在第6个学期的《微机原理与接口技术》课程调整到第4个学期,这样在讲授这门课程时,学生不会因为时间跨度大,造成知识的脱节和遗忘。例如:在讲授接口技术部分内容时,涉及到《电路》和《电子技术》等课程的内容,如锁存器、译码器、存储器等器件的原理等内容,课堂上不再重复,更专注于从理论上讲解CPU与各种接口芯片连接应注意的逻辑与时序等问题,从而提高了课堂的效率。

1.2 选择适合的教材

不同学校不同专业的学生,整体的学习能力参差不齐,因此,在教学中要差异性对待,做到因材施教。不同专业对课程的需求及学生的知识储备结果也不一样,选择适合专业和学生的教材非常重要[8]。目前市面上关于《微机原理与接口技术》的教材很多,这些教材编写的体系结构和侧重点各有千秋,甚至有的院校针对自己的实际教学大纲和教学过程,自己编写相应的教材。佳木斯大学(下文简称“我校”)在微机原理与接口技术课程的教学中,选择了电子工业出版社出版的顾晖老师编写的《微机原理与接口技术----基于8086和Ptoteus仿真》教材,教学过程发现这本教材很适合电气工程及其自动化专业学生使用。

1.3 精选教学内容

在教学内容上进行更新,精选教学内容,简化理论表述,增加实例和仿真,把抽象的理论融入直观具体的实例中,既可以吸引学生的兴趣,同时也提高了学生应用理论进行应用设计的能力。

在修订教学大纲时,将以往没有的8086微机原理仿真列为一个教学内容。Proteus是英国Lab Center Electronics公司研发的多功能EDA软件,是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。对于8086,Proteus可以添加外部汇编编译工具Emu8086,将编写好的源程序加入到工程中,利用软件中的载入程序功能将通过编译并生成可执行程序载入到8086中,进而可以进行仿真,观察现象[9-12]。例如在课堂上讲解8086最小系统下和8255A的硬件连接电路设计及8255A的多种工作模式时,单纯的理论讲授太抽象模糊,采用以Proteus自带的实例作为案例进行仿真,仿真电路如图1所示,学生可以通过实验现象观察到随着硬件电路的改动和程序的不同,8086CPU和8255A的配合工作得到不同的输出效果,将会大大调动起学生的学习兴趣,也可以为后面的实验箱实验以及课程设计提供设计思路,开发他们的动手能力和培养创新能力。

2 丰富教学环节和教学手段

2.1 丰富教学环节

教学环节,就是在一次课或一门课程的教学中,从不同的角度有序地安排教学内容的教育活动,教学环节的设计并不能形成模式,要形成自己的教学风格[13]。因此研究课程知识体系的脉络,把握课程的切入点变得尤为重要。

图1 Proteus中模拟8086与8255工作的电路图Fig.1 Circuit diagram of the simulation of 8086 and 8255 in Proteus

《微机原理与接口技术》是理论与实践应用并重的课程,同学们普遍反映教学内容中重点和难点多,知识点比较分散,不容易把握课程的主线,不知道该如何应用。因此研究如何从第一堂课导入问题,提高学生的兴趣,一直到课程结束,使学生在学习过程中有清晰的脉络变得尤为突出,而通过对教学环节的改革,可以解决这个问题。

图2 课程内容相互关系与脉络

中断机制是提高计算机控制系统的响应速度和CPU处理效率所普遍采用的一种方式。总结多年的教学及实践经验,及对微机原理与接口技术课程知识内容的梳理,可以发现,中断工作方式在该课程中贯穿各部分教学内容;在工程实践中,采用中断方式工作的系统的响应速度和效率也明显优于其他工作方式。

基于以上原因,明确了如图2所示的知识脉络,即采用中断工作方式作为主线,把课程分为3个大部分,微处理器工作原理部分是基础;接口技术及应用部分是课程要达到的目的,即完成课程后应具有小型微机系统设计及应用的能力;汇编语言是联系这2部分的桥梁与纽带。因此,在讲授课程的各部分内容时,将中断工作方式贯穿其中。例如,在微机原理部分重点突出CPU处理中断的过程,在汇编语言设计部分,重点突出中断程序的设计,在接口技术部分重点突出接口与CPU连接构成系统时如何从硬件上设计为可以使用中断的方式等。

在明确了教学的主线和侧重点后,教学过程中重视教学的有序性、知识的连贯性及教学的链接性,精心安排教学步骤,恰当使用教学手段,灵活运用教学方法,合理分配教学时间,使教师的教和学生的学,相得益彰,和谐融洽[13]。

2.2 丰富教学手段

图3 Debug调试窗口Fig.3 Debug window

灵活多样的教学手段也是提高教学质量必不可少的因素之一。在实践中,经典教学手段和现代教学手段相结合,充分利用多媒体、网络等载具,把教学真正带入有兴趣有讨论的氛围,使教学与研究呈现出并进局面。课堂上在主要内容讲授结束后,可以自由的讨论,形成师生互动式课堂,同时,借鉴国外先进的教学理念,课堂上不拘泥于古板的传统模式,允许学生带电脑进入课堂。在讲授汇编语言时,为了使学生能更直观地掌握寄存器和存储器中代码和数据的变化更新,课堂上允许学生进行实验,利用debug工具,对短小的汇编语言代码进行调试,既提高了学生的学习热情又锻炼了他们调试代码的能力。例如在讲授传递指令或者算术指令时,在debug窗口中编写如图3所示的小程序,就可以直观的看到各个寄存器值的变化。

3 重视实验教学

《微机原理与接口技术》是一门集理论、实践、应用与一体的核心课程,知识内容理论性过强,如果实践不够,难以激发学生的学习兴趣,只会事倍功半。因此实验教学环节必不可少,必须给予十分的重视。

实验作为教学中的一个重要环节,每年都会根据实验室和学生情况更新实验大纲,在设计实验题目时,既要有理论验证性实验,也要有开发和创新性实验[14]。

目前,大部分高校普遍存在经费紧张,学生人数多,实验开出率偏低等现象。为了克服供给与需求之间的矛盾,我校在这门课程的实验教学中,实践了软件仿真结合硬件实验箱的方式,不仅满足了教学的需求,也节约了经费,提高了教学质量和效率。

软件仿真可以使用前文提到的Proteus仿真工具。在某些具有开发性和创新性的实验中,可以利用软件优先对方案中核心控制部分的设计进行论证和仿真。

软件仿真作为教学的辅助手段和补充,不能完全代替实际硬件实验。结合我校的实际情况和教学需求,自己设计开发了相应的硬件实验箱,使用这些教学设备可以做一些验证性实验外,如果加上其他的配套模块,也可以进行开发性实验。

4 课程设计

课程设计环节是检验学生实际应用能力和创新能力的最直接途径。我校电气工程及其自动化专业的学生在修完《微机原理与接口技术》课程之后,结合其他先修课程以及自动控制原理等理论后,还要完成微机原理与接口技术课程设计环节,通过这个环节来检验他们实际掌握和运用知识的能力。

课程设计大纲每年也会进行相应的修订,更新20%题目。依赖实验室能够提供的最大限度,结合教师的科研以及生产生活中的具体问题,提出难易程度适合的题目,具有代表性的题目得以保留,学有余力的同学则进行创新性的课题研究。课程设计完成后进行答辩,并单独考评给出成绩。通过课程设计环节,使学生掌握了这门课程的核心和实质,培养了他们初步的系统设计与开发能力。很多同学因此转变了学习观念,开始主动进入开放实验室学习和参加电子设计大赛等活动,提高和锻炼了他们的能力。

5 以培养学习兴趣为导向的创新能力培养

实践表明,填鸭式教学并不能真正提高教学质量,如何调动学生学习的积极性也是教学成败的关键。提高教学质量的有效途径之一就是使学生产生浓厚的学习兴趣和学习的主观能动性,因此,除了从上述各个方面进行改革之外,学院调动资源,为学生创建了开放实验室,鼓励学生进入实验室进行学习,提高了学生应用理论进行应用设计的能力。

通过以上方法和实践,我校电气工程及其自动化专业的学生成绩大幅度提升,教学质量得到很大地改善,学生的实际动手能力和创新开发能力得到提高,有越来越多的同学进入信息电子技术学院开放实验室学习,参加不同类型和级别的竞赛并获得了荣誉,如表1所示。

表1 近3年学生参加比赛及获得的荣誉Tab.1 Nearly three years of students to participate in competitions and won the honor

6 结 语

《微机原理与接口技术》课程作为信息类非计算机专业的一门核心课程,它的地位和基础作用是由日新月异的科技发展决定的,是整个专业体系中的重要一环。因此,如何提高这门课程的教学质量,从教学内容、教学手段和过程、教学质量成果的评估和结论等方面进行不断的更新,是每个从事这门课程教学老师的一个重要研究课题。

[1]李秋洁. “微机原理与接口技术”课程教学探讨[J]. 教育教学论坛, 2015(4):127-128.

[2]李珍香,李全福. Proteus仿真软件在微机原理与接口技术课程实验教学中的应用[J]. 计算机教育, 2015(9):56-60.

[3]史庆武,田思庆,史庆军. “微机原理与接口技术”课程教学改革与实践[J]. 中国电力教育, 2009(7):94-95.

[4]杨青丽. 《微机原理与接口技术》课程教学探讨[J]. 实验科学与技术, 2013,11(1):92-94.

[5]黄健. 论《微机原理与接口技术》课程的教学改革[J]. 中国成人教育, 2010(8):160-161.

[6]卢清平,苏守宝. 《微机原理与接口》课程的教学思考与实践[J]. 实验科学与技术, 2012,10(2):94-96.

[7]卢晓红,王福吉,陈星. 兴趣导向的《微机原理与控制技术》课程教学改革探讨[J]. 教育教学论坛, 2014(53):128-129.

[8]司小玲. 非计算机专业的微机原理与接口技术教学探讨[J]. 内蒙古师范大学学报(教育科学版), 2014,27(3):139-140.

[9]吴殿红,代林. 仿真在微机原理与接口技术教学中的应用[J]. 信息通信, 2014(9):265-266.

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[13]徐敏水. 谈教学环节设计[EB/OL].[2016-02-18]. http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_5e5a5f6f0100sdsy.html.

[14]卢慧芬,马皓,杨敏虹,等. 电气类专业课程探究性实验教学队伍建设[J]. 实验室研究与探索, 2015,34(10):132-134.

Method and practice of improving teaching quality of “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique”

SHIQingwu1,YANBingbing2,LIUDesheng1,WANGKun1

(1. College of Information and Electronic Technology, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China; 2. College of Mechanical Engineering, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China)

The course of “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique” is a professional basic course of communication, electronics, automation and other non-computer professional, which occupies an important position in the whole system of major. Because “MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology” course teaching contents are complex, deep theory, and deficient practice, it is difficult for students to grasp the focus and context, based on rote learning. The students’ practical innovation ability is not strong. Aiming at these problems, to enhance students’ learning interest and learning initiative as the starting point, in order to improve the students’ ability of innovation and development, straighten out the course of knowledge context, interrupt mode taken as the main line connecting the all parts of the course content; selected teaching content, increase the development of experiments; to cultivate students’ creative ability by the way of practical subjects, such as curriculum design; in order to enrich the teaching link and teaching means, the Proteus simulation tool is introduced into the classroom teaching and experiment. The results show that the teaching quality has been improved obviously in the practice of these methods and means.

MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnique; teaching quality; course construction; method and practice

2016-05-28。

黑龙江省教育厅新世纪教育教学改革工程项目(JG2014011044)。

史庆武(1974-),男,黑龙江穆棱人,佳木斯大学副教授,哈尔滨工业大学博士研究生。

1673-5862(2016)04-0494-05

G642; TP36

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.04.024