微型计算机原理与接口技术课程教学改革探索

杜巧玲　任增强

摘要：笔者深入分析《微型计算机原理与接口技术》课程教学中存在的问题，从学习意义的明确、教学内容的更新、教学方法与考核方式几个方面进行了一系列的教学探索。针对微型计算机升级换代较快的现状，提出了教材修订计划；针对微型计算机硬件系统复杂度较高、学生较难理解的问题，提出了从设计者角度讲授课程的教学方法；改革考核方法督促了学生参与课堂教学，培养了学生举一反三、灵活设计的能力。教学实践表明，采取的这些措施激发了学生的学习动力，提高了学生分析问题、解决问题的能力，有效地改善了课堂教学的效果。

关键词：微型计算机原理与接口技术；本科生教学；教学内容；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）26-0091-03

《微型计算机原理与接口技术》是教育部指定的非计算机专业计算机基础课程6门核心课程之一。本课程是本校电路与系统专业本科生的专业选修课程，也是自动控制类专业、信息类专业和通信类专业本科生的重要专业课程。通过对本课程的学习，使学生掌握有关微型计算机的基本理论、汇编语言程序设计以及相关接口技术的原理、设计方法和具体应用。

由于微处理器日新月异，微型计算机技术不断更新，硬件系统升级换代，当代的“微型计算机原理与接口技术”已经与早期的“8086/8088微型计算机原理与接口技术”有很大的不同。如果课堂教学依然沿用传统教学模式，会导致微型计算机原理与接口技术的理论教学与时代严重脱节。因此《微机原理与接口技术》课程的教学内容需要更新。同时，为了得到良好的教学效果，教学方法、考核方法等也需要进行全方位的改革。首先，在教学内容上，经典教材“8086/8088微型计算机原理与接口技术”不能涵盖微机体系结构的新技术，导致教学脱离实际应用技术。其次，在教学方法上，如果单纯从使用者角度，按照教材讲解《微型计算机原理与接口技术》课程，导致授课内容抽象、枯燥，学生不易理解，难于记忆。笔者根据十几年积累的教学经验，在吉林省教育厅项目和吉林大学本科教学改革研究项目的支持下，从电路与系统专业的本科生特点出发，开展了《微机原理与接口技术》课程的教学改革与实践。

一、明确本时代学习微机原理的意义

明确学习意义、树立学习目标，是课程深入学习的重要环节。微型计算机从20世纪80年代发展至今，经历了几个阶段，每个阶段都有重要的新技术出现。为什么这些新技术只能在相应阶段产生？如果我们也处在那个年代，是否也会为这种新技术贡献力量？从以上问题出发，引发学生设身处地地思考问题，激发学生学习微机原理与接口技术的兴趣。

微型计算机发展至今，难题不断被攻克，技术不断成熟，是否意味着微型计算机系统已经完善？微型计算机系统还会有新问题需要解决吗？学生需要清楚以上问题的答案，并明确学习的必要性。使学生了解目前微型计算机系统存在的缺点，清楚本时代微型计算机的发展方向，明确学习的方向。

笔者带着以上问题，边介绍边提问，引领学生共同回顾微型计算机的发展历史。让学生清楚每个发展阶段的历史局限性和当时的社会需求，使学生从历史的角度思考时代问题、提出解决问题的方法，带领学生融入到微机原理的课堂教学中。同时，笔者概括介绍目前微机系统的特点，指出目前在微机系统中仍需改进的技术难题，使学生明确学习微机原理与接口技术的实际意义，给出学习方向，激发学生的学习动力。

二、与时俱进，更新教学内容

《微型计算机原理与接口技术》主要的教学内容是微处理器的体系结构和工作原理，以及相应的接口技术。当今时代，微处理器迅猛发展，型号已经从上世纪80年代初期的8086/8088升级换代为英特尔酷睿i7处理器。微处理器更新换代要求新技术不断涌现，并将其集成到微型计算机系统中，相应的微型计算机体系结构得到不断改进。然而，在教学中，往往是依旧采用经典教材，讲授“8086/8088微型计算机原理与接口技术”的课程，导致理论教学与实际应用严重脱节。例如，8086/8088微型计算机原理中存储体系结构为CPU、主存和外存，不包含高速缓冲存储器Cache；但从80386开始存储体系结构中增加了外部Cache部件，以提高CPU訪问内存的速度。从奔腾开始，Cache部件演变为指令Cache和数据Cache，并集成到CPU内部，作为外内外设。此外，还有浮点部件，超标量流水线等新技术不断被集成到CPU芯片上，作为片内资源。因此，微型计算机原理与接口技术教材需要重新修订，更新教学内容。

更新教学内容并不意味着所有微型计算机系统的新技术都需要涉及。微型计算机系统升级较快，如果要求每次体系结构的变化都体现在课堂教学中是不现实的，也是不必要的。课堂教学学时有限，不能包罗万象，泛泛讲解每种新技术。这样做只会增加硬件系统的复杂性，使学生难于掌握微型计算机体系结构的框架和重点内容。因此，更新教学内容，修订教材应该针对体系结构改进的关键技术，并围绕该技术展开详细讲解。

更新教学内容并不意味着摒弃旧知识点。8086/8088微型计算机系统是X86架构的经典体系结构，运算器、控制器和寄存器组依然是目前微机系统的组成基础。学生在重点学习该结构的基础上，才能进一步掌握集成到CPU内部的新技术，全面掌握微机系统的构成和工作原理。因此，更新教学内容应该做到既保留8086/8088微型计算机的系统经典内容，又增加新的关键技术。

针对以上问题，笔者编写了本门课程的教材《Pentium系列微型计算机原理与接口技术》，并于2008年由西安电子科技大学出版。该教材是高等学校电子与通信类专业“十一五”规划教材。教材在编写时，充分考虑了以上的问题，将教材内容选定为英特尔的Pentium系列微处理器。该微处理器是可超频的微处理器，浮点性能、Cache性能等是当时CPU系列中最高的，同时拥有较高的性价比。教材组织时，也充分兼顾了8086/8088微型计算机系统，将其内容安排在Pentium新技术之前介绍。该教材出版后一直沿用至今，取得了显著的教学效果。

三、从设计者角度讲授课程内容

《微型计算机原理与接口技术》是一门内容抽象、学习难度较大的课程。因为微型计算机系统的硬件复杂性较高，涉及的新概念、技术术语较多，学生很难理解、接受该门课程的知识要点。那么如何教授才能使这门课让学生易于理解？如何教授才能激发学生的学习兴趣，培养学生解决问题的能力呢？

针对以上问题，笔者在授课时注意将微机原理的内容与电路、数电等课程的内容相联系。例如，时序电路与D触发器联系等。让学生感觉到“微机原理与接口技术”既熟悉又陌生。使学生明白可以用熟悉的电路、数电知识搭建出新的模块，实现新的功能。使学生认识到对于陌生、难懂的功能模块，只要肯认真学，学习效果与电路、数电课程是一样的。

笔者在讲授模块功能、结构时，采用了以下的教学方法。首先，介绍该模块的功能，提出设计目标，引发学生思考“如何设计才能实现该模块功能”。其次，按设计要求逐次介绍每个组成部分。最后，从整体上验证功能的实现。带领学生从各个功能模块设计角度出发，让学生身临其境，思考模块结构，反复练习从工程要求分析问题的方法，提高学生解决问题的能力。

四、课程考核方法的改革

为了实现素质教育，培养具有分析问题、解决问题能力的创新性人才，考试模式必须从应试教育模式中解脱出来。在考核方式上，笔者将期末总评成绩分为期末考试成绩和平时成绩。期末考试成绩的权重为80%，平时成绩的权重为20%。期末考试由闭卷模式改为开卷模式，开卷考试可以带参考书。开卷考试改革主要是针对“微型计算机原理与接口技术”的课程特点。本门课程涉及众多控制寄存器，从工程实际应用的角度，这些寄存器的设置不需要死记硬背，主要培养学生的灵活使用能力。此外，考虑工程设计时可以翻阅参考书，因此将期末考试定位为可以带参考书的开卷考试。平时成绩主要包括出勤情况、课堂作业和课后作业。这样的考核方法督促了学生参与课堂教学，防止了学生考前突击，使学生注意平时的学习积累，培养学生举一反三、灵活设计的能力。

《微型计算机原理与接口技术》是一门理论性强、工程性强的课程。笔者根据多年来的教学经验，从学习意义的明确、教学内容的更新、教学方法和考核方式几个方面提出了相应的改革措施。教学实践证明，采取的这些措施提高了学生学习这门课程的兴趣，激发了学生的学习动力，有效地改善了课堂教学的效果。通过本门课程的学习，提高了学生分析问题、解决问题的能力，培养了学生综合设计的能力。

參考文献：

[1]冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M].清华大学出版社，2007.

[2]杜巧玲.Pentium系列微型计算机原理与接口技术[M].西安电子科技大学出版社，2008.

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