“微机原理与汇编语言”教学范式改革研究

王颖锋 师 文 胡慧敏 薛淑芳

1. 河南财经政法大学计算机与信息工程学院，河南 郑州 450046

2. 河南财经政法大学图书馆，河南 郑州 450046

“微机原理与汇编语言”这门专业基础课涵盖了微机原理、汇编语言程序设计两门课程的重要内容[1]。“微机原理与汇编语言”是计算机学科各专业本科学生必修或选修的一门重要课程。其它信息类专业也将它纳入课程体系[2-5]，有些高校将“微机原理与汇编语言”作为研究生入学考试初试或者复试的一门专业课程。根据这门课程的教学要求，将该课程的学习目标设定如下：首先通过学习本课程，在学生对微型计算机系统的硬件构成和微机运行原理有深入认知的基础上，学习8086微处理器的指令系统和寻址方式，掌握程序在计算机内部的运行过程和实现原理。然后学习基于8086 微处理器的16 位机汇编语言程序设计的基本语法和设计方法。不仅使学生深入学习理论知识，而且注重培养学生应用汇编语言程序解决实际问题的能力。为学生学习“微机原理与汇编语言”相关的硬件后续课程，以及将来对接电子、电信和自动控制等方面的实际工作打好基础。“微机原理与汇编语言”课程内容包含了大量的硬件知识，并涉及熟悉硬件原理基础上的编程实验。在这种情况下，对于将该课程设为必修课的学校，这门课程得到了学生们的足够重视。而那些将该课程设为选修课的学校，学生选课的情况不容乐观，往往因为选课人数不足，而停开该课程，这样就严重影响了后续课程的教学进度，因为在讲授后续课程的时候不得不补充讲解相关的“微机原理与汇编语言”知识，另外，也影响了很多报考408 专业课的计算机专业学生的考研成绩，因为408 专业课考核的组成原理知识中有一些内容和“微机原理与汇编语言”有着密切关系，需要掌握“微机原理与汇编语言”的知识才能解答相关问题。例如在408 专业课中多次涉及的加减乘除综合运算的机器数形式运算结果，就需要熟悉微机原理的知识：有符号数以补码形式在计算机内部存储的原理，以及汇编语言中加减乘除综合运算的原理，才能获得正确的结果。

1 “微机原理与汇编语言”课程设计理念

本课程设计是按照专业课程体系的总体教学计划要求，根据专业应当掌握的微型计算机技术基本知识和面向硬件编程能力要求设置的专业基础课程。应依据现有的教学条件和实验条件，紧跟微型计算机硬件的发展和企事业单位对专业人员的硬件基础要求，并兼顾课程之间的衔接关系、学生的考研和工程实践的需求制定该课程的教学大纲、实验大纲，根据教学内容的需要采用灵活多样的教学手段开展教学工作。此外，为了调动学生学习的主观能动性拟采用翻转课堂教学模式。

本课程在教材内容取舍上紧密结合实际，选用的是荆淑霞教授编写的计算机专业专用教材：《微机原理与汇编语言程序设计》第2 版。该教材具有示范性并适应本科应用型人才培养需要，是计算机和相关专业广泛使用的精品课程教材。为了达到良好的教学效果，本校课程小组在教学实践中打破了微机原理与汇编语言程序设计教学的常规顺序，不再是先介绍计算机发展历程、微型计算机的体系结构和微型计算机运行原理等基本知识，然后介绍指令系统和寻址方式，最后讲授16 位机汇编语言的语法和程序设计方法。而是根据课时、课程实验内容的进度和教学大纲的要求选择章节并调整章节的顺序进行讲解。借鉴Java 程序设计项目化教程[6]的思想，采用项目式的方法开展教学，精心选择项目案例，并将项目分解成若干模块。采用翻转课堂教学模式，由学生预习案例中涉及的汇编指令，并讲解汇编指令的含义，掌握汇编语言的结构和汇编、连接和运行的步骤，并调试项目程序，这样学生带着任务，带着目的来学汇编指令，印象会更加深刻，接受起来较快。不再像以前那样讲完某一章节的指令，然后再去讲解课本或幻灯片上的汇编示范程序。

首先用一些小的项目练习学生的动手操作能力，再用一些综合性的项目培养学生的综合实践能力，例如交通灯指示控制和电子钟演示。根据我院物联网专业特色，又增加了简单音乐的演示、交通指示灯控制等项目。在开展此类项目之前，教师所做的工作只是提出设计要求，在项目实践中学生根据所学微机原理的硬件知识独立完成电路设计，进行汇编程序的编写和调试，直到反复测试并正常运行为止。而且每一个任务都让学生自己上机验证，观察实验箱或仿真软件，分析程序运行的结果是否正确，总结实验心得。

2 “微机原理与汇编语言”教学范式改革措施

根据本课程先前所制定的教学范式改革实施方案，并参照当前普遍使用的教学范式改革项目评价方法，确定本课程改革类型为混合式课程教学类型。

教学范式改革必须既能满足社会发展的需要，又能为课程发展服务，在教学实践中能够获得良好的教学效果。对于该门课程，学生需要在掌握微机原理和硬件结构、功能的基础上，学习面向8086 处理器的汇编指令系统和寻址方式，掌握程序在计算机内部的工作过程和实现原理，然后学习面向8086 处理器的汇编语言程序设计的基本语法和设计方法。教学范式改革不仅要使学生学习足够的理论知识，而且要侧重培养学生运用汇编语言程序解决实际问题的能力。教学范式改革的目标已从知识传授为主转变为能力培养为主，强调综合素质的提升，并不只是简单地学习一门课程的理论知识、掌握相关的操作技能。学生要能够通过该门课程学习，培养钻研精神、合作精神、求真务实的态度和良好的思维方式，强化数字电路、程序设计等先行课的理解，为学习计算机专业或者其它专业有关硬件的后续课程，以及今后从事物联网、电子、自动化和控制等方面的实际工作夯实基础。为有效开展“微机原理与汇编语言”课程的教学工作，提高教学效果，本文在以下几个方面做了一些积极的改革和实践。

2.1 改革教学内容

“微机原理与汇编语言”课程内容包含的知识点多、前后衔接紧密，而且还需要有一定的编程基础和电子技术基础，但目前我校对这门课程的课时进行了压缩。因此，为了在有限的课时能达到预期的教学效果，做到教学和实验的有效衔接，调整了教学内容的前后顺序。另外，为了将比较前沿的计算机硬件知识引进到教学内容中，对有些过时的知识或者相对于现代计算机的发展是错误的内容进行了删除或者修正。例如由于计算机硬件发展迅速，计算机的发展过程划分不再是四代而是六代，但在选定的教材上没有第五代智能计算机和第六代生物计算机的介绍，这就需要教师补充讲解第五代智能计算机和第六代生物计算机的结构和特点。教学内容改革体现了教学内容紧跟微处理器技术进步而补充和修改的思想，采用Intel 80x86 系列机作为教学对象，讲授微型计算机的基本概念、基本理论以及结构和功能，补充了近些年出现的高新技术和具体应用的介绍。例如虚拟存储技术是16 位微处理器这种早期微处理器所不具有的扩充内存容量的高新技术。虚拟存储技术应用于后来的32 位微处理器和现在普遍存在的64 位微处理器。通过引入这些教学内容，向学生普及了微型计算机技术发展的最新动态和微型计算机系统的新功能和新特点，从而激发了学生深入学习微型计算机相关理论的学习兴趣，调动了学生学习这门课程的主观能动性。在教学实践中，首先，采取循序渐进的方式，既重视80x86微型计算机原理的讲解，又重视穿插流水线技术、存储器技术等高新技术的介绍。其次，结合微型计算机系统的具体硬件结构，针对80x86 讲解汇编语言程序的语法和汇编、反汇编的方法，不同的汇编语言面向不同的计算机体系结构，使学生认识到掌握计算机体系结构的必要性，强化学生对微型计算机系统的硬件结构和功能的认知。搜集或设计有代表性的具体实例帮助学生将分散的微型计算机知识点形成完整体系，提高学生应用“微机原理与汇编语言”的综合知识解决实际问题的能力。

2.2 改革教学方法和教学手段

鉴于“微机原理与汇编语言”课程的教学内容比较多而且很抽象，因此注重教学方法和教学手段的改革和创新，帮助学生理解微型计算机系统系统的硬件结构和功能，识记其中复杂难懂的知识点。在实际教学中，根据章节的知识点，采用有代表性的具体实例启发学生积极思考，训练学生运用所学知识解决问题的技能，使其在潜移默化中形成主动学习的习惯。实施启发式教学的过程中，还帮助学生建立新旧知识之间的联系，使其能够透彻理解相关课程的难点问题。例如很多学生在学习计算机组成原理这门课程的时候很难理解间接寻址可以扩大寻址范围这一知识点。一方面，可以用计算机组成原理的知识解释，一般形式地址的位数小于指令字长的位数，而存储字长可以等于指令字长，在分别假设形式地址为多少位，存储字长为多少位后进行寻址范围计算就可以获得正确结论。另一方面，可以用微机原理的有效地址和物理地址的计算公式获得正确结论。启发式教学方法帮助学生掌握新知识并形成对硬件系统概念的认知。在教学方式上还引入了翻转课堂教学方式发挥学生的积极主动性，为学生营造了探索知识的轻松氛围，扩充了学生研究问题的时间和空间，从本科阶段就培养学生的科研能力，激发创新兴趣，以学生为主体，注重培养学生的综合素质。借助“微机原理与汇编语言”教学活动的开展，采取多种行之有效的举措完成学生专业能力的锻炼。提高学生必备的专业素质和职业修养，使其能灵活地将所学的理论知识用于实际问题的求解，学会发现问题、解决问题，培养团队协作精神、在实践探索中获得兴趣，引导学生参与到课堂内外的教学和科研活动中。在在线课堂和慕课上搜索大量教学视频、文档、图片、微课、图像、课件供学生辅助学习。

知识点多、信息量大、内容繁杂、图表丰富是“微机原理与汇编语言”这门课程内容的突出特点。为了使“微机原理与汇编语言”这门课程获得更好的教学效果，充分发挥多媒体教学这种教学手段的优势，在有限的时间内加大课程信息量，提高课堂教学效率，直观形象地展示教学内容，全方位地对学生实施情景教学，加深学生对知识的印象，帮助学生理解抽象的理论，使学生对所学理论产生直观印象，在激发学生学习和探索的兴趣基础上提高教学质量。在教学过程中突破单一教学方法的局限，把几种教学方法结合到一起实施到线上和线下的教学课堂中。在实际教学活动中，根据课程内容、实施效果灵活选择和综合使用实物演示法、操作演示法、多媒体演示法、教学体验法、传统板书法与渗透教学法等多种教学方法。

2.3 改革实验内容

“微机原理与汇编语言”这门课程具有很强的实践性，具体实施时根据课程教学进度及时开展实验，做到实验内容和理论知识教学进度相一致，为理论与实践相结合提供可能。在实验教学中，整理和设计实验内容，将实验的实用性和创新性并重，不仅能加深学生对理论课堂所学基本概念、基本理论的理解，而且又能提高学生分析问题和解决问题的能力。另外，兼顾其他课程，如《计算机组成原理》。特别是计算机组成原理中很多学生比较难懂的问题：已知几个中断源的中断优先级，并通过中断屏蔽字设置中断响应顺序后，几个中断源发出中断请求后，如何正确绘制CPU 执行程序轨迹。应该在“微机原理与汇编语言”的实验中设置一个包含几个中断源的汇编程序设计实验。通过程序跟踪，了解这样的汇编程序如何执行，就可以正确地绘制CPU 执行程序轨迹。这样的实验加强了课程之间的联系，也加强了学生对“微机原理与汇编语言”课程的重视程度。为了体现当前教育发展的思想，丰富“微机原理与汇编语言”的实验种类，可以在“微机原理与汇编语言”编制时按照由浅入深的顺序，设置4 个类型的实验内容，既有验证性实验、设计性实验，也有综合实验和创新设计实验。

2.4 改革课程考核方式和评阅方式

考核是鉴别学生学习效果的主要方法。闭卷笔试是惯用的“微机原理与汇编语言”课程考核形式。但是，简单地使用这种考核方式并不科学，不能够全面地考核学生的能力，无法评定学生创新能力。因此，有必要改革课程考核方式，科学全面地考核学生，并体现考核的重点，增加程序设计考核的比例。为了适应信息化教学和考核的趋势，理论考核可以采取以下两种考核办法。第一种考核方法是对课程考核采取上机答卷和操作讲解的混合方式。主要检验学生掌握“微机原理与汇编语言”的基本理论、基础知识和必备常识的熟悉程度。理论考试的次数为2 次，可以安排与期中和期末考试同步进行，也可以由任课教师根据教学情况自行调整。理论考核采取上机考核的方式，保证考试的公正性、公平性。而且考试结束后，机器将自动依据设置的答案批阅客观题。主观题则由教师手动批阅。第二种考核方法是对课程考核采取纸质闭卷考试和操作讲解的混合方式。这种考核方式虽然试卷采取纸质的形式，但考试结束后，通过机器扫描将整张试卷传到教务系统上，客观题也是由机器依据设置的答案自动批阅。主观题则由教师手动批阅。

对于以上提到的这两种考核方法，其中的操作讲解考核方式提高了学生对实验的重视程度，培养了学生的动手能力和自信心。

平时成绩考核占总成绩的30%。以学生平时的学习态度，包括出勤情况、课堂表现、期中考试成绩及作业情况为主要考核内容。将平时成绩设置为100 分，具体设定如下：出勤为20 分，期中考试成绩为20 分，课堂表现为30 分，作业测试为30 分。缺勤一次扣2 分，请假不扣分，课堂表现根据学生听课状况以及回答问题的积极性和正确性综合评定。测试成绩根据每次实验作业以及平时测试的成绩合计。

3 结 论

本文以“微机原理与汇编语言”教学范式改革为出发点，明确了“微机原理与汇编语言”课程设计理念。为了切实做好“微机原理与汇编语言”课程的教学工作，从教学内容、教学方法和教学手段、实验内容、课程考核方式和评阅方式四个方面提出了具体的改革方案，并举了一些例子进行佐证。将这些研究成果应用于“微机原理与汇编语言”课程的教学实践，必将对其具有很好的指导作用，也对其它课程具有示范和带动作用。