基于项目驱动的模块化教学在微机原理与接口技术中的应用研究

徐嘉莉 周晓清 朱晓玲

摘要：针对微机原理与接口技术课程传统教学中存在的不足，依据教学模块化的理念，重建微机原理与接口技术课程的专业知识体系，使学生从整体观、全局观去掌握微机原理的基本知识及工作原理；依据项目驱动的理念，将传统实验项目化，进一步帮助学生巩固微机原理知识、完善专业知识体系，提高硬、软件分析设计能力。实践证明该方法不仅能够解决传统教学中存在的问题，而且能在一定程度上激发学生的学习热情、提高学生的硬软件分析设计能力。

关键词：项目驱动；模块化；微机原理与接口技术

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）13-0152-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

微机原理与接口技术是通信工程、电子信息工程、自动化工程等专业的基础课，理论性、实践性很强。该课程旨在培养学生的微型计算机软、硬件系统设计与应用能力，但是，微机原理与接口技术课程的传统教学存在知识点抽象而且离散、验证性实验较多而且考核方式单一等不足，这些导致学生学习积极性不高、对微机原理与接口技术的知识体系不够明晰、硬软件分析设计能力不足等问题。

因此，将基于理论知识模块化、实验内容项目化的理念应用在微机原理与接口技术教学改革中，构建完整的微机原理与接口技术的知识体系，培养学生的软、硬件分析设计能力，为后续课程的学习夯实基础。

1 微机原理与接口技术传统教学中存在的不足

1.1 知识点多而离散，且抽象

微机原理与接口技术课程由计算机组成原理、汇编程序设计语言、微型计算机系统与接口技术三门课融合而成，从传统的教学内容的组织来看，这三部分理论知识点多，相互之间比较离散且抽象，这就导致学生不明了微机原理与接口技术的知识体系、学习难度大、学习目的不明确，在一定程度上影响了学生的学习积极性。

1.2 验证性实验较多且考核方式单一

微机原理与接口技术课程的实验教学主要采用“实验箱 + 汇编集成开发环境”模式，实验指导书提供了实验所需的源程序代码、固定的硬件连接图、程式化的操作步骤。学生只需要机械地根据实验指导书提供的步骤就可完成相应的实验。显然，这种验证性的实验模式灵活性、创新性不足，学生不能灵活自由地设计实验，限定了学生的思维拓展。最后，每个学生的实验内容和实验报告一模一样，老师仅根据实验结果和实验报告来判分，不能充分体现学生的实际水平，有失公允[1-2]。这些都导致学生学习缺乏积极性、主动性，不利于学生提升软、硬件能力，更不用说创新性能力的培养。

2 微机原理与接口技术理论教学模块化

微机原理与接口技术课程传统的教学内容组织如表1所示。

从表1可以看出，微机原理与接口技术包含了计算机组成原理、汇编程序设计语言、微型计算机系统与接口技术三门课的内容，知识点繁多。从表 1也可以看出，传统的教学内容组织方式使得各个知识点之间的联系不够紧密，比如，根据冯·诺依曼思想，8086微处理器和半导体存储器本属于微处理器系统范畴，却分属于第2章和第5章，中间穿插了8086指令系统和汇编语言程序设计，使得知识点不连贯。这种知识点之间松散的关系会让学生对知识的脉络不够清晰，加大学生的学习难度。

根据教学大纲，微机原理与接口技术课程的最终目标是培养学生的硬件系统分析设计能力、软件分析设计能力和芯片应用能力，因此，依据这三大培养目标能力，根据微机原理与接口技术课程的理论知识点之间的层次结构和内在联系，结合冯·诺伊曼思想，打乱传统教学内容的组织顺序，将微机原理与接口技术课程的理论知识点整合为三大模块：基于8086CPU的微型计算机系统模块、汇编语言程序设计模块及接口技术模块[3]，具体见表2所示。

从表2可以看出，三大教学模块囊括了微机原理与接口技术课程所有的知识点内容，也契合了三大培养目标能力。其中，模块一使学生能够较为完整地理解并掌握微型计算机的设计思想、基本组成、逻辑结构及各部分的功能特征，乃至8086微处理器的典型时序及操作，提升硬件系统分析及设计能力，也能辅助提升芯片应用能力；模块2使学生能够掌握汇编语言程序设计的编程思想及DOS和BIOS的功能调用，培养学生软件分析、设计能力，进一步加强学生对微型计算机系统工作原理的理解，提升硬件系统分析设计能力；模块三可以使学生掌握基本的接口设计方法，更进一步加深理解并掌握微型计算机系统的组成及工作原理，培养学生的芯片应用能力，也提升学生的软件分析及设计能力、硬件系统分析及设计能力。

显然，依据三大目标能力的微机原理与接口技术的理论知识点的模块划分不仅使学生能清晰掌握微机原理与接口技术课程的知识脉络，构建完整的知识体系，而且还能使学生更加清楚地了解各个模块最终的培养目标能力，明确学习目的，增强学习兴趣[4]，进而克服传统教学中知识点多而散带来的知识结构混乱、学习目的不明确的缺点。

3 微机原理与接口技术实验教学项目化

3.1 微机原理与接口技术实验教学项目化

传统的微机原理与接口技术实验内容包括4个实验，具体内容如表3所示。

从表3可以看出，汇编语言程序设计占全部实验的50%，占比太重；芯片应用占全部实验的50%，且只涉及教学大纲要求的芯片數的一半，这主要是因为受实验课时的限制。四个实验均属于验证性实验，因为实验指导书提供了相应的电路连接图、源代码和操作过程，显然，这不利于培养学生的软、硬件分析设计能力及创新能力。而且4个实验的关系是分割的，尤其是关于汇编语言程序设计的两个实验内容与后续的芯片实验内容并无关联，这在一定程度上会影响学生的学习积极性。

因此，依据微机原理与接口技术实验教学大纲，抓住CPU内部架构和工作原理两个“重心”、CPU与存储器和 CPU与外设进行信息交换两个“基本点”，对传统实验项目编整与规划，将单一的验证性实验改为模块化项目式实验——基于8086CPU的交通灯系统的设计与实现，让学生在项目的实施过程中巩固微机原理与接口技术的基本概念和工作原理，完善知识体系，进一步培养其软硬件分析、设计能力及团队协作能力[5-6]。

基于项目驱动的微机原理与接口技术实验组织内容如表4所示。从表4可以看出，基于8086CPU的交通灯系统项目将微机原理与接口技术课程中传统的、验证性实验囊括在一起。从表4也可以看出，该综合性项目分为三个模块：8086最小系统设计模块、汇编程序设计模块、接口技术设计模块，恰好与理论知识点的模块划分相呼应（表2） ，也对应三大目标能力。模块一要求学生基于Proteus设计一个最小系统，使学生掌握8086CPU最小系统的基本构成，明晰地址总线和数据总线的构成，并对8086CPU的结构、总线时序、存储器组织等知识点有更进一步的理解，在一定程度上提高学生的8086硬件系统分析及设计能力。其次，模块二包括信号灯软件定时程序设计和紧急情况下四向红灯的中断服务程序设计两个子项目，使学生更加熟练掌握8086的寻址方式和指令系统、汇编程序设计方法及调试，

进一步提高学生的软件分析、设计能力。最后，模块三包括基于74HC373的信号灯电路设计、基于8255A的信号灯可控设计、基于8253的硬件定时设计和基于8259A的紧急情况下四向红灯设计4个子项目，旨在培养学生的8086硬件系统分析及设计能力、芯片选型及应用能力。

从表4可以看出，模块二包含的子项目与模块三包含的子项目联系紧密，比如，“信号灯软件定时程序设计”是“基于8255A的信号灯可控设计”的软件部分，“紧急情况下四向红灯的中断服务程序设计”是“基于8259A的紧急情况下四向红灯设计”的软件部分。同样，模块二和模块三都是在模块一的基础上实现，三大模块紧密联系，构成了基于8086CPU的一个完整的交通灯系统，这将会在一定程度上提升学生的学习积极性。

3.2 微机原理与接口技术实验教学项目化实施

将项目驱动思想引入实验教学中[7-8]，事先将实验题目、实验要求通知学生，学生以小组为单位，组内同学团结协作，了解实验原理、构思电路连接图、编写驱动软件、设计实验步骤，借助仿真软件Proteus在线下、截止时间前，完成实验，这样既可以培养学生的软、硬件分析设计能力和团队协作能力，也能弥补实验课时不够的不足；在实验课上，以小组为单位，选出一个学生代表向老师进行实验演示及演讲，老师根据该组同学演示的情况、实验题目的难易程度及实验过程中遇到的问题向小组内的每个同学提问，被提问的学生在规定的时间内完成答辩。这样就把验证性实验变成了综合性、创新性实验。如基于8086CPU的十字路口交通灯系统中，针对组内学习基础不好的同学，要求其能讲解该交通灯系统的工作原理等基本知识；对学有余力的同学，要求他们现场分析该系统的优点、不足，引导学生从硬件、软件部分对系统进行优化，并让优秀的同学带领基础差的同学一起进步。最后，教师根据实验演示、答辩的情况，结合实验报告给出实验成绩，克服了仅凭实验报告、不重实验过程的传统实验评价方法带来的缺点。

实验项目化不但让学生了解了实验必须具备的基本理论，还举一反三，实现了多个知识模块之间的融会贯通，极大地提升了学生硬软件分析设计能力，培养了学生的创新能力，而且重视过程的实验考核方式也改变了传统的实验考核方式，极大地提升了学生的学习热情。

4 结束语

本文采用模块化的教学理念，使微型计算机原理与接口技术的各理论知识点模块之间的内容层次及逻辑更加清晰，使学生更容易理解、接受。基于项目驱动的实验教学理念设计实验项目，使学生进一步完善“微机原理与接口技术”的知识体系结构，提升软、硬件分析设计能力，进一步提升自主学习能力和创新能力。

通过随堂师生互动、学生为主导的习题课、问卷调查、实验课答辩情况以及期末教学评价可知，基于项目驱动的微机原理与接口技术课程模块化教学方式不仅能克服传统教学的缺点，提升学生的学习积极性，还能在很大程度上提升学生的软、硬件分析设计能力及芯片应用能力。

参考文献：

[1] 刘军芳，孙金萍.应用型复合型人才培养模式的研究与实践——基于项目驱动的《微机原理与接口技术》实验教学改革[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2019，19（4）：100-102，108.

[2] 刘娟，黄忠.微机原理与接口技术项目驱动教学[J].安庆师范大学学报（自然科学版），2019，25（4）：96-98.

[3] 周皓阳，李静，冯宝，等. 基于项目驱动的自动化专业微机原理课程模块化教学探索[J]. 教育教学论坛，2020，10（42）：200-201.

[4] 史道玲. 以兴趣为导向的微机原理与接口技术课程教学方法探讨[J]. 产业与科技论坛，2020，19（8）：155-156.

[5] 谢宏霖.基于“项目驱动法”的单片机类课程教学探索[J].电脑知识与技术，2012，8（30）：7290-7292.

[6] 张本文.单片机原理实践教学与项目驱动结合改革初探[J].电脑知识与技术，2021，17（9）：155-156.

[7] 常鳳筠.项目式教学法在微机原理课程教学改革中的探索和应用[J].才智，2019（2）：12.

[8] 苏日建，郭功兵.基于项目驱动的微机原理与接口技术教学方法研究[J].河南教育，2015（8）：76-77.

【通联编辑：王力】