谈微机“微机原理”课程教学系统革新与实践

摘要：“微机原理”是电子信息、自动化等专业的一门专业必修课程。分析了目前“微机原理”课程教学过程中存在的问题，从教学方法、教学内容体系、教学过程和实践教学环节等方面进行了一系列的改革，实践表明，“微机原理”课程教学改革取得了明显的成效。
关键词：微机原理；教学体系；改革
作者简介：武英（1974-），女，江苏南京人，南京晓庄学院物理与电子工程学院电子信息教研室主任，副教授。（江苏 南京 211171）
基金项目：本文系南京晓庄学院电子信息科学与技术重点建设专业专项（项目编号：2161305）的研究成果。
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“微机原理”是电子信息、自动化等专业的一门专业必修课程，内容包括微型机框架结构、汇编语言、接口技术三大部分。课程自身知识点较多，兼顾软硬件两个方面，内容抽象，学生难于理解掌握，实践教学效果也较差，在当前课时压缩、实验室资源有限的条件下，这个问题显得尤为突出。为了进一步提高学生的实践能力，培养具有较高综合素质的应用型人才，必须对原有“微机原理”课程体系进行改革。

一、改革理论教学，提高教学质量

1.更新教学内容，构建新课程体系

一方面，随着电子技术的快速发展，微机发展已进入一个新的时代，计算机升级换代的时间周期越来越短，而它的功能却越来越强大，计算机的整体性能得以大幅提高，不论是教师或学生都必须及时扩充更新相应知识；另一方面，从早期芯片8086/88开始到Pentium、core系列芯片，这些微处理器在基本结构和指令上采用向上兼容的做法，保证了结构和指令的连续性。学生从8086/88这个最基本的微处理器芯片开始学习，不至于太难于理解，有利于学习效果的保证。综合考虑以上因素，选择在结构和原理上仍以8086/88为主线，同时对当今广泛使用的Pentium、core系列芯片也做相应介绍的最新版本的教材。目前，正在使用的微型计算机系统原理及应用教材是清华大学2009年第三版，可在保证学生掌握基础内容的前提下，开阔学生的视野，为今后的进一步学习工作打下良好的基础。
对于电子信息和自动化等专业，一般来说“微机原理”和“单片机”这两门课程是同时开设的，这两门课程的内容有部分较为相似，而且接口芯片更新换代的速度很快。结合专业及学科建设，在课时压缩的大环境下，对这两门课程的内容作了统一调整，构建了新的课程体系。在“微机原理”课程中简化了接口芯片部分，只详细介绍一到两个，如8255、8253，其他芯片放到“单片机”课程绍，如ADDA等。课程内容体系调整后，“微机原理”课程的重点就放在了框架结构和汇编语言，而“单片机”课程的重点放在了利用C51控制接口芯片上。在新的课程体系下，既解决了课时紧张的问题，同时又突出了教学重点，提高了教学质量。

2.改革教学方法手段，促进教学质量提高

结合培养应用型人才的培养目标，就必须更新教学观念，改变以往灌输式的教育理念，采取多种教学模式。对于基础知识主要采用主讲式教学模式，充分发挥教师的主导作用，引导学生正确认识、理解、掌握课程的基础知识，教会学生分析研究问题的基本方法。“微机原理”这门课程包含的抽象概念较多，学生普遍感到学习起来较为吃力，针对这一问题，在教学过程中，力求做到纵观全书，抓住关键，突出重点，解决难点。多花时间讲解重要概念、基本原理和基本方法，采用“模块”的方式对计算机框架结构进行讲解、分析并引导学生掌握课程各部分的内在关联；在汇编语言部分，举一反三，加强练习，帮助学生更好掌握。对于拓宽性后续知识主要采用师生讨论、激疑质疑的讨论式教学模式，激发学生的学习积极性，培养他们发现问题、分析问题、解决问题的的意识和能力。使师生间的关系由教与学变为平等的交流与沟通，使学生积极主动地投入到课程学习的全过程中来，真正成为教学的主体。对于提高性知识主要采用教师指点、自学研读的研究式教学模式。培养学生自学能力、研究问题的能力，并且结合学生科技创新活动及电子竞赛，充分调动学生学习的自觉主动性。

3.有效利用现代教育技术辅助教学

“微机原理”课程中涉及的抽象概念较多，如分段结构、逻辑地址物理地址间关系、时序等，难以用传统教学方法讲授清楚，学生学习起来也较吃力，感到难以理解。可以采用PPT、仿真软件、动画等多媒体课件类辅助教学。由于多媒体具有形象、直观的特点，可以提高学生的学习兴趣，帮助学生对教学内容的理解。但有一利必有一弊，多媒体教学固然有形象生动的优点，但也暴露了许多不足之处，一方面，多媒体可以减轻教师画图、书写程序的工作量，但与此同时，带来的弊病是课堂教学信息量加大，学生思维高度紧张，经常是来不及记笔记或光顾记笔记没有听到讲解，顾此失彼，很难达到预期的教学效果；同时多媒体如果过于生动或颜色变化过于丰富，会起到喧宾夺主的反作用，导致学生注意力分散，只注重形式而忽略了内容。所以在教学中应将传统教学方式与现代多媒体教学有机结合起来，将一些不易表达清楚的抽象概念通过多媒体方式进行演示，帮助学生理解，而对一些重点、难点不仅多媒体课件上要有，还必须同时进行板书，进一步突出重点、难点。[3]
在汇编语言部分，利用仿真软件emu8086辅助教学，可以直接观察指令的执行结果、CPU内部寄存器内容的变化等，可帮助学生对于抽象指令的理解。同时利用仿真软件也可以加深学生对指令使用注意事项的记忆，但对于程序中的关键部分，一定要通过板书做详细的讲解，以帮助学生理解并掌握程序设计的思路和具体实现，达到较好的学习效果。
现代教育技术只能作为传统教学方式的有益辅助，并不能取代传统教学。将两者有机结合起来，优势互补，才能达到理想的教学效果。
二、改革实践教学，提高学生应用能力作为一门实践性较强的课程，实践教学是整个教学体系中不可忽视的重要环节，改革实验教学不仅是要加深对基本原理的理解，而且是要进一步加强理论与实践的结合，培养学生的科学思维能力，提高学生分析问题、解决问题的能力，从整体上提高学生的综合素质。[3]

1.改革实验内容，循序渐进

长期以来，“微机原理”的实验以验证为主，学生仅满足于按部就班完成实验，而不是真正理解实验，失去了课程实验的真正意义。针对这一现状，我们对实验内容进行改革，更新实验内容，在实验结构上努力做到由浅入深，逐步实现从基础知识理解到综合能力培养的转变。在实验内容上，本着先基础、简单，后综合、复杂的原则，形成验证性实验、设计性实验、课程设计三层体系。
对验证性实验，分为硬件和软件实验两个部分，精选合适的实验项目，时间安排和课堂教学保持同步，在增强学习效果的同时培养学生的实际应用能力。做好试验和实验之间的内在关联，由简单到复杂，举一反三循序渐进。例如：为了让学生真正掌握可编程并行接口芯片8255的使用，首先在验证性实验中从简单的8255控制七段数码管显示一个字符开始，通过这个实验使学生对8255的实验原理及编程方法有了一定的了解，进一步过渡到定时显示变化的字符；在验证性实验后的设计性实验及综合性实验中就可以选用和8255芯片相关的内容来实现模拟交通灯控制、竞赛抢答器等。在设计性实验及综合性实验中，教师仅给出实验要求，必要时给出设计框图，让学生查阅资料，设计硬件电路、编写程序及完成调试过程。通过这样举一反三，充分调动学生的积极性，开阔学生知识面，有利于学生动手能力的培养，使学生学到的知识得到巩固和提高。

2.改革实验方式，采用仿真软件辅助实验

充分利用仿真软件是解决目前课时紧张的一个可行途径，并且可以有效降低实验成本。在汇编语言部分，采用emu8086进行程序设计，可以直观观察到每条指令执行时CPU内部寄存器和内存单元内容的变化，有助于学生理解微处理器的内部结构。在接口电路部分，采用Proteus软件，2009年推出的Proteus 7.5 SP3含有V for 8086，支持8086微处理器与8255、8253、8259、8251等接口芯片的系统仿真。8086模型支持将源代码的编辑和编译整合到同一设计环境中，可以在设计中直接编辑代码，也可以非常容易地修改源程序并查看仿真结果。[4-5]学生在Proteus中设计硬件电路后，结合程序设计部分的仿真软件emu8086，编写A源文件，经过编译后生成COM或EXE文件加载给8086，经过调试运行即可在Proteus上观察到运行结果。采用仿真软件辅助实验，调动了学生的学习积极性，让学生知其然并知其所以然。

3.建立开放式的实验环境

建立开放性的实验环境，包括时间、内容和实验器件的开放。在传统的实验教学模式下，学生往往被限制在教师事先设定好的诸多限定条件之内，在这样的实验环境和气氛下，学生发挥自身潜能的余地和空间很小，开放性的实验环境给学生提供更多的更方便的实验机会，以提高学生的设计能力和动手实践能力。实行实验室开放教学是学校日常教学手段的一种补充和提高。实验室开放后，学生可利用课余时间，通过实验来巩固课堂上学到的理论知识。此外，学生还可以通过思考解决实验过程中所遇到的问题，掌握各种实验手段，熟悉各种实验仪器设备的原理、构造及常见故障的排除，使所学的知识在实验中得以应用并融会贯通，学生学习的积极性和主动性也就调动起来了。另外，通过实验、实践，进一步增加了学生之间的相互交流。同时，实行实验室开放后，为部分学生进行进一步提高创造了良好的条件。

三、改革考核方式，进一步培养学生的创造性思维

考试是引导学生学习、了解教学效果的一个重要步骤。“微机原理”是一门实践性很强的课程，因此仅凭笔试来评定成绩是不全面的。总评成绩中还包含平时成绩和实验成绩。平时成绩主要反映平时学生的学习态度，实验成绩则是对学生动手能力的综合评价。考试着重考核学生的理解和应用能力，使学生从死记硬背转化为理解掌握。
四、总结
对于“微机原理”这样实践性较强又很重要的专业课程，只有不断调整教学内容，改进教学方法，采取多种途径，才能有效地提高教学质量，从而引导学生积极探索，获取知识，实现教与学的最佳统一。
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