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对《微机接口技术》课程教学改革研析

更新时间:2014-7-5:  来源:毕业论文

对《微机接口技术》课程教学改革研析
摘 要 : 《微机接口技术》教学模式应该突破传统的理论验证教学模式,充分发挥学生学习的主动性。加强对学生创新能力的培养是本课程教学改革的一个难点。该课程的教学改革突破点是:实验教学的改革。在实验内容、实验组织方法上进行的一些有益的改革尝试,可以有效提高教学质量。
关键词:教学改革;实验教学;创新能力

1 引言
《微机接口技术》课程作为高等院校计算机专业的主要专业基础课程之一,学生普遍感到《微机接口技术》这门课难学、难懂、概念抽象、感性认识差,再加上大量汇编语言编写的初始化程序和应用程序。学生学习完了这门课程后,对于接口芯片工作原理和在计算机中的实际应用模糊不清,更谈不上创新设计。该课程的教学现状总结起来,主要存在以下几个方面的问题。
1)教材相对陈旧
现在使用的教材大多数都存在东拼西凑的现象,而且教材的编写、出版有一个周期问题,即使基本理论讲清楚了,但是对芯片的应用现状和新技术发展却很少涉及,或者讲得不清楚。
2)理论教学和实验教学严重分离
理论教学主要靠老师在课堂上用电子教案分析讲解,这种单纯的理论分析,学生感觉枯燥乏味,没有参与思考的积极性;而最能吸引学生的实验课程却由实验教师自行组织,与理论教学脱节。学生的完整知识结构体系无法统一和完善。
3)验证性实验教学扼杀了学生的创新能力和创新欲望
现在高校中对于该门课程的实验都采用实验箱,对芯片功能进行验证性实验就算了。基本上学生没有自主的创新环节,在课程设计阶段,老师把程序编写好,学生照着老师的步骤连接好各种线路,再把程序录入、调试运行,观察结果写出实验报告就行了。最后导致所有学生的实验报告都是一个结论。
因此,积极地对《微机接口技术》课程进行教学改革,有效提高教学质量是当前该门课程的重要任务。因为该门课程作为汇编语言、计算机组成原理课程的后继专业课程,是计算机专业学生有效提高专业技能和动手、创性能力的一门重要课程,也是该专业与其它专业区分的一门主干课程。要达到有效提高该门课程教学质量,培养学生的动手能力和创新能力,就必须在教学指导思想、教学实验内容和实验组织方法等方面进行一系列改革,下面就这几个方面进行详细探讨。
2 根据课程发展特点,转变教学指导思想
教学改革的目的是提高教学质量,要在有限的几十个学时中让学生真正掌握好一门课程的内容,在组织教学过程中就要做到“少而精”,要想做到这一点,就必须灵活地使用教学方法,不能千篇一律地纯理论教学,必须转变教学指导思想,根据课程的内容进行调整,对于《微机接口技术》这种纯硬件的专业课程,学习重点就要从“是什么,如何工作”继续深入到“是什么,如何工作,如何设计,现在的发展现状,以后的发展方向”。积极的鼓励学生思考。现在国内计算机专业教学模式普遍都是“重软件、轻硬件”,很多学生到了大学毕业做毕业设计时,连计算机主机箱内的部件都不认识,更谈不上发展研究了,这也是国内硬件人才严重缺乏的原因之一。因此教师的引导很重要,要给予学生充分的思考空间,“强调基础,注重实际能力”应该才是这门课程的新教学指导思路。
3 优化教学内容
《微机接口技术》课程教学改革的首要任务应该是教材改革。选用教材应该是以学生能够学到知识为目的。
现在很多高校选用的理论教材还基本差强人意,但是实验指导教材却参差不齐,很多教材都只是列出了各芯片的连线示意图,并给出了相应的初始化程序,学生只需要按图索骥就行了,完全失去了实验课程的意义。这种验证式的教学模式导致了学生自我创新能力的丧失,一个实验结束,所有学生的实验报告都是一个结论。
随着计算机硬件技术的飞速发展,《微机接口技术》课程的教与学都发生了质的变化。传统的计算机接口技术课程着重于介绍计算机各组成芯片的内部结构,初始化编程命令和在PC/AT机中的基本应用,并没有系统的介绍各组成芯片的关联工作情况以及和CPU的系统工作状况。当今Pentium PC机广泛使用的并行接口标准IEEE 1394、通用串行接口标准USB、图形显示总线标准AGP、高速硬盘标准Ultra 100MB等等,都是最新接口技术应用的具体成果。但是在现有教材中很难包含所有的新技术,因为现有教材中的很多内容在微机原理课程中已经讲到,因此学生更是觉得这门课程没有实用价值。
针对这一系列情况,现有的教学内容就必须进行优化。因为这门课程的特殊性,其理论基础基本上都是围绕IBM/PC系列机进行讲解的,基本原理没有大的调整和变化,因此理论教学内容的优化主要是选择教材的问题,根据笔者经验,一般来讲正规出版社的理论教材都还可以,因此这门课程教学内容的优化就主要着眼在实验课程的实验内容和实验组织方式。根据笔者多年的教学实践经验进行以下探讨。
3.1 实验内容的改革

微机接口实验的内容主要是有关接口芯片的学习和应用,各种芯片在学习过程中都是分开来讲解,其实在具体的应用上这些芯片是互相紧密联系的,在实验中应该集合在一起,才能真正的掌握这些芯片在计算机中的主要功用。比如:接口芯片8255是并行传输接口芯片,三个端口的每个引脚都可以独立地产生一个有用信号;而芯片8253是定时器/计数器,可定时产生一个信号,而这个信号和8255A的PB口协作可以作为扬声器的控制信号。所以在实验时,应该把8255A和8253A这两个实验结合在一起。实验时间是4个学时,在内容上,可以先熟悉8255的性能,然后熟悉8253的性能,最后将两者结合在一起进行实验,真正掌握计算机扬声器的工作原理。两种芯片互相联系,有助于对芯片更深入地了解,在此基础上,也可以将芯片8259和8253A结合在一起。这样逐步深入,不断提高学生的学习兴趣,学生有了兴趣后,老师就必须循循善诱的引导学生进行创新设计,实际上,这门课程的创新设计内容很多,比如:工业控制,智能仪器仪表,超市收银机,公共汽车报站系统,电子考勤机,门铃报警电话,步进电机控制系统,交通收费系统,家电领域的智能控制芯片等等。教师可以选择一个比较实用也不太复杂的产品作为事例,如足球场上的计时器、记分器等等,给学生由浅入深地讲解,鼓励学生只要掌握了相关的硬、软件基础知识,就能开发出同样的产品,从而激发他们对本课程的学习兴趣,增强了求知欲。
对于这门课程的实验内容,笔者在教学中一般分为这样几个层次进行。
3.1.1 认知阶段
这一阶段
主要是让学生从理论角度转变到硬件角度认识真正的硬件芯片外观和基本工作原理,熟悉汇编语言在接口芯片编程控制中的上机过程。基本依照实验讲义的指导去做,这算是本课程学习的入门阶段。学生这时刚刚接触到具体的硬件芯片,对于很多引脚的定义不能从硬件接线的角度去理解,因此必须要求学生完全依照实验讲义的要求,一步一步进行程序调试、汇编、连接、装入、运行,观察输出,得出正确的实验结果。这一层次的实验目的主要是熟悉实验装置和实验步骤,对接口芯片各个引脚信号的实际接线方法有一个初步的体会,逐步提高做实验的兴趣,通过实验,学生对系统有一个初步的认识。这是实验的初级阶段,力求做到由浅入深、循序渐进。
3.1.2 提高阶段
这一阶段主要是提高学生对芯片系统工作的认识。因为这时学生已经对芯片的硬件接线有了进一步的认识,有能力自己做一些修改和设计,并且对做实验有了一定的兴趣,在讲义给出的基本接线原理的基础上,自己深入一步,做一些局部的改动,这时实验的成功对学生的心理有较大的鼓励,可以激发学习的兴趣。比如:CPU利用8255A与打印机相连完成并行打印和打印机并行接口的学习是分成不同章节介绍的,弄得很多学生就搞不清楚,到底CPU用的是哪一种并行打印接口,而且打印接口标准和8255A到底有什么关系?因此笔者在讲解这部分内容时,首先分开讲清楚各自的工作原理,以及编程控制等基本内容。让学生深入了解CPU执行指令所产生的信号如何控制并行打印的输出过程。之后,在实验中,笔者让学生设计了这样一个实验:利用8255A的A口工作在方式0与微型打印机相连,将内存缓冲区BUFF中的字符打印输出。试完成相应的软硬件设计。由于学生已经清楚知道了各自的工作原理,老师稍加引导,学生很容易就设计好硬件连线图,如图1所示。

图1 硬件连线图

有了这样一个硬件连线图,相应的控制程序就很简单了。然后让学生自己完成这个题目的硬件连线和控制程序:将上例中8255A的工作方式改为方式1,采用中断方式将BUFF开始的缓冲区中的100个字符从打印机输出。根据笔者经验,只要学生能够顺利完成前面的实验,这个实验也会很容易成功。通过一系列类似的提高实验,让学生切实清楚了各种芯片、接口标准与CPU的关联工作情况,可以激发学生的学习积极性和学习热情,树立学生学习的自信心和学习成就感。
3.1.3 创新阶段
这个阶段是在前面两个阶段的基础上进行的,学生经过了认知、解惑的阶段后,就产生了自我创新的欲望。这时老师可以要求学生自己设计线路图、程序,进行调试,得出正确的结果,是学习的提高阶段。因为学生对芯片的学习和硬件接线有了深入的理解后,已经不满足于实验讲义上的现成方案,迫切希望自己动手设计一个综合性的实验方案,然后进行编程、调试,得出结果,最后写一个综合的设计报告。这是实验的高级阶段,对于学生动手能力的提高有较大的帮助。笔者就在这一阶段要求学生完成了一些创新实验,比如: 交通信号灯控制系统、电子音乐播放器、电子时钟设计、转速测试系统设计、简易计算器系统设计等方案。尽可能多地提供具有实际用途的设计方案,使学生通过完成实用价值较高的电路设计的同时进一步加深对专业理论知识的认识和理解。
比如设计—套公共汽车报站系统,利用8255或8253、8259等接口电路均可。学生根据所选课题和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并在实验系统上完成电路的连接和调试通过即可。在设计过程中,不提供所谓的“标准答案”,而是鼓励学生充分发挥设计才能,大胆创新。接口电路接法不同,芯片选择不同,结果可能不同。鼓励持不同意见的同学充分阐述自己的观点,积极相互讨论。不乏有学生为了拟定一个良好的设计方案,为了调试出相应的指标,绞尽了脑汁,主动弥补自己知识的缺陷来完成课程任务。所以,通过创新阶段的训练能够真正反映学生掌握本课程的综合应用能力。
3.2 实验组织方式
由于这门课程为计算机应用专业的必修课程,学生人数众多,组织实验时可以采用分级组织形式。通过前面的基础实验,完成较好的学生自己选择一个同学形成一组,每组不超过两人,以杜绝学生存在不做的侥幸心理,兼顾“一帮一”的原则,带动学习氛围。实验结束,要求学生进行讨论,并写出实验报告,对实验进行总结。学生通过创新、讨论、实践、再讨论、再实践、再创新的过程,个人动手能力得到了极大地提高。
4 采用立体教学模式
除了抓好实验环节外,教学模式的多变也是必不可少的。现代教学方式的一个典型指标就是多媒体技术的应用。很多老师认为用了幻灯片就是使用多媒体了,其实不然,作为硬件技术专业基础课程,对于绝大多数学生来讲,《微机接口技术》课程中的很多知识都是抽象而难于理解的,如果采用Powerpoint做成的传统的静态幻灯片,学生肯定会觉得生涩难懂。比如我在教学过程中就组织了微机接口技术的立体教学模式,制作了微机接口技术的电子教案,应用了微机接口技术仿真实验软件,利用这些辅助的教学手段完成《微机接口技术》的课堂教学。因为电子教案可以加大课堂教学的信息量,仿真软件可以直观地将各部件内部每一步的信息流动过程以生动形象的方式展示在学生面前,使学生具有身临其境的感觉。比如:控制程序中指令执行过程以及涉及到的微操作步骤,如果就靠课堂上空洞的分析,学生是无法建立其完整的结构概念的,但是在教学过程中,我就用仿真工具做了一个动态的执行过程,学生看起来很直观,而且明确了执行过程中相关硬件的工作和配合情况。
通过教学实践证明,采用现代化的、多元的教学手段,可以把原本枯燥的硬件课程讲解得生动易懂,消除了学生的畏难情绪,化被动学习为主动求知。当然因为接口技术与设备都在不断的发展,教材上的内容,往往是对以往接口技术成型后的总结,实验也只是对教材上的芯片接口功能的验证,并不能真正与当前最新技术同步,有些甚至过于陈旧,所以应适时补充一部分当前微机接口技术中较新的内容,并给予重点介绍,如有条件的话可以给学生演示无盘系统启动芯片BOOT—RObl设备、USB设备等开发过程,包括选择控制器、硬件电路设计、软件设计、调试整个过程,使学生对现代微机接口技术与身边常见设备更紧密结合起来,真正做到学以致用。
5 结束语
《微机接口技术》课程的教学改革是一个长期的过程,不可能一蹴而就,需要理论
教学内容、实验内容以及实验组织方式和教学模式等多因素结合,本文就教学的几个主要方面进行了探讨,主要分析了实验环节的问题并提出了改革方法,通过作者自己的教学实践,合理安排教学内容、灵活组织教学模式、加强教学实践、增加创新实验环节等,都有助于提高教学质量,改善教学效果,提高学生的学习兴趣,进而提高学生的学习效率,同时,通过这门课程的教学改革探讨也为今后更进一步的精品课程建设奠定了基础。
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