淺析微機原理與接口技術實驗教學改革

摘要:針對目前微機原理與接口技術實驗的教學現狀,從實驗內容、教材建設、教學方法、考核方式等方面進行有效的改革,以提高該課程的實驗教學水平,培養社會真正需要的計算機人才。

關鍵詞:微機原理;接口技術;實驗教學;教學改革

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0187-03

《微機原理與接口技術》是工科學生必修的一門重要的專業基礎課,通過該課程的教學,使學生能夠利用單片微機器件進行硬件電路設計與軟件編程開發,為社會培養高素質的建設人才。該門課專業技術性極強,無論從課程本身的特點,還是從專業素質的培養來看,加強該課程的實驗教學都是很重要的。有關基礎知識、基本原理、基本方法,必須靠大量的上機實踐和動手實驗,才能加深理解并且較好地掌握。通過實驗可以培養學生利用計算機技術和編程手段分析、解決專業領域的各種問題的能力和意識,并進一步感受微機發展的新技術和新方法。因此微機實驗教學是整個微機教學中重要的環節,它與理論課程相得益彰,是課堂教學內容的補充、延伸和深化,通過與課堂教學的密切配合,使《微機原理與接口技術》真正成為專業的主干技術基礎課。

實驗教學環節作為《微機原理與接口技術》課程的重要組成部分,許多高校已把微機原理與接口技術實驗單獨列為一門課,緊隨理論課開設,并且單獨計算學分。然而實驗教學還存在著一些教材、教學內容、教學方法以及考核方式等方面的問題,不利于學生能力的培養及向素質教育的轉化,本文結合我校的實際情況,對微機原理課程的實驗教學改革進行了探討。

一、深化教學內容改革,實施高效教學

微機原理與接口技術實驗作為一門專業基礎課實驗,對培養學生今后從事信息系統設計、研究、開發和應用起著極其關鍵的作用,結合其課程特點,充實實驗內容,使之集知識性、設計性和綜合性于一體。微機原理與接口技術實驗內容主要包含以下幾部分:

(一)原理部分

包括8086/8088指令系統與匯編語言程序設計、存儲器與I/O機理的認知等內容,著重幫助學生熟練掌握計算機及其基本組成部分的工作原理和工作機制,訓練和培養學生運用匯編語言編寫應用程序,解決實際問題的能力。

(二)接口部分

包括典型的可編程接口芯片的擴展、性能驗證及輸入輸出應用等內容,主要包括可編程中斷控制器8259、可編程定時器8253、可編程外圍接口芯片8255和8251以及模數(A/D)和數模(D/A)轉換等,著重培養學生應用典型可編程接口芯片和數字電路芯片進行I/O接口設計和擴展的能力。

(三)綜合應用

包括多種接口芯片的組合、自動實時控制等方面的內容,著重培養學生綜合應用微機原理和接口技術進行設計、調試微機應用系統的能力,解決實際問題。

參考以上實驗內容,我校編訂的實驗教材分為軟件部分和硬件部分兩部分實驗內容。軟件部分為匯編語言程序設計,主要讓學生熟悉8086的指令系統、DOS功能調用以及BIOS中斷調用,要求學生掌握基本的程序設計和調試方法,能熟練掌握基本的編程與調試技巧。硬件部分為接口部分,是根據學校購買的硬件接口實驗箱以及所配套的軟件等進行編制而成的,主要讓學生熟悉各種接口芯片的編程方法,實驗涵蓋了基本的接口技術,包含驗證性實驗以及綜合設計類實驗。驗證性實驗要求學生根據接口電路圖編寫實驗程序、驗證實驗功能。設計性實驗要求學生自己設計接口電路、畫出流程圖并編寫出接口程序,注重設計性。

二、合理選擇實驗內容,層次教學,從基礎到深入,循序漸進

微機原理與接口技術的實驗教學過程主要分為四個層次,循序漸進,逐漸提高學生的實驗分析能力以及創新能力。

(一)軟件基礎性實驗

軟件基礎性實驗主要是驗證性實驗和簡單的程序設計,目的是讓學生熟悉編程環境,學會利用不同的調試工具調試匯編語言程序,并學會根據流程圖編寫簡單程序。在這個過程中,主要是為了讓學生明確實驗的目的、步驟以及方法。以第一次實驗為例,該實驗的目的是:(1)讓學生掌握debug的常用命令,學會用debug和Emu8086調試程序;(2)讓學生深入了解數據在存儲器中的存取辦法,以及堆棧中數據的壓入和彈出;(3)讓學生掌握各種尋址辦法以及簡單指令的執行過程。在教學過程中,我們先讓學生在預習報告里通過理論分析寫好各個實驗內容的答案。然后在debug中完成這些實驗,讓他們熟悉在debug中如何利用R命令修改寄存器;熟悉如何利用E或者F命令修改內存單元;熟悉如何利用D命令或者單步執行命令T查看內存單元和單步運行程序并查看寄存器和標志位的值等。接下來再介紹另外一個調試工具Emu8086,并讓他們在Emu8086上完成剛才的實驗,然后比較Emu8086和debug在匯編語言程序調試方面的異同點以及各自的優缺點,為他們在后面的軟件設計實驗中可以充分熟悉利用不同的調試工具來進行調試做好準備,最后通過上面兩種不同的調試工具所得到的結果和理論分析的結果進行比較。

(二)軟件設計性實驗

軟件部分的設計性實驗主要是提高學生分析問題、解決問題的能力。在這個過程中學生需根據實驗內容要求,畫出實驗流程圖,并根據實驗流程編寫程序,然后進行調試驗證。在這個階段的實驗教學中,教師通過分析實驗目的和要求,啟發學生根據要求畫出流程圖,然后在教師的輔助下完成程序代碼的編寫。比如在做“兩個多位十進制數相加”的實驗時,由于要顯示被加數、加數和結果,這邊就可以提示學生利用DOS功能調用中的9號或者2號顯示功能。通過提示,讓學生回憶理論課堂中講過的這部分內容,并讓他們清楚9號和2號DOS顯示功能使用時的區別。當學生完成顯示部分程序之后,就可以開始編寫兩個數相加部分的程序了,但是因為題目中要求的是十進制數相加,而匯編語言中默認的是按十六進制數相加,所以這邊可以采用提問的方式對學生進行提示,這時候學生就會知道要將結果進行十進制調整轉化為十進制了。由于是多位相加,所以應該根據位數來定義循環相加的次數,并對進位位進行處理等。通過這樣的引導,學生就很容易畫出實驗流程圖,然后編寫出程序,完成這部分設計性實驗。

(三)硬件設計性實驗

硬件設計性實驗主要是讓學生熟悉各種接口芯片的程序編寫方法以及工作原理,包括可編程定時器8253、并行通信和可編程外圍接口芯片8255、串行通信和可編程接口芯片8251、可編程中斷控制器8259、模數(A/D)和數模(D/A)轉換以及8237DMA控制器等。通過這部分實驗內容的學習,可以著重培養學生應用典型可編程接口芯片和數字電路芯片進行I/O接口設計和擴展的能力。比如通過“交通燈控制”實驗,可以讓學生明白如何設置控制字來控制各端口的工作方式、各個端口在不同工作方式下的狀態以及各端口的輸入和輸出等。

(四)硬件綜合性實驗

硬件綜合性實驗是運用所學知識構建具有一定意義的實用系統,學習和掌握微機中常用接口電路的應用和設計技術,充分認識理論知識對應用技術的指導性作用,進一步加強理論知識與應用相結合的實踐和鍛煉,通過綜合設計性實驗使學生的設計水平和對所學知識的應用能力以及分析問題解決問題的能力得到全面提高。

三、多種教學方法相結合,提高教學效率

教學方法是教師和學生為了實現共同的教學目標,完成共同的教學任務,在教學過程中運用的方式與手段的總稱。在微機原理與接口技術的實驗中,根據以上實驗程度的層次要求,我們采用不同的教學方法進行教學,這樣可以取得更好的教學效果。

(一)演示法在基礎實驗教學中的使用

演示法是指教師通過展示實物、教具,進行示范性實驗,或通過現代化教學手段,使學生獲取知識的教學方法。對于軟件基礎性實驗以及硬件設備基礎實驗我們可以采用演示法進行教學。由于學生在剛接觸微機原理與接口技術實驗課時,對匯編語言調試工具并不熟悉,所以在這一階段的教學過程中,我們可以適當的進行演示,以提高學生學習效率。比如在做“匯編語言的編寫與調試實驗”時,我們可以在教師電腦上對debug和Emu8086的程序書寫過程以及調試方法、步驟等進行演示,讓學生深入了解這些軟件的使用方法。對第一次接觸硬件基礎實驗時,我們同樣先向學生演示實驗室硬件配套實驗箱以及配套軟件的操作方式以及調試過程,比如我校采用的是清華大學科教儀器廠的TPC2003A實驗箱,其配套軟件為TPC-USB,在課堂上我們可以以一個簡單的實驗為例,接上導線,連上硬件,然后通過演示,可以讓學生熟悉實驗箱,并熟悉利用這個軟件進行編寫、調試、運行程序等實驗步驟,對后續的設計實驗中學生能熟練利用這些配套軟件來進行實驗設計起到了很大的幫助作用。

(二)啟發式教學在設計實驗教學中的使用

啟發式教學是指教師在教學過程中根據教學任務和學習的客觀規律,從學生的實際出發,采用多種方式,以啟發學生的思維為核心,調動學生的學習主動性和積極性,促使他們生動活潑地學習的一種教學指導思想。在匯編語言軟件和接口硬件設計實驗中,我們可以采用啟發式教學的方法。根據設計實驗要求,教師對學生進行適當的啟發和引導,讓學生在教師的幫助下獨立完成實驗的設計和調試,發揮自己的主動性和創造性。

(三)討論法在綜合實驗教學中的使用

討論法就是學生根據教師所提出的問題,在集體中相互交流小組的觀點或個人的看法,相互啟發、相互學習的一種教學方法。在綜合設計實驗這一階段,學生2～3人為一個小組,通過學生之間的討論以及資料查詢等,取長補短以完成整個設計。這樣不僅可以引發學生的學習興趣,使學生感到自我存在的價值,激發學生的智慧,也可以讓學生進行積極的思維活動。況且某些學生的獨特見解許多時候更勝于教師循規蹈矩的講解,有利于學生鞏固和加強對基本概念和理論的理解和掌握。

四、嚴格要求學生,培養學生積極的學習態度

實驗教學是課堂教學的補充、延伸和深化,是課程教學的重要組成部分。實驗教學的目的就是通過與課堂教學的密切配合,鞏固和擴充課堂講授的理論知識,加深對課堂教學內容的理解;訓練科學實驗的基本技能和方法,養成嚴謹的科學態度和工作作風,培養運用所學理論知識獨立分析、解決實際問題的能力和實際動手能力。為了完成以上的實驗目的,我們要求學生在進行微機原理與接口實驗過程中完成以下任務要求:

(一)實驗預習

在每一次實驗課之前,學生都必須寫好預習報告。要明確實驗目的和要求,在實驗報告上畫出程序流程圖并編寫出程序(硬件設計實驗還需要畫出電路圖)。

(二)課堂實驗驗證

在實驗課堂上學生通過對預習報告中的設計方案進行調試和修改,直至符合實驗要求為止。

(三)完成實驗報告

實驗結束之后,學生都必須完成實驗報告,并對實驗內容進行總結,對實驗結果進行分析和討論。

五、完善實驗課程考核方式

對學生進行實驗考核是驗證學生掌握所學知識的一種手段,也是督促學生鉆研基本理論和提高基本技能的重要措施。為了有效提高微機原理與接口技術實驗教學的質量,更好的檢驗實驗教學的效果,我們采用現場實驗操作的方式進行期末考核?？己说念}目由教師在考試之前準備若干份,然后由學生現場抽簽決定?？荚嚨某煽冇山處熢趯W生的操作過程中,根據學生對所涉及題目要求的設計方案、程序設計代碼、動手驗證操作以及故障排除等方面進行給分。學生最后的綜合成績包括其期末實驗考核成績、實驗報告成績、平時完成實驗情況及出勤表現等來進行綜合評定。制定一個嚴格的考核方式有利于提高學生的學習積極性及主動性,并能在平時實驗過程中以及期末考核中了解學生掌握實驗的情況,對于今后改進實驗教學有很大的幫助。

六、結語

微機原理與接口技術的實驗教學是一個長期的過程,只有不斷總結實驗教學經驗,改善實驗環境,探索實驗教學新方法,提高自身業務素質與管理水平,才能培養出滿足社會需求的高素質的人才。

參考文獻

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作者簡介:彭文竹(1982-),男,集美大學誠毅學院教師,助理實驗師,廈門大學電子與通信工程專業碩士,研究方向:圖像處理。