《微机原理与接口技术》教学现状与改进

　《微机原理与接口技术》是本科计算机、电子、自动化等专业重要的基础课，课程涉及80x86计算机的结构，指令系统及接口芯片等内容，目的在于使学生通过学习，加深对微机内部各部件的功能和各部件之间协调工作过程的了解，学会使用汇编语言进行程序设计，能通过对接口芯片进行编程来完成简单微机应用系统的开发。现代计算机技术发展迅速，而课程教学却跟不上其发展节奏，存在着教学内容与实际脱节、实践教学薄弱、学生学习兴趣不高等问题，针对这些问题，结合教学实际提出一些具体的改进措施。
1、教学现状
1．1 教材内容与实际应用的脱节目前该课程以Intel8086 /8088 为主要授课内容，已经形成了相对稳定的课程体系，然而随着微型计算机的发展和广泛的应用，8086 /8088CPU 已经退出了应用领域。从而出现了课程内容比较陈旧，与实际联系不紧密，学生找不到教材上的实物，再加上大部分硬件实验设备的可视性差，直观性不强，不能激发学生学习的主观能动性和积极性。这就需要不断更新《微机原理与接口技术》这门课程的教材、实验内容及实验设备。
1．2 实践教学过程薄弱
实践教学环节包括实验教学和课程设计。目前许多高校的微机原理硬件实验环境简单，实际应用开发更是欠缺。例如，微机实验设备陈旧老化严重，操作软件与现有Windows XP 系统不兼容，调试很不方便，实验时经常发生接口损坏之类的故障，极大地影响了实验的正常运行，也给学生使用带来了不便，造成学生在潜意识里对实验产生抵触情绪。另外，实验教学的学时少，实验设计要求未分层次，也极大地挫伤了学生学习的积极性。目前《微机原理与接口技术》课程设计指导书较少，内容很陈旧，针对性、实践性不强，对学生进行实际设计的指导作用不大。很多学生只能根据教材提供实例内容照抄照搬，没有充分发挥主观能动性，进而降低了课程设计的实践效果。
1．3 课程内容复杂，学生兴趣不高
该课程内容庞杂抽象，具有很强的工程实践性，但学时较少，学生学起来很吃力，学生普遍反映难学。如汇编语言程序设计中指令是学生学习比较棘手的部分，指令比较多，指令的格式比较繁琐，可读性比较差，有的同学认为都学习过高级语言———C 语言，为什么还要学习汇编语言这门低级语言呢? 而这部分的学习又和后面的接口技术中芯片的编程是紧密相连的。课程中还涉及很多零散的部件，没有用系统的观点来联系微机工作的过程。所以一些学生认为，《微机原理和接口技术》的内容都很复杂，要弄明白很不容易，从而产生避重就轻的畏难情绪，学习的主动性不够。
2、教学改进措施
2．1 融入先进概念，优化课程内容由于当前使用的CPU 在设计理论方面有了不少的改变，课程内容需要适当引入最新的发展概况和趋势。但作为一类在世界上最流行的机种的代表，16 位机的结构、组成原理、指令系统，编程方法和接口技术等，在后续的PC 机设计中基本上都得到了体现，并具有向上兼容性。因此《微机原理与接口技术》教学内容组织的指导思想是: 在保证基础的前提下，科学合理地更新课程内容，做好与时俱进。在教学过程中，强调的基础部分有Intel8086CPU 知识内容，如8086 内部结构、寻址方式、指令系统、存储器组织和中断技术;I /O 接口部分以定时器/计数器接口8253、并行接口8255A 和串行接口8251A 为例，重点讲解I /O接口芯片的基本结构，工作原理和硬件电路。在保证基础的前提下，介绍当前一些新的微机技术，如Intel 高性能微处理器的Cache 设计技术、超标量流水线、虚拟存储器、分支预测、PCI 总线和多核处理器等技术。这样的处理后，既给学生介绍了新概念，又可以让学习内容与现实中的微机硬件产品接轨，激发学生学习兴趣。
2．2 更新实验设备，强调实践教学以前的实验设备为16 位微机系统机，实验内容陈旧，学生无法全面高层次地掌握课程。通过比较，可以选用较先进的32 位微机实验系统，它采用PCI 扩展32 位80x86 系统总线方式，全面支持32 位微机原理、32 位接口技术、微机控制应用、Windows 设备驱动程序及其应用开发、PCI 与USB 总线扩展应用开发等教学和科研开发内容，比以往的80x86 微机实验仪器具有重大的技术改进和创新。微机原理是技术性、工程实践性很强的课程，因此实践教学在教学过程中占有非常重要的地位，是培养高素质创新性人才的关键环节。微机原理的实践教学包括实验教学和课程设计。下面就实验教学和课程设计进行探讨。
2．2．1 实验教学
微机原理实验教学是将课程理论教学中抽象、难学的知识具体化，帮助学生克服畏难情绪。实验不仅可以提高学生对本课程的学习兴趣，可以进一步加深学生对微机结构、汇编语言及各种指令系统等知识的理解，还使学生对计算机内部原理和一些芯片的工作流程有更直接的感性认识。
(1) 根据实验教学大纲拟定合适的实验内容，合理安排进度，进行分层次设计。实验项目分为基本、提高和创新三个层次。基本实验要求先给出验证性实验，帮助学生快速掌握实验的基本要求; 提高实验要求学生根据要求独立设计实验方案，编程来实现; 创新性实验需要学生利用所学知识，综合设计要求和方案，由学生自己提出并独立完成。分层次的设计可以满足不同学生的需求，尤其对学有余力的学生有更广阔的提升空间。在实验教学中，基本实验有汇编语言程序的建立、执行的实验和8253 计数器/定时器的实验。前者主要是介绍Emu8086 和Debug 使用方法，后者主要是介绍实验箱的使用方法，以便同学们能够快速入门。按照实验指导书的步骤，一步一步进行调试、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，通过实验，学生对系统有个初步的认识。提高实验软件部分有排序实验和代码实验，硬件部分有8255A 并行接口实验、8251A 串行接口实验、8259A 中断控制实验和D/A 实验，这部分的实验是学生在掌握基本实验要求之后，自己动手编程来实现的。这一阶段主要是提高学生对芯片系统工作的认识。最后安排微机接口电路创新实验，如十字路口交通灯控制系统、电子音乐播放器、电子时钟设计和简易计算器系统设计等。这样的实验，能够完成的学生有一个顶峰体验，极大地激发了学生的创作热情和增强了学生的自信心。
(2) 教师应对学生实验过程中出现的问题进行总结，给予指导。如学生在用汇编语言进行编程时，教师在指导时应观看编程代码，要求学生尽量用规范的格式，不但要实现功能，而且要提高可读性，从而方便阅读和修改。
(3) 教师应要求学生撰写规范的实验报告。实验报告是一种文档型的描述，让学生要有这种意识: 一项实验成果的提交，除了实物的演示之外，书面报告形式也是必不可少的。实验报告对于其他科研工作者具有参考和借鉴的价值。
2．2．2 课程设计
课程设计是完成本课程学习之后应用课本知识及以前的知识积累而进行的综合性、开放性的训练。它可以作为提高学生工程意识、发挥学生创新能力的重要环节。教师可以挑选一本好的课程设计指导书，从中选定课程设计题目。我们拟定的课程设计题目有波形发生器、数字频率计、直流电机控制和温度控制系统。为了让同学们更好、更高效地完成课程设计，教师在课程设计过程中可按如下要求进行:
(1) 首先讲授课程设计内容。在课程设计开始之前，应用挂图或多媒体手段，讲授包括课程设计的目的、要求和原理以及所用的仪器和器件。这样可避免“一头黑”，以免学生产生畏难情绪。
(2) 在设计目标的要求下，要求学生主动查阅资料，复习并灵活应用知识点，提出设计方案。
(3) 积极发挥教师的辅导和监督作用。教师要参与学生提出的设计方案的选择和讨论，帮助学生解决程序调试中遇到的困难，并尽量为学生提供实验条件和器件。
2．3 丰富教学方法，激发学习兴趣学生在微机原理的学习过程中觉得内容复杂抽象，难以理解。教师可以通过多种教学方法，提高授课水平，进而激发学生学习兴趣。
2．3．1 比拟法
《微机原理与接口技术》的许多知识点令人难以理解，只有充分重视教师的引导作用，才能实现课程的化难为易和激发学生学习热情。如教师在教学中可以用通俗的语言对教材中难理解的知识点进行打比方，即比拟法教学。如在介绍中断概念时，可以用生活中的例子来启发学生，比如“某天小明在家看书，看着看着，他突然听到门铃响了，小明就放下课本去开门，开好门后他又回来接着刚才的内容继续看。”这就是一中断的例子，即小明看书的动作被门铃给打断了。类似的，在计算机中如果CPU 执行期间，由于系统内发生一些非预期事件，CPU 暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去处理相应的事件，处理完该事件后，到适当的时候返回断点，继续完成被打断的程序。通过例子介绍中断的概念，不仅可以让学生轻松地掌握知识，而且让他们觉得这门课程也没有想象的那么难学了。
2．3．2 多媒体法
多媒体计算机辅助教学( MCAI) 作为教学改革的一种方式，被越来越广泛地使用，对于像微机原理及应用这样技术性很强的实验课尤为适用，它可以将图、文、声、像融为一体，将抽象性的知识点更具体更直观地传授给学生，从而激发学生的学习兴趣。
这门课程涉及大量的原理图、流程图和线路图，接口芯片引脚较多，外围电路结构复杂，要想使学生快速掌握软硬件的工作原理，全靠挂图或板书是达不到好的教学效果的。多媒体教学是一种既可提高效率，又可以使教学过程清楚易懂的好方法，如介绍读总线周期的时序时，每个周期包括T1，T2，T3 和T4 状态，在课件中，每个状态的出现都用动画，并配上文字说明其主要工作，下一状态出现时可以将文字部分退出，这样借助于多媒体的方式来展示，过程清晰明了，效果明显，也节省了宝贵的课堂时间。
2．3．3 互动法
教学是教师和学生之间在知识和技能的传授、认知、掌握的过程中所形成的一类活动。在传统的教学中，以课堂讲授为主，课堂气氛沉闷，这一教学方法不利于学生主观能动性的提高。互动式教学不仅是一种简单的认知过程，还是教师和学生之间、学生和学生之间的交往互动学习过程。如讲解微型计算机系统的基本组成时，可以将学生带到机房，把一台台式电脑的主机部分拆开，让同学们体会这些实物到底是课本上所描述的什么部件，再找同学把拆开的部分组装起来，如果中间遇到困难可以求助于同学和老师。这样学生之间、师生之间可以相互交流完成这项工作。