时间：2023-09-15 17:31:27
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机接口技术及应用，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词:接口技术;课程改革;硬件教学
“接口技术”是计算机应用专业的一门专业任选课。在学习“接口技术”课程时,需要有较多的硬件基础知识,在芯片级上理解微机的工作原理,还要较为熟练地掌握汇编语言对硬件的编程使用方法,这样才能够很好地学习和掌握接口芯片的工作原理,并理解接口技术在计算机中的实际应用状况。[1]
计算机应用专业的学生通常学习的重心会倾向于编程语言、软件设计等课程,对偏向硬件的“接口技术”课程,学生要想真正地学习和掌握好是有相当难度的。在很多时候,他们完成该课程的学习只是为了应付考试拿到学分,对于接口技术的应用,甚至是接口技术的基本概念都是模糊不清的。
1现状分析
笔者根据多年的教学经验分析,导致计算机应用专业“接口技术”课程教学效果不良的原因大致可以归为以下几个。
1.1课程本身枯燥难学
“接口技术”属于偏硬件类课程,综合了应用微机原理、汇编语言、接口技术及数字电路等知识,涉及到中断、定时计数,串/并行通信、模-数/数-模转换等芯片的结构和原理,覆盖的知识面较广,对计算机系统的软硬件结合技术要求较高[2]。对大多数计算机应用专业的同学而言,这门课程的内容抽象、枯燥乏味、不易学习,从而容易导致学生的学习兴趣下降,主动性差等问题。
1.2硬件基础及汇编语言的基础较差
“接口技术”对学生的硬件基础要求较高,要完全理解计算机的基本工作原理以及计算机各部件的基本结构和联系。该课程中若要进入实用阶段,则必须使用汇编语言来进行编程,而汇编语言是一种面向硬件的低级程序设计语言,没有相当的硬件基础也很难学习和掌握。
计算机应用专业的学生在大学四年中主要学习的课程都是偏向于软件设计的,对于微机的硬件工作原理方面内容存在着一定的偏见,相应接触也较少,理解起来更为困难,且大多数学生很难顺利地使用汇编语言完成一定的代码编写任务,这样一来汇编语言的基础也是影响学生学习这门课程的一个关键。
1.3学生认识上的忽视
在计算机应用专业的教学计划上,“接口技术”课程是学生在大四上学期的一门专业任选课。目前的课程教学中,讲解的侧重点在常见接口芯片的原理与结构,以及一些普通的应用。这些内容看似与计算机应用专业的培养目标联系不够紧密,再加上课程中零
作者简介:毋琳(1978-),女,河南焦作人,讲师,硕士,研究方向为人工智能;秦勉(1980-),女,河南开封人,助教,研究方向为通信信号处理;吕超(1978-),男,山东莱芜人,工程师,研究方向为网络工程。
碎的知识点较多,学生为了应付考试只是简单地死记硬背相关知识,而忽视了对知识的理解,从而严重影响教学效果。
处于这个时期的学生,大多数都在为考研、找工作等将来的去向和前途问题忙得团团转,对专业课的学习自然有些分心。该课程具有的难度,对热衷于软件编程的计算机应用专业学生来说,无论教师在课堂上如何强调课程的重要性,很自然地就会形成“只为了拿学分,以后也无用”的错误观念。有了这样的内因主导,学生学习起来也就理所当然地不太用心,应付了事。
1.4实验项目设置及设备的问题
“接口技术”是一门实践性和应用性都很强的课程,许多知识只有通过实践教学环节才能真正的理解。在教学计划中,除了理论教学外,还要安排适当的实验教学,以强化教学效果。
接口技术实验中,目前采用的是Intel 8088系列的16位箱式实验系统。该系统提供了多种接口芯片的验证性实验,其ROM中固化有与每个实验对应的汇编实验程序,软件系统中还配备有详细的实验原理、实验步骤等指导性内容。学生在完成这些实验时,直接按照指导说明,连接各种线路,调用固化程序运行,观察结果写出实验报告即可。[3]
以上的实验方法固然可以使学生很容易地验证理论课上所学的知识,但由于学生在实验过程中仍然是一个按部就班的被动者,需要他们自己动手设计的内容是少之又少,这样的实验课缺乏最重要的自主创新环节,也就失去了实验课程真正的意义。面对所有学生同样内容的实验报告也会使教师难以了解学生掌握应用知识的状况。
2改革设想
“接口技术”虽然是一门偏向硬件设计的课程,但它作为“汇编语言”、“计算机组成原理”课程的后继专业课程,也是学生有效提高专业技能和动手创造能力的一门重要课程。因此,要真正提高课程的教学质量,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,主要可以考虑从以下几个方面着手。
2.1从思想上扭转错误认识
“接口技术”课程教学效果不佳的主要问题在于学生思想认识上的错误,如果改变了这个内因,就有可能通过其他改革手段来改善教学。
长久以来,国内计算机应用专业的教学模式都是以“重软件、轻硬件”为指导思想的,这导致很多学生在完成学业之后仍然不清楚计算机主机箱内部的硬件有哪些,到了工作单位有和硬件相关的工作和研究更是插不上手,即使是在新硬件的基础上进行软件的研发也会有很大的困难,从而也阻碍了学生的就业前景和发展。因此,必须扭转学生不重视硬件的错误思想,要为学生树立计算机整机的硬件思想,并在此基础上来学习软件的开发和设计,才能真正使软件开发能力成为其以后学习工作的坚实基础。
要做到上面说的这一点,就需要在“接口技术”课程的教学过程中,以强调基础,注重实际能力为主要关注点,灵活地组织教学,以“是什么,有什么作用,如何工作,如何设计,发展现状以及发展前景”为主线来引导学生学习,鼓励学生自主地思考,并勇于创新。[4]
2.2改善教学方式
适当的教学模式始终都是推动教学质量的重要手段,特别是在像“接口技术”这样的课程中,需要充分的教学互动来激发学生的学习兴趣和热情,更需要合理地设置各个教学环节。
在“接口技术”课程中,学生所面临的第一个问题就是不了解接口到底是什么,接口技术到底是做什么的。这是一个很基本的问题,但在实际教学中经常有学生直到学期末也搞不清楚这个概念。究其根本,该课程是在学生完成诸多软件类课程之后开设的,学生面对突然转变的课程类型会有相当的陌生感,不知如何学习和理解。这就需要在第一节课中,利用形象生动的例子让学生建立直观的印象,从而使学生自己探索着理解其中的基本概念。
除了要使学生对接口技术留下深刻的第一印象,教师还应帮助学生将这种状态持续到整个学期中。根据“接口技术”课程的特点,运用多媒体教学,设计生动、形象的教学课件是必不可少的环节。教学课件不能仅仅是板书的代替,而要以基本概念的展示为主线,强化重点内容的讲解,辅以Flash等动画表示,使有限的课堂时间得以充分地利用。当然,在教学环节中应充分考虑学生的理解力,在适当的地方还应配合上即兴的板书来灵活讲述。
学习离不开复习,但学生往往会因为各种原因忽略了复习。为了强化教学效果,可以在课堂中抽出很少的时间共同复习。在每次课开始前先简单复习本次课需要用到的知识,结束时简单总结本次课的内容。在完成一个章节或一个部分的学习后,用1～2道典型的例题将前续知识融会贯通。这样的授课模式可以使学生强制性地进行复习,得到事半功倍的学习效果。
2.3改革实验课程的内容
至于实验环节,教师要根据教学的进展状况,设计出不同于实验系统ROM中固化实验的新实验内容,将“接口技术”课程的实验由浅到深、由简单到复杂逐步过渡。例如,在设计8255A芯片实验时,可以将模拟交通灯控制系统作为一个简单的验证型实验,在该实验的基础上,添加已学过的定时计数器8253芯片的配合,实现硬件定时的交通灯控制系统。若学生可完成,还可以继续添加数码显示的功能,采用倒计时显示等待时间,更加接近实际使用中的情况。或者,还可以使该实验与中断控制器8259A配合,实现中断方式的随机交通灯控制系统。
在实验教学环节中,建立开放性的实验环境也是一个很好的加强学生动手能力的形式。在教学时间开放、教学内容开放、实验元器件开放的环境下,学生可以结合课程学习及自己的专业特点、时间安排、兴趣爱好提出实验题目、设计实验方案或实验构想,并
可在一个较宽松的实验环境和可灵活选择的时间范围内完成。这种类型的实验方式有利于培养学生主动学习的能力和创造意识,教师应予以积极地配合,并尽力创造条件引导和支持。
2.4改革课程的考核方式
高校课程的考核方式可能会在很大程度上影响学生的学习方向。由于更加注重理论考核的课程,学生更倾向于把时间花在课本理论知识的记忆和理解中,相应的动手时间就会大大减少。因此,只有改革“接口技术”课程的考核方式,才能够使学生的学习精力转向对理论知识的应用上。具体的考核方式可以分为学习态度、理论知识、动手能力等不同的方面,并可以适当加大动手能力环节的分值比例,可通过检查实验结果和提交实验报告来评定成绩。
3结语
“接口技术”课程作为计算机应用专业的“非核心”课程,常被学生忽视其在以后工作中的重要性。笔者在实际的教学工作中,根据教学任务和学习的客观规律,从学生知识基础、心理特点和接受能力出发,通过教与学的相互作用,已部分实践以上的改革设想,引导学生积极思考、大胆实践,得到了较好的教学效果。
参考文献:
[1] 刘乐善. 微型计算机接口技术及应用[M]. 南京:华东科技大学出版社,2000.
[2] 周明德. 微机原理与接口技术[M]. 北京:人民邮电出版社,2002.
[3] 陈友宣. 微机接口技术实验课程教学改革探讨[J]. 现代企业教育,2007(3):7-8.
[4] 姜建山. 微机接口技术课程教学改革研究[J]. 重庆交通大学学报:社会科学版,2007,7(B08):107-108.
Teaching Reform of Interface Technology Courses for Computer Application
WU Lin1 , QIN Mian1 , LV Chao2
(1. Department of Computer and Information Engineering, Henan University, Kaifeng 475004, China;
2. Henan Cable TV Network Group Co, Ltd., Kaifeng Branch, Kaifeng 475000, China)
《微机原理及接口技术》是生物医学工程专业的一门重要的专业基础课程，具有承上启下的作用，是学习《单片机原理》的先导课程，能为学生后续课程的学习奠定基础[1]。通过对本门课程的学习，要求学生全面了解微型计算机的内部结构、原理和接口应用，并能够掌握典型机的工作原理，具备简单的微机应用系统设计及开发能力。《微机原理及接口技术》课程的特点是理论联系实际，软硬件相结合，理论概念抽象，内容涵盖多，记忆起来较困难。教学中一般采用理论为主、实验为辅的授课方式，但由于实验条件的限制，学生很难理解抽象的概念，并难以达到教学目标。因此，在日常的教学工作中存在两个突出问题，一是教师难教，二是学生难学[2]。为了解决这些问题我校对《微机原理及接口技术》课程改革进行了初步探讨。
1《微机原理及接口技术》课程教学中存在的问题
1.1教学内容与所学专业脱节
该课程目前的主要教学内容以80X86CPU和其组成的微型计算机系统为重点，包括微机原理和外部接口两大部分内容，并且已经形成了相对稳定的课程体系。但是，伴随着计算机技术的日益发展，以80X86CPU组成的微型计算机已经逐步退出了常见应用领域。因此，存在着教学内容相对陈旧的问题，并且缺少与学生所学专业相联系的实际案例，加之实验条件有限等诸多问题，不能很好地激发学生学习的积极性，更难以调动学生的主观能动性。因此，需要进一步调整教学内容，以适应学生就业的需要。
1.2教学方法过于陈旧
本课程的第一部分主要以微型计算机的原理为重点，抽象的概念较多，各个章节的名词术语和知识点多且复杂，并且各部分内容前后交叉。传统教学主要采用理论讲解为主的授课方式，教学方法单一陈旧，致使学生学习起来枯燥难懂、兴趣不高，学生学习的积极性差，课堂气氛较沉闷，导致教学效果欠佳。因此，教学方法亟需改进。
1.3实践教学环节薄弱
本门课程的实践性很强，其实验课程由软件部分和硬件部分组成。所开设的实验大部分属于验证性实验，只要学生按照实验指导编写的程序连接电路图就能得到结果，整个实验过程自主创新少，学生缺少自主学习与思考;并且，书写实验报告时存在袭现象。目前的《微机原理及接口技术》实验课程难以达到让学生自主学习、提高动手能力的目标。
1.4考查方式单一
现行的考查方式是期末一卷定终身。这种考查方式容易使学生出现期末考试前突击复习、背书应付考试，考后遗忘的现象。因此，需要改革这种单一的考查方式，以达到全面评价学生学习过程和学习效果的目的。
2教改措施
2.1优化教学内容，与本专业相联系
合理制定教学大纲，不断更新教学内容，补充与生物医学工程专业相关的实际案例，突出课程特色。以增强课程的实用性为原则，以微型计算机的基本原理和概念为主线，确保课程的系统性、完整性和应用性。授课时可将课程分为三大部分:基本概念、汇编指令、接口技术，以这三部分为重点，着重培养学生利用计算机技术的基本思想去发现、分析、解决问题的能力。以加强与所学专业联系为原则，在生物医学工程专业的基础上介绍微型计算机新的应用领域和发展趋势，帮助学生解决本专业要求的实际应用问题，以提高学生的学习兴趣，唤醒他们主动学习的潜能。
2.2采用多种教学模式，加强网络资源建设
为了获得好的教学效果，在《微机原理及接口技术》授课过程中采用了MOOC、翻转课堂、任务驱动法与传统教学方法相结合的多种教学方法，在一定程度上充分调动了学生学习的积极性，并培养了他们团队协作的能力[3]。结合我校多媒体网络课程复习互动中心(以下简称课程中心）的建设，将教学课件、网络课件以及一些其他教学资源到网站上，学生们可以登录学校的网站学习、观看、下载，不但方便了学生自主学习，并能帮助学生理解和消化课堂内容。在课程中心的网站上，学生们还能在线与教师和其他同学交流，不仅方便了学生学习，而且丰富了教师与学生的沟通方式。除开展网上课程中心的建设外，还开展了试题库的建设，主要题型包括选择、填空、判断、简答与编程等题型。
2.3加强实践教学环节
《微机原理及接口技术》是实用性非常强的一门专业基础课程，因此，非常有必要加强实践教学环节。由于学校的硬件条件有限，授课时将计算机仿真技术和网络平台引入到实践教学中，教会学生使用可视化软件Proteus、multisim，并鼓励学生用它们完成实验，以此来弥补仪器设备和经费的不足[4]。这样，不仅帮助学生掌握了微机原理的基本知识，也让他们对电工电子技术有了更为深刻的认识。
2.4改革考核模式
为达到检验教学效果的目标，应改变传统的考核模式，采用形成性评价的考核模式，以全面、客观、公正的反应学生的学习情况[5]。考核分两个部分，理论部分和实验部分。理论部分考试，采用期末试卷成绩占70%、平时成绩占30%的方式，平时成绩包括出勤、作业、提问、随堂测验等，每次课前公布上次课的平时成绩，可制定考核表贴于班级教室内或发至班级公共邮箱；实验部分考试从实验态度、操作能力、创新性和实验报告四个部分进行考核，考核方式和成绩公布同理论课平时成绩的公布方式。
3小结
近两年来，为了提高学生的学习兴趣，进一步改善教学效果，我校对《微机原理及接口技术》的课程改革进行了初步探索，并取得了一些成效。学生学习的积极性得到了明显提高，利用计算机思维提出问题、分析问题和解决问题的能力得到明显改善，对堆栈、指令队列、时序等抽象概念能够正确理解，基本能够完成简单的程序编写。但是还存在一些问题，如学习态度功利化，遇到问题容易浮躁、习惯性的去网上查找等，这些还有待继续探讨、改善。
【参考文献】
高敏.微机原理课程改革初探[J].电脑知识与技术，2014，10(33):7912-7913.
舒秀兰，李骁龙，叶伟慧.“微机原理与接口技术”实践教学改革与探索[J].科技视界，2015，(11):63，141.
蒋翀，费洪晓.面向MOOC的新型教学模式探索[J].计算机教育，2014，(9):17-20.
谢春祥，陈龙.基于Proteus的8086和8255A接口实验仿真[J].蚌埠学院学报，2013，2(4):12-14.
中图分类号:G642.0文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00
“微机原理”是讲解基于X86指令集、可以运行DOS或Windows操作系统的微型计算机工作原理及其接口应用技术这门计算机类课程的一种通俗叫法，该课程还有“微机原理及应用”，“微机原理与接口技术”，“微型计算机技术”等多种名称。“微机原理”是高等院校中电子信息工程专业、自动化专业、机械设计制造及其自动化专业、计算机科学与技术等电类专业的专业必修课。这门课程主要由三大部分组成，分别是微机的基本工作原理、16位及32位汇编语言及微机接口应用技术，安排的实验主要是汇编程序设计和各类接口应用技术。
1、把握好重视硬件的教学理念
微机原理是以上各专业一门很重要的硬件应用类课程，部分专业还是考研课程。近年来，全国人才市场上硬件人才以较大差额供不应求，年薪也越来越高。而目前国内高校的计算机硬件人才培养却跟不上形势的发展，学校在指定教学计划时就不重视硬件教学，导致学生的硬件方向的实际动手能力非常薄弱。随着计算机技术的飞速发展，计算机系统的软硬件界限开始变得模糊，在开放过程中可以采用软件方法来设计硬件。在这种软硬件融合的背景下，我们不应该削弱硬件教学。我们在教学计划的制定上要重视硬件类课程，同时也要提高学生对硬件类课程的兴趣[1]。
2、微机原理的教学现状
随着微型计算机时代的来临，我国高等院校从上世纪80年代开始陆续以16位的8086作为核心组织“微机原理”教学，讲授的主要内容就我们所熟知的8086/8088处理器、DOS平台的16位汇编语言和16位的接口应用技术。
目前，伴随现代计算机技术的快速发展，以Intel 80x86/ Pentium等高级微处理器为核心、Windows操作系统为主的微型计算机主流应用环境日益普及，在微机系统上应用软件开发也随之蓬勃发展，与此同时以应用型微控制器(MCU或单片机)为特征的嵌入式系统和多功能嵌入式微处理器也己成为硬件系统应用开发新的主体，形成了工业控制、网络通信、手持设备，消费类电子产品等应用方面广泛的市场。而目前国内高校的微机原理与接口理论教学大多数仍然停留在陈旧的IA -16阶段，学习这些微处理器会使现在的学生产生一个问题：为什么我们要学它们？因为他们从来就没有见过8086/8088 的机器，他们所使用都是采用32位的Pentium系列或64位Core系列微处理器的计算机，他们所学的微机知识和接口芯片的知识的年代和性能离他们目前正在使用的微机相差太远了，以致他们很容易对所学内容失去兴趣。学生们也很少愿意了解掌握八十年代陈旧的MS- DOS体系结构、命令和传统的命令行或文本画面操作方式[2]。
3、对于32位结构的教学内容探讨
在新世纪的教学过程中，如何去实施微机原理课程的新教学方法，如何在基于32位结构上讲授的三大部分的教学内容，如何把这三个部分融会贯通于整门课程的教学过程中，这是我们在实际教学过程遇到的亟待解决的问题。
从教学内容上看，32位微机系统结构和接口技术与16位相比有着质的飞跃，这不仅对学生，同时也对教师提出了很高的要求，如何顺利过渡到32位微机系统原理与接口的知识，是值得老师们认真思索的[3]。
我们认为在教学内容中基于32位结构的“微机原理”课程可以在原16位结构教学内容的基础上进行大刀阔斧的取舍，删除过时的已不再使用的陈旧技术，保留不变的计算机工作基本原理，补充讲解新的先进知识点。
在传统的16位微机原理的教学过程中，我们抓住其最基础的知识点，使学生深入理解微型计算机的工作原理，而对于技术细节不必过分深入，某些教学内容可以大胆地摒弃8位和16位技术中陈旧的知识点，而取而代之的是讲解最新的32位、甚至64位技术。我们可以增加的内容有：在汇编语言中加入的32位Windows编程、同时加入汇编语言与Visual C++的混合编程，高速缓冲存储器和虚拟存储器技术，浮点数处理和多媒体指令集，流水线技术、还有多线程、多核等知识点。由于学时的限制，这些内容不一定全部都仔细讲完，可以在教学过程至少要告诉学生们有这些概念，使他们知道有这样一些技术[4]。
我们需要注意的问题是，从实际的教学效果中发现，盲目抛弃16位微处理器的知识是不科学的，所以我们不主张在教学内容的编排上直接以32位教学内容为主进行教学，而是主张从16位内容开始，循序渐进。我们在各章教学中对重点技术都结合实例予以说明，在实例的分析过程注意和这些专业的学生的专业特点相结合，使之能够真正应用于所学专业，让学生们能够学以致用。
4、基于32位微型计算机的接口实验
目前我们所使用的微型计算机的软硬件平台已经是32位环境，而微机接口技术部分的教学内容却没有很大的改变。导致这样的情况原因如下：基本的接口技术并没有改变，并行接口、串行接口、中断控制器、定时计数接口、A/D、D/A接口等内容仍然为传统的8位结构，所使用的可编程的接口芯片并没有改变，这点和16位结构的传统微机原理课程内容完全相同[5]；还有就是32位Windows操作系统特有的机制，限制Windows下的应用程序进行直接进行外设I/O操作，为了使学生掌握接口技术，导致这部分教学内容很难有很大的改变。
教学内容的要求必须要解决32位微机软硬件平台下实践微机接口的硬件实验的问题。目前在国内比较成熟的32位微机原理实验系统对于这个问题可以提供比较令人满意的教学方案，例如西安唐都的TD-PIT实验及开发系统，江苏省启东计算机厂的 DVCC-32JHP 32位微机原理接口实验开发平台等。我们的硬件实验室配置的是江苏省启东计算机厂的 DVCC-32JHP 32位微机原理接口实验开发平台。该系统可以进行验证性实验和设计型实验，并且也可以在上面开展微机原理课程设计。该平台全部封装于一个实验箱中，该系统同时提供一个基于Windows操作系统的集成开发IDE软件，配有集成化实验开发环境，集程序的编辑、编译、链接、调试于一体，并且支持宏汇编语言和C语言两种开发环境，使用该实验平台可以提高学生对微机原理课程的深入认识，也可以减轻实验老师的劳动强度。
5、充分发挥学生的主动性
目前一个现实现象就是学生们普遍是重视软件开发，轻视硬件学习，我们在教学过程中如何把学生的兴趣点吸引到硬件学习上是一个非常重要的问题。我们的经验是挑选对硬件开发有兴趣的学生，成立兴趣小组，给他们提出设计任务，让学生去实践，在实践去学习，培养学生自学和独立思考能力。让他们在学生中形成一种良好的硬件学习氛围，以点带面，使学生们转而能够主动学习和专研硬件类课程。
6、结语
我校的“微机原理及应用”课程被评为第三届湖北省优质课程和2004年长江大学精品课程。该课程特点是面向专业多，教学层次多，大部分专业都是非计算机专业的学生，我们还要不断地改进教学方法，促进学生学习计算机硬件的兴趣，最终提高学生的硬件开发能力。
参考文献
[1] 白凯,熊晶,文汉云.非计算机专业的《微型计算机技术》课程的教学改革与实践[J].长江大学学报自科版,2009(2):383-384.
[2] 马旭东.32位环境下微机原理与接口实验教学改革探讨[J].电气电子教学学报,2006,28(4):5-9.
[3] 钱晓捷.微机原理与接口技术-基于IA-32处理器和32位汇编语言[M].4版.北京:机械工业出版社,2008.
[4] 钱晓捷.基于32位结构的微机原理教学方案[J].教育与教学研究.2009(13):81-82.
一、教学现状
该课程包含理论课堂教学和实验教学两个部分。由于理论课堂教学部分的内容比较抽象，加上学生汇编语言程序设计课程的基础不扎实，导致学生系统开发能力不强。在实践教学环节，甚至出现学生无法独立完成实验任务的现象。笔者认为主要原因大致有以下几点：
1.课程内容涵盖的知识面广导致学生对它失去信心、耐心和兴趣
表面上看来，《微机原理与接口技术》课程属于硬件课程范畴，而实质上它的教学内容综合了微型计算机软、硬件的理论知识，既要有良好的硬件基础，还要有扎实的能面向机器语言进行程序设计的能力的同学，才能真正理解课程内容的含义。这对于大多数没有实践经验，特别是基础又不是很扎实的同学而言，就会觉得这门课程很难懂、枯燥，从而导致兴趣下降，主动性、积极性也受到了影响。
2.太多的验证性实验内容阻碍了发散性的思维
目前的教学大纲在实验教学环节上规定了太多的验证性实验。这使得学生不用上实验室也知道实验结论是什么，结果数据是什么，实验报告在宿舍里就可以完成了。久而久之，使学生有了惰性，原本强烈的好奇心和动手、动脑欲望在必须要完成的作业中消失了。
鉴于这些原因，必须进行《微机原理与接口技术》课程的教学方法的改革。
二、新的教学方法改革
1.从理论课堂教学内容入手，改变传统的教学模式和手段
（1）重新整合教学内容，使得教学内容重点突出，言简意赅，化繁为简。例如一些计算机基础知识，进制之间的转换、数的表示、数的算术逻辑运算可以略去不讲。一方面，这些内容与理解微机系统的整体概念和培养学生应用开发能力关系不大，另一方面，可以减少和先修课程内容上的重复，造成课时浪费。而虽然计算机组成原理课程中讲解过寻址方式，汇编语言程序设计课上学过机器指令，C或C++课程上涉及到程序设计思想，先修课程中接触过中断、DMA等概念，但在《微机原理与接口技术》这门课程中却仍然要重点讲解，因为这些概念和设计思想是理解课程内容的基础，是开发设计思路的源泉。
（2）改变先理论再实践的教学模式，增强学生的兴趣和信心。原本的教学中是老师的一味灌输，学生只能被动接收。造成考试前死记硬背，考完试了，也不知道学了啥。现在的教学模式采用先给出问题，再回到理论；先从个别现象，再到一般情况；先从零散知识的积累，再到系统的学习。例如：在讲授总线和接口技术部分时，在课堂教学中先让同学讲述自己生活中感觉到新鲜的电子产品，并阐述之所以引起他兴趣的原因。然后一边让学生思考他感兴趣的部分都采用了哪些先进技术，一边告诉同学目前大多数的电子产品都采用了嵌入式的单片机技术，甚至有些是实时的嵌入式系统，最后引导学生在系统中如何进行总线和接口的设计，最终实现了接口技术这一章节的内容讲解。
（3）先进的教学手段的应用，可以将枯燥、晦涩难懂的课堂内容变得生动、一目了然。现代化的多媒体技术在课堂上的采用，使得同学耳目一新。当动态的画面配以同步的解说，真实而直观地将程序的流程、指令的执行过程或者微型计算机内部呈现在学生面前时，学生有身临其境的感觉。这样生动的教学手段，将帮助学生将教学内容化难为易、化繁为简。
2.从实验教学部分入手，改变传统的实验模式
（1）设计不同程度和类型的实验供学生选择，使得实验内容因人而异，因材施教。首先将教学大纲中要求的实验内容分成两部分，一部分在课堂上配合课堂教学内容演示给同学，这部分大多是验证性的实验。剩下的一部分，属于基础性的，是帮助同学理解基本教学内容的，留给同学自己在实验室完成。另外，实验教学中，还设计有一些创造性的实验可供同学选择，例如，8255A和8253A芯片组合实验等。这部分适合有了一定的理论和实践基础的同学做，若同学们选择了做这个实验，就可以代替基础实验中8255A和8253A芯片设计的两个实验。最后一部分是创新性实验，也是最具挑战性和诱惑力的部分。学生可以选择已有的可参考的实验题目，可以是在课堂上讨论过的、自己看到过的、曾经吸引自己注意力的产品的部分功能，也可以是经过自己独立思考、自己设计并完成的系统。目前，我们给出可以参照的实验有：路口红绿灯语音提示系统、私家车出入验证系统等。这些实验比较实用但又不是很复杂，学生选择了这些实验并最终能够实现基本功能的，便可以免做所有的实验。将实验教学部分按难易程度分成基础性、创新性和创造性的实验，有利于实现实验内容因人而异、教育因材施教。
（2）实验室全天对学生开放，让学生随时能设计、思考并验证自己的想法。以前学生要进实验室要任课老师安排，老师准备好实验器材，规定好时间，全部同学做同样的一个实验。现在，选择做创造性实验的学生可以自己在网上向实验室老师登记使用实验室的时间，自己和实验室老师联系需要的器材和元件，也可以自己带设备和元器件进实验室，有问题可以随时和任课老师电话或当面交流。这样，经过自己的努力完成实验时，学生的创造力、成就感、满足感增强。
关键词：机电一体化；接口技术；人机接口；机电接口
机电一体化系统可分为机械和微电子系统两大部分，各部分连接须具备一定条件，这个联系条件通常称为接口。各分系统又由各要素（子系统）组成。本文以机电一体化控制系统（微电子系统）为例，将接口分为人机与机电接口两大类。
一、机电接口
由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别，两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因此机电接口起着非常重要的作用：
（1）行电平转换和功率放大。一般微机的I/O芯片都是TTL电平，而控制设备则不一定，因此必须进行电平转换；另外，在大负载时还需要进行功率放大；
（2）抗干扰隔离。为防止干扰信号的串入，可以使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离；
（3）进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量时，必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路，以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。
1、模拟信号输入接口。在机电一体化系统中，反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号，通常这些输出信号是模拟电压或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对象进行控制，必须获得反映系统运行的状态信号，而计算机只能接受数字信号，要达到获取信息的目的，就应将模拟电信号转换为数字信号的接口——模拟信号输入接口。
2、模拟信号输出接口。在机电一体化系统中，控制生产过程执行器的信号通常是模拟电压或电流信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号，并通过运算产生控制信号，达到控制生产过程的目的，应有将数字信号转换成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输出的数字信号转换为模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行器，达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。
3、开关信号通道接口。机电一体化系统的控制系统中，需要经常处理一类最基本的输入/输出信号，即数字量（开关量）信号包括：开关的闭合与断开；指示灯的亮与灭；继电器或接触器的吸合与释放；电动机的启动与停止；阀门的打开与关闭等。这些信号的共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。在机电一体化控制系统中，对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的一个状态，此状态作为控制依据。
（1）输入通道接口。开关信号输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和地址译码电路等组成。
（2）输出通道接口。开关信号输出通道的作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又称为数字输出通道（DO）。DO通道接口设计主要考虑的是内部与外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。
二、人机接口
人机接口是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息；另一方面，操作者通过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态，以实现所要求的功能。
1、输入接口。
（1）拨盘输入接口。拨盘是机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。
（2）键盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。常用的键盘有：
1）编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII码或二进制码）；
2）非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断（“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便于设计。
2、输出接口。在机电一体化系统中，发光二极管显示器（LED）是典型的输出设备，由于LED显示器结构简单、体积小、可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED显示器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。7段LED显示器原理很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。
结语：
接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结合在一起，形成完整的系统。接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要；同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。从某种意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各部分后所进行的接口设计。接口的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技术是机电一体化系统的关键环节。
参考文献：
关键词：微机原理与接口技术；实践教学；四层实践教学模式
中文分类号：G623文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)01-0240-02
Reacher on the Reform on the Practical Teaching Mode of The Principle and Interface Technology of Microcomputer
WANG Wei1,2, ZHOU Ning-ning1,3
(1.Tongda College, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 2.College of Continuing Education, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 3.College of Computer, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China)
Abstract: The Principle and Interface Technology of Microcomputer is a course with great applicability and practical teaching is an essential part in the whole teaching process. In this article we mainly disscuss the reforming attempt in the pattern of this course and come to the conclusion that we can fully cultivate the comprehensive ability and innovative ability of the students with the four layers of practical teaching mode.
Key words: the principle and interface technology of microcomputer; practical teaching; the four layers of practical teaching mode
微机原理与接口技术是计算机、电子信息类等工科专业计算机硬件课程体系中的一门专业基础课。内容涵盖微机原理、汇编语言程序设计及微机接口技术，兼顾硬件和软件2个方面，具有实践性强、涉及知识面广的特点。因此实践教学在该课程中占有很重要的地位。学生只有通过实践环节的学习和操作，才能够掌握微机系统的工作原理、常规接口技术及其应用，加深基本概念的理解。
1 微机原理与接口技术实践教学现状
1）课时安排上重理论、轻实践
目前，该课程共安排四次实践课，内容包括两次汇编语言程序设计，运用定时/计数器8254设计流光发生器以及利用系统定时源设计定时中断程序。实践课时过少。两次汇编语言程序设计的实践，根本没办法达到“深入理解机器工作基本原理和培养低层编程意识及思想”的汇编语言学习目的。[1]而汇编语言理解的不透彻，会直接影响接口部分的实现能力。
2）教学内容上重软件、轻硬件
大部分的实验都是在PC机上，编写一些汇编程序，只有设计流光发生器这个实验，学生能真正动手参与硬件电路的连接，但这基本上也是一个芯片功能验证性实验，在实验课上，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。基本上学生没有自主的创新环节。
此外，本课程理论课主要学习了8254定时/计数器、8259中断控制器、8250串行接口芯片和8255并行接口芯片等典型芯片的工作原理，但由于实践学时较少，在实践操作中并没有全部涉及到。实践环节的欠缺，导致很多同学尤其是通达学生普遍感到“微机原理与接口技术”这门课难学、难懂、概念抽象、感性认识差。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。这和学院“培养应用型创新人才”的目标是不相符的。
2 微机原理与接口技术实践教学模式改革
当今实践教学目的除了验证基本理论和掌握基本应用外，更主要的是培养学生研究能力、创新能力和和思维方式以及工程实践能力。[2]为此南京邮电大学通达学院在微机原理与接口技术实践教学内容设置上充分考虑上述能力的培养，进一步加强理论与实践的结合，培养学生的创新能力和思维方式，提高学生的动手能力和综合素质。以适应“应用型创新人才”的培养要求。
为适应“应用型创新人才”的培养要求，我们将实践教学体系分为四个层次。形成软件实验、硬件基础实验、实训和课外科研的结构模式。
前两个阶段主要进行汇编语言软件实验和硬件验证型实验。主要是加深巩固基础理论知识，以培养学生理解机器工作基本原理和培养低层编程意识的基本能力以及书写规范实验报告的能力。本阶段的实验要紧扣实验指导书和实验教学大纲。要求实验指导书有详细的实验目的、实验内容、实验要求、实验原理、实验资源配置、实验的硬件连接与软件编程和实现功能等。使得学生快速学习和理解实验内容。
实训是综合性和研究性的实践。可以分为必做和选做两部分。必做题每个学生都必须完成的实验，主要进行简单硬件设计实验。选做部分主要进行硬件综合型实验，学生每5-7人一组，在教师指导下自由选题，不完全受课堂教学内容限制，合作完成实验。从而进一步拓宽学生的知识面，提高学生的思维能力和创新实践能力。[3]
在本阶段可以引入PBL教学法。基于问题学习(prob lem2based learning, PBL)的教学方法是由美国神经病学教授Barrows在加拿大McMaster大学医学院首先试行的一种教学模式。此种教学模式以问题为基础展开教学，以学生为中心，学生的自学能力得到培养，并且发展学生解决实际问题能力、综合思考能力和团队协作能力。大致分为问题提出、资料查阅、讨论研究和总结反思4个主要步骤。每个问题没有固定的解决方法，学生之间互相合作、共同探究，逐步寻找问题的解决方法。以学生自主学习和自我探究为主，作为合作者的教师仅在关键时刻起到点拨和引导作用[4]。
微机原理与接口技术实训必做题阶段表现突出的同学可以担任组长，由其选择组员并确定题目。在教师指导下分工合作，查阅资料、小组讨论，提出合理的实验方案。实验室采用开放式教学模式，在实验时间和空间上开放。给学生充分的自主学习和自我研究的空间。此阶段以培养学生的创新实践能力为主。要鼓励学生求新、求异，在成绩评定时，不要过于强调实验结果的成功，防止学生为追求成绩而选择过于保守的方案。
课外科研活动利用学生的课外时间，采取学生自愿报名，与学生会科协合作的方式，成立若干个课外创新小组。课程组的老师根据自己研究的课题带领创新小组与研究生相结合进行一些科研活动。如课题组的老师设计完成的“PD-32开放式微型计算机教学实验装置”，该装置真正体现了32位微机的特点，学生通过在该装置上的实验操作，能进一步加深对接口原理的理解。已广泛的应用在本科实验教学中。
3 结束语
通过本课程实践内容的改革与尝试，提高了学生发现问题和解决问题的能力，培养了学生良好的学习行为和团队协作精神，提高了学生的综合能力和创新能力。我们将在实践中不断总结经验和不足。随着微机技术的进步，不断更新实验内容使实验内容更贴近工程实际，并结合科研项目开发实验内容。只有这样才能更好的培养出符合现代社会需求的应用型创新人才。
参考文献：
[1] 王爽.汇编语言[M].2版.北京:清华大学出版社,2008:2-3.
[2] 吕淑平,朱齐丹,曾薄文.微机原理及应用实验教学设计与实践[J].实验科学与技术,2010,8(3):91-92.
关键词:ISP技术;课程体系;质量工程;创新意识;案例教学法
中图分类号:G642 文献标识码:A
随着计算机及相关技术的快速发展,新技术与方法已在工程实践中广泛应用,但目前许多高等院校计算机硬件课程的教学内容与实际脱节,教学体系设置和教学方法无法完全满足培养创新型人才的要求。在我国高校计算机相关专业学生的培养中,普遍存在重视计算机软件方面知识的学习和培养,忽视对计算机硬件方面知识的学习和实践,特别是在硬件工程方面,学生得到的训练更少,培养学生的实际能力更无从谈起;尽管目前许多硬件课程的设置与欧美等计算机技术发达国家的课程设置接近,但教学知识体系、内容及教学方法等有许多需要斟酌的地方,教学内容无法适应时代的需求,有些与现实严重脱离,学生的学习积极性不高,学习效果不好。
目前正在高校实施的高等教育质量工程,重点在于提高学生的动手能力、增强创新意识,为我国转变为创新性国家打下基础。为了实现这一目标,有必要对高等教育课程的教学内容和教学方法进行改革,以适应新形势下培养创新性人才的需要。由于计算机领域发展迅速,各种新技术和方法不断涌现,计算机专业的教学内容及教学方法更应不断地调整和更新。
1现状及发展趋势
大多数高等院校计算机本科专业涉及的硬件教学课程主要有“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、“计算机组成原理”、“计算机系统结构”、“微机原理与接口技术”、“单片机”、“嵌入式系统”等,在新形势下部分课程内容设置显得不够合理,部分教学内容与实际应用脱节,影响了教学效果,无法完全满足教学大纲中要求的动手能力培养,更无法有效培养同学们的创新意识。
目前,作为计算机教学重要专业基础课程的“数字逻辑”,要求学生掌握组合逻辑、时序逻辑电路的分析和设计方法,研究对象主要是分立元件、通用中小规模集成电路及基本的可编程器件等,介绍的方法也以传统方法为主,已无法适应目前应用的需要;作为专业主干课程的“计算机组成原理”、“计算机系统结构”,主要内容是讨论计算机的结构、各功能部件原理及设计方法,同时介绍当前的新技术、新方法,目的是让同学们熟悉计算机的结构,为以后应用和设计计算机系统打下基础。目前大家普遍采用的教材在部件设计中讨论的方法主要是硬布线逻辑或微程序设计方法:硬布线逻辑运行速度高,但缺乏灵活性;微程序设计方法有一定的灵活性,但资源占用多,运行速度慢。尽管这两种方法对于理解计算机组成原理不失为一种较好的选择,但由于缺乏实际应用背景,学生学习兴趣受到影响,教学效果也大打折扣,提高学生的动手能力、培养创新意识更是无从谈起。“汇编语言程序设计”课程也存在类似尴尬,讨论以16位个人计算机为背景的汇编语言程序设计知识,适合入门和了解基本原理,但与“计算机组成原理”、“计算机系统结构”课程一样,由于缺乏实际应用背景,教学目标无法完全实现。
随着电子设计自动化(EDA)、系统编程(ISP)、片上系统(SOC)等技术的发展,32位个人计算机的应用已很成熟,多核64位计算机应用也将逐步成为主流。嵌入式系统设计需要较强的软硬件知识综合应用能力,因此在计算机硬件课程的教学中应加大相关新技术的比例,并根据实际及时调整教学内容。国外许多知名高校本科专业的教学内容已经作了适时调整,如麻省理工学院非常注重学生的设计能力的培养,为此专门开设了“计算机系统设计”课程,要求学生在实践环节中自主设计ALU、单指令周期CPU、多指令周期CPU乃至流水线32位Mips CPU和Cache;斯坦福大学也有相似的课程和实验环节;加州大学伯克利分校和杨百翰大学在基于可编程逻辑的超级计算机研制方面也有大量成果。
当前在国内,案例教学已被越来越多的人所接受,尤其是在一些法学、工商管理类高校已经开始广泛运用。案例教学法是一种动态的、开放的教学方法,目标是解决学生如何用更有效的方式获得知识以提高应用能力的问题。案例教学法具有综合性、交互性、启发性、针对性和可操作性等多种特征,它的使用大大缩短了教学理论与实际应用之间的差距,同时对教师的教学观念产生了重大的影响。鉴于计算机专业知识与实际应用结合紧密的特点,教学中尤其适合案例式教学。目前在国内计算机课程的教学中,案例教学还处于一个起步阶段,主要表现在:案例教学比例不够,没有形成完整的体系;案例数量不足,质量欠缺;许多高校尽管重视案例教学的应用,但是在案例的搜集、整理与分析等方面相对滞后;案例陈旧,缺乏代表性等。
2以ISP技术为主线改革计算机专业硬件课程教学体系和教学内容
计算机本科专业涉及的硬件教学课程按合理教学顺序一般为“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、“计算机组成原理”、“计算机系统结构”、“微机原理与接口技术”、“单片机”、“嵌入式系统”等,一些课程可以在时间上重叠,如“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”等。
由于ISP、EDA技术可以灵活地开发出具有自主知识产权的硬件产品,是目前工程实践领域和芯片设计领域运用最广泛也是最有应用前景的技术,因此在计算机硬件课程的教学中应该把相关技术列为重要内容,即以ISP、SOC技术为主线,使相关课程形成一个完整的体系,达到培养创新性人才的目的。
为了实现这一目标,在“数字逻辑”课程中,应大幅增加可编程逻辑技术的比重,重点讨论用EDA方法,利用ISP技术、SOC技术设计IP核的方法,使学生对相关技术的应用及发展趋势有一个全面的理解,并具备基本的实践能力;在“计算机组成原理”课程中增加计算机设计原理和实践的内容,也可考虑再单独增加一门计算机设计课程以替代目前“计算机组成原理”课程设计,在该课程中重点讨论如何采用EDA方法,利用ISP技术、SOC技术设计计算机各部件如CPU、Cache等,通过实际应用和实践进一步加深对相关技术的理解和掌握。
在“微机原理与接口技术”课程可以考虑以16位计算机应用知识入门,以讨论32位计算机的应用为重点。相应的,作为“微机原理与接口技术”课程的先行课程,“汇编语言程序设计”课程也应把相应的内容整体提升到32位,考虑到学习过程的先易后难,可以先介绍16位汇编语言程序设计知识作为入门,再对32位汇编语言程序设计相关内容展开。
单片机系统本质上也是嵌入式系统,嵌入式系统是针对应用或用户定制的完整、高效的计算机系统,嵌入式系统设计需要较强的操作系统原理、应用程序设计和硬件设计方面知识的综合应用能力,其别是硬件系统设计能力可以通过以上几门硬件课程的系统学习逐步培养,因此相关课程的教学内容应注意衔接,同时遵循先易后难的原则,面向实际应用,以提高动手能力、增强创新意识为目的。
针对实践教学,目前相关课程的实验教学的实验项目及内容固定,大多为验证性实验,实验步骤程式化,许多同学按教学实验计划做完实验,仍然无法充分理解课程的主要内容,无法真正拥有教学大纲所要求的动手能力。更重要的是计算机技术一直处于高速发展中,高等院校的计算机教学理应不断地适应这种要求,相关的实验教学应适时地调整教学内容。解决问题的一个好思路是利用ISP、SOC技术开发出一种内容可定制的硬件课程教学实验平台,由于作为控制对象的电路是相同或相近的,可以设计为通用模块,而实验平台控制部分则可以利用可编程逻辑改变,以适应不同的课程。如控制部分设计为基本CPU即可做“计算机组成原理”课程的相关实验;控制部分设计为单片机即可做“单片机”课程的相关实验;甚至控制部分可以设计为个人计算机CPU,配合有关的接口电路,即可做“微机原理与接口技术”课程的相关实验等。
在我院的计算机本科专业相关硬件课程教学实践中,我们已作出了一些有益的探索,如我院“数字逻辑”教学大纲已在近年作过相应调整,EDA技术、可编程技术的理论和实践教学内容的比例从原来的20%增加到60%以上,经过多年的建设,“数字逻辑”课程在今年被评定为“湖北省精品课程”;在“计算机组成原理”课程中引入利用ISP技术设计CPU软核等教学和实践内容;“汇编语言程序设计”、“微机原理与接口技术”课程中也增加了32位计算机相关内容的学习和讨论,新的实验设备可以进行32位的相关实验等,这些安排增强了学生的学习兴趣,学生学习的主动性也明显提高了。
3采用案例教学法作为计算机专业硬件课程教学的主要方法
案例教学法是一种事半功倍的教学方法,在教学过程中围绕事先精选的典型的、具有工程背景的实际案例进行讨论,可以为同学们模拟实际应用的场景,获得近似于实战的经验。为完成设计目标,同学们自然会自己主动学习,在这一过程中掌握知识,并学会应用知识,提高解决问题的能力;也能通过用不同的途径解决问题,培养创新意识。这样教师在授课中可以把精力集中于教学内容的总体把握上,而不需要过分在知识细节上消耗时间,提高了教学效率。
案例教学法关键在于选择合适的案例,案例首先必须有代表性和实时性,必须是实践中的典型应用实例。在实践中应用的几率高,具有普遍意义,这样的实例在教学过程中值得花费精力讨论和设计,才是有意义的。同样重要的是案例需具有实际工程背景,学生可以面对具体的实际问题和特定的环境,有针对性地通过自主学习和思考进行设计,培养实际解决问题的能力。
案例还应该形成相对固定的案例集,并具备一定的开放性,应定期对案例集进行评估,剔除一些过时的案例,增加一些新的典型应用实例。这样就保证了案例的典型性、实时性及工程背景。
在教学实践中,我们把案例教学法作为主要方法,并把案例分为4类:一是问题评论型,给出问题和解决问题的方案,让学生去评价;二是分析实现型,不给出解决方案,要求学生讨论分析以提出方案;三是实际模拟型,是指在教学过程中依据教学内容,让学生分别充当不同的角色,进行模拟性的实践活动;四是发展开放型,通过案例发现新的理论生长点,讨论相关理论的发展趋势。我院在相关课堂教学中采用的部分案例如表1所示。
在“数字逻辑”、“计算机组成原理”等课程的重点章节教学中,我们通过采用上述案例法,调动学生成为积极参与者,而不是消极被动的听众,在案例学习和讨论中,鼓励学生提出更多解决问题的办法,在课堂上营造出积极发表意见和争论的气氛。这样提高了学生的学习兴趣,教学效果有明显改善,学生的动手能力有了显著增强。教学改革后前后数据比较如表2所示。
4总结
为实现面向实际应用提高学生动手能力、增强创新意识、培养创新型人才、确定完整合理的计算机本科专业硬件理论教学和实践教学体系的目的,我们提出了以ISP技术为主线的计算机专业硬件课程教学改革方案。它的主要内容为两方面:一是调整现有教学体系和教学内容,如在“数字逻辑”、“计算机组成原理和系统结构”、“嵌入式系统设计”等课程中以“数字逻辑”课程为先导,以ISP、SOC技术为主线贯穿于各相关课程教学过程中;在“汇编语言程序设计”、“微机原理与接口技术”等课程中把主要内容全面提升到32位等。二是在教学中运用案例法,使学生成为教学活动的主体,形成学生自主学习、合作学习、研究性学习和探索性学习的开放型学习氛围。充分发挥案例教学有利于提高学生分析问题和解决实际问题的能力、有利于促使学生学会学习、有利于促使学生学会沟通与合作的优势。
实践表明以ISP技术为主线的计算机专业硬件课程教学改革,符合国家高等质量工程建设中培养创新性人才的规划,有效地增强了学生的动手能力和创新意识。我们也意识到计算机工程教学是一个复杂的过程,牵涉到许多方面,我们将在实践中探索教学规律,不断提高教学水平,进一步改善教学效果。
参考文献:
[1] 赵若阳,李宁,库少平. 计算机硬件课程体系及内容改革的思考[J]. 计算机教育,2006(3):47-49.
[2] 龚声蓉,杨季文,朱巧明. 强化实践能力,培养计算机科学与技术专业工程型人才[J]. 计算机教育,2006(2):18-20.
[3] 陈语林. 创新型“三性”实验教学模式的探索与实践[J]. 黑龙江高教研究,2005(1):154-155.
[4] 潘松,潘明. 现代计算机组成原理[M]. 北京:科学出版社,2007.
Exploration and Practice of Innovative Training Model Related to Computer Engineering
GAO Xiao-qing
(College of Computer Science, Wuhan University of Science and Engineering, Wuhan 430073, China)
关键词：微机原理与接口技术；单片机原理与应用；课程融合；教学改革；硬件课程
文章编号：1672-5913（2013）03-0054-03
中图分类号：G642
0 引言
“微机原理与接口技术”“单片机原理与应用”等涉及计算机硬件的课程是高校自动化、测控、电气、电子、通信等专业的重要专业基础课程。这些课程有较强的理论性和实践性，课程信息量大、知识点多、概念抽象，学生普遍反映学习困难，不容易掌握。随着电子技术、计算机技术的发展，高校教育要求教授给学生的知识更加宽泛。这样就难免要添加许多新的课程，例如，“嵌入式系统”原本是研究生的课程，但是现在各大高校都在本科阶段开设。在相同学制下，要加入紧跟技术发展的新课程，就必然要压缩传统课程的教学学时。笔者从事高校教学工作十余年，连续讲授“微机原理与接口技术”和“单片机原理与应用”这两门课程超过八年，提出将两门课程的教学融合为一门课程的教学研究思路，以达到降低学时但不减弱讲授内容的教学目的。
1 课程对比分析
在两个学期分别安排上述两门课程是传统教学设置方式，这种思路源于强调各门课程的完整性和独立性，但是导致的最终结果就是在两门课程中部分内容出现了交叉重复。我们希望能将两门课程融合为一门课程来讲解，达到不同内容要讲清、相同内容要讲透的目的，这需要对两门课程进行全方位的对比。
1.1课程结构和教学意义对比
“微机原理与接口技术”课程主要介绍微型计算机的基本组成，以Intel 8086/8088为重点讲解微型计算机的CPU、存储器、中断系统和常用输入输出接口的工作原理及接口的设计方法；此外，还适当介绍32位CPU的相关技术。学习该课程后，学生基本掌握计算机的组成及工作原理、常用接口芯片的使用方法，建立微型计算机的整机概念，并对现代高档微型计算机及其先进技术有所了解和认识。
“单片机原理与应用”课程主要以某一系列的单片机（国内通常讲授MCS-51）为主介绍其基本原理、发展过程、汇编语言及程序设计，详细讲授单片机的扩展技术、输入输出通道接口、交互通道的配置与接口、单片机应用系统设计的基本方法及设计原理。为后续课程的学习及今后单片机的应用、分析、设计和开发提供必要的技术基础。
对上述两门课程的结构和意义进行分析得出：两门课程的讲授结构都是以处理器为中心，介绍整个系统的组成和基本原理，讲授接口的使用方法和设计方法。那么，我们能否将两门课程进行详细对比，用对比的方法来同时讲授两门课程呢？
1.2重点讲授内容的对比
上述两门课程讲授的结构是相同的，但是在具体内容上，两者又有着明显的区别。我们完全可以在讲授中，以这些区别作为重点让学生用对比的形式进行同一知识点、不同实例特性的学习，这更能提高学生的学习兴趣和学习效率。课程的重点讲授内容比较如表1所示。
通过表1可以看出两门课程在讲授中完全可以针对一个知识节点，通过对比来同时讲授两种主控器的特点。从内容上看，这两门计算机硬件课程具有融合成一门课程进行教学的条件，但是需要我们认真研究出一个教学上的突破口，来实现课程融合。
2 课程的融合研究
2.1课程融合主线
想要将两门课程进行融合，我们需要找到融合的主线，由主线贯穿教学的始终，支撑起课程的思想和内容。这个主线就应该是两者的最大共性和最大的异性，用它们来进行对比讲解，就能达到事半功倍的效果。
针对两门课程，最大的共性就是对寄存器的操作。不管是CPU执行程序还是对外设编程进行数据的输入输出，其实都是对若干寄存器的设置与操作。8086通过片内14个16位寄存器，51单片机通过片内的特殊功能寄存器完成对程序、数据、堆栈的访问；8086访问外部设备，需要进行接口的扩展，需要对外部接口的寄存器进行设置和操作；而51单片机使用片内接口时，只需要对片内的特殊功能寄存器进行操作，只有在扩展本身不具有的功能接口时，才需要对外部接口的寄存器进行设置和操作。
我们也要找到两者的最大差异，就是各自的结构体系。8086是冯·诺依曼结构的代表，使用分段定义的形式来管理数据和程序存储空间，而且8086没有片内片外存储空间的区别，只有存储空间和端口地址的区分；51单片机则是哈佛结构的代表，严格界定数据空间和程序空间，区分片内片外存储空间，需要使用不同的指令来访问数据或程序空间，使用不同指令来访问片内片外数据存储区域。
通过对比两门课程最大的共性和异性，学生能很快抓住两者的主要特点，在充分掌握两个处理器的系统知识后，对于接口部分的学习就会简单很多。接口扩展的片选方法两者是相同的，包括线选、部分译码和全译码方式，所以教师在介绍接口的寄存器定义时，只需强调当主控制器是不同处理器时，按各自的地址管理方式通过端口地址访问来进行设置和操作即可。这样的对比教学，可以让学生对两门课程的主控器特点都加以认识和学习，实现强化共同点，突出不同点的融合目的。
2.2教学方法及实验安排
在教学手段和方法上，我们需要摆脱传统的灌输式教学方式，考虑如何激发学生的学习兴趣，启发学生的思维，发挥学生的创造性，这是改进教学方法的重点和难点。实行启发式和讨论式教学，利用多媒体课件提升课堂效果，这些都是目前高校教学的常用改革方式。但是，随着通信技术的发展，教师要充分发挥新媒体在知识传播上的巨大作用，利用计算机、手机和学生随时交流并给予指导，帮助学生在网络中寻找感兴趣的学习资料，引导学生自主学习。针对这两门课程的融合教学，可以推荐讲授Protues仿真软件，该软件对8088/8086处理器和51单片机都可以进行系统设计和仿真，培养学生的电子电路设计能力，这也是学习计算机硬件课程应该具备的一种技能。如学生使用该软件遇到问题时，可以上网查询正确的解决办法，这能培养学生网络筛选查阅相关资料的自学能力。
要将两门课程融合，还需要对实验项目和内容进行合理的安排。以讲授内容为基础，我们可以安排两两成对的5组实验：编程语言和编程环境实验、综合程序编程实验、中断管理编程实验、定时/计数配合并行接口的综合实验、接口扩展综合实验。每组实验都分别用两个处理器为主控单元来完成，在综合实验部分可以安排学生设计8086和51单片机之间的串行通信实验，让学生体会：虽然针对不同处理器实现控制的手段不同，但用不同的手段来实现共同的控制要求才是学习计算机硬件课程的目标。如果教学计划允许，可以在课程学习结束后，安排两周的课程设计。在此环节，老师可以讲授系统设计的方法，随后给出若干设计要求，让学生自主选择一个主控器来完成设计任务，达到让学生初步融会贯通所学知识的目的。
2.3课时安排与分配
大部分学校对“微机原理与接口技术”课程通常设置72学时，其中有5～8个实验占10～16学时；“单片机原理与应用”课程通常设置56学时，实验也有5～8个，占10～16学时。课程融合的目的之一就是为了减少课时数，如果我们安排16周，每周6学时，那么就有96学时，其中实验为20学时。最后再安排两周的课程设计。这样的课程设置，可以使我们用一个学期完成原来需要两个学期才能讲授完的内容，达到精简学时而不减少教学内容的目的。
1现状及发展趋势
大多数高等院校计算机本科专业涉及的硬件教学课程主要有“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、“计算机组成原理”、“计算机系统结构”、“微机原理与接口技术”、“单片机”、“嵌入式系统”等，在新形势下部分课程内容设置显得不够合理，部分教学内容与实际应用脱节，影响了教学效果，无法完全满足教学大纲中要求的动手能力培养，更无法有效培养同学们的创新意识。目前，作为计算机教学重要专业基础课程的“数字逻辑”，要求学生掌握组合逻辑、时序逻辑电路的分析和设计方法，研究对象主要是分立元件、通用中小规模集成电路及基本的可编程器件等，介绍的方法也以传统方法为主，已无法适应目前应用的需要；作为专业主干课程的“计算机组成原理”、“计算机系统结构”，主要内容是讨论计算机的结构、各功能部件原理及设计方法，同时介绍当前的新技术、新方法，目的是让同学们熟悉计算机的结构，为以后应用和设计计算机系统打下基础。目前大家普遍采用的教材在部件设计中讨论的方法主要是硬布线逻辑或微程序设计方法：硬布线逻辑运行速度高，但缺乏灵活性；微程序设计方法有一定的灵活性，但资源占用多，运行速度慢。尽管这两种方法对于理解计算机组成原理不失为一种较好的选择，但由于缺乏实际应用背景，学生学习兴趣受到影响，教学效果也大打折扣，提高学生的动手能力、培养创新意识更是无从谈起。“汇编语言程序设计”课程也存在类似尴尬，讨论以16位个人计算机为背景的汇编语言程序设计知识，适合入门和了解基本原理，但与“计算机组成原理”、“计算机系统结构”课程一样，由于缺乏实际应用背景，教学目标无法完全实现。随着电子设计自动化(EDA)、系统编程(ISP)、片上系统(SOC)等技术的发展，32位个人计算机的应用已很成熟，多核64位计算机应用也将逐步成为主流。嵌入式系统设计需要较强的软硬件知识综合应用能力，因此在计算机硬件课程的教学中应加大相关新技术的比例，并根据实际及时调整教学内容。国外许多知名高校本科专业的教学内容已经作了适时调整，如麻省理工学院非常注重学生的设计能力的培养，为此专门开设了“计算机系统设计”课程，要求学生在实践环节中自主设计ALU、单指令周期CPU、多指令周期CPU乃至流水线32位MipsCPU和Cache；斯坦福大学也有相似的课程和实验环节；加州大学伯克利分校和杨百翰大学在基于可编程逻辑的超级计算机研制方面也有大量成果。当前在国内，案例教学已被越来越多的人所接受，尤其是在一些法学、工商管理类高校已经开始广泛运用。案例教学法是一种动态的、开放的教学方法，目标是解决学生如何用更有效的方式获得知识以提高应用能力的问题。案例教学法具有综合性、交互性、启发性、针对性和可操作性等多种特征，它的使用大大缩短了教学理论与实际应用之间的差距，同时对教师的教学观念产生了重大的影响。鉴于计算机专业知识与实际应用结合紧密的特点，教学中尤其适合案例式教学。目前在国内计算机课程的教学中，案例教学还处于一个起步阶段，主要表现在：案例教学比例不够，没有形成完整的体系；案例数量不足，质量欠缺；许多高校尽管重视案例教学的应用，但是在案例的搜集、整理与分析等方面相对滞后；案例陈旧，缺乏代表性等。
2以ISP技术为主线改革计算机专业硬件课程教学体系和教学内容
计算机本科专业涉及的硬件教学课程按合理教学顺序一般为“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、“计算机组成原理”、“计算机系统结构”、“微机原理与接口技术”、“单片机”、“嵌入式系统”等，一些课程可以在时间上重叠，如“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”等。由于ISP、EDA技术可以灵活地开发出具有自主知识产权的硬件产品，是目前工程实践领域和芯片设计领域运用最广泛也是最有应用前景的技术，因此在计算机硬件课程的教学中应该把相关技术列为重要内容，即以ISP、SOC技术为主线，使相关课程形成一个完整的体系，达到培养创新性人才的目的。为了实现这一目标，在“数字逻辑”课程中，应大幅增加可编程逻辑技术的比重，重点讨论用EDA方法，利用ISP技术、SOC技术设计IP核的方法，使学生对相关技术的应用及发展趋势有一个全面的理解，并具备基本的实践能力；在“计算机组成原理”课程中增加计算机设计原理和实践的内容，也可考虑再单独增加一门计算机设计课程以替代目前“计算机组成原理”课程设计，在该课程中重点讨论如何采用EDA方法，利用ISP技术、SOC技术设计计算机各部件如CPU、Cache等，通过实际应用和实践进一步加深对相关技术的理解和掌握。在“微机原理与接口技术”课程可以考虑以16位计算机应用知识入门，以讨论32位计算机的应用为重点。相应的，作为“微机原理与接口技术”课程的先行课程，“汇编语言程序设计”课程也应把相应的内容整体提升到32位，考虑到学习过程的先易后难，可以先介绍16位汇编语言程序设计知识作为入门，再对32位汇编语言程序设计相关内容展开。单片机系统本质上也是嵌入式系统，嵌入式系统是针对应用或用户定制的完整、高效的计算机系统，嵌入式系统设计需要较强的操作系统原理、应用程序设计和硬件设计方面知识的综合应用能力，其别是硬件系统设计能力可以通过以上几门硬件课程的系统学习逐步培养，因此相关课程的教学内容应注意衔接，同时遵循先易后难的原则，面向实际应用，以提高动手能力、增强创新意识为目的。针对实践教学，目前相关课程的实验教学的实验项目及内容固定，大多为验证性实验，实验步骤程式化，许多同学按教学实验计划做完实验，仍然无法充分理解课程的主要内容，无法真正拥有教学大纲所要求的动手能力。更重要的是计算机技术一直处于高速发展中，高等院校的计算机教学理应不断地适应这种要求，相关的实验教学应适时地调整教学内容。解决问题的一个好思路是利用ISP、SOC技术开发出一种内容可定制的硬件课程教学实验平台，由于作为控制对象的电路是相同或相近的，可以设计为通用模块，而实验平台控制部分则可以利用可编程逻辑改变，以适应不同的课程。如控制部分设计为基本CPU即可做“计算机组成原理”课程的相关实验；控制部分设计为单片机即可做“单片机”课程的相关实验；甚至控制部分可以设计为个人计算机CPU，配合有关的接口电路，即可做“微机原理与接口技术”课程的相关实验等。在我院的计算机本科专业相关硬件课程教学实践中，我们已作出了一些有益的探索，如我院“数字逻辑”教学大纲已在近年作过相应调整，EDA技术、可编程技术的理论和实践教学内容的比例从原来的20%增加到60%以上，经过多年的建设，“数字逻辑”课程在今年被评定为“湖北省精品课程”；在“计算机组成原理”课程中引入利用ISP技术设计CPU软核等教学和实践内容；“汇编语言程序设计”、“微机原理与接口技术”课程中也增加了32位计算机相关内容的学习和讨论，新的实验设备可以进行32位的相关实验等，这些安排增强了学生的学习兴趣，学生学习的主动性也明显提高了。
3采用案例教学法作为计算机专业硬件课程教学的主要方法
案例教学法是一种事半功倍的教学方法，在教学过程中围绕事先精选的典型的、具有工程背景的实际案例进行讨论，可以为同学们模拟实际应用的场景，获得近似于实战的经验。为完成设计目标，同学们自然会自己主动学习，在这一过程中掌握知识，并学会应用知识，提高解决问题的能力；也能通过用不同的途径解决问题，培养创新意识。这样教师在授课中可以把精力集中于教学内容的总体把握上，而不需要过分在知识细节上消耗时间，提高了教学效率。案例教学法关键在于选择合适的案例，案例首先必须有代表性和实时性，必须是实践中的典型应用实例。在实践中应用的几率高，具有普遍意义，这样的实例在教学过程中值得花费精力讨论和设计，才是有意义的。同样重要的是案例需具有实际工程背景，学生可以面对具体的实际问题和特定的环境，有针对性地通过自主学习和思考进行设计，培养实际解决问题的能力。案例还应该形成相对固定的案例集，并具备一定的开放性，应定期对案例集进行评估，剔除一些过时的案例，增加一些新的典型应用实例。这样就保证了案例的典型性、实时性及工程背景。在教学实践中，我们把案例教学法作为主要方法，并把案例分为4类：一是问题评论型，给出问题和解决问题的方案，让学生去评价；二是分析实现型，不给出解决方案，要求学生讨论分析以提出方案；三是实际模拟型，是指在教学过程中依据教学内容，让学生分别充当不同的角色，进行模拟性的实践活动；四是发展开放型，通过案例发现新的理论生长点，讨论相关理论的发展趋势。我院在相关课堂教学中采用的部分案例如表1所示。在“数字逻辑”、“计算机组成原理”等课程的重点章节教学中，我们通过采用上述案例法，调动学生成为积极参与者，而不是消极被动的听众，在案例学习和讨论中，鼓励学生提出更多解决问题的办法，在课堂上营造出积极发表意见和争论的气氛。这样提高了学生的学习兴趣，教学效果有明显改善，学生的动手能力有了显著增强。
4总结
为实现面向实际应用提高学生动手能力、增强创新意识、培养创新型人才、确定完整合理的计算机本科专业硬件理论教学和实践教学体系的目的，我们提出了以ISP技术为主线的计算机专业硬件课程教学改革方案。它的主要内容为两方面：一是调整现有教学体系和教学内容，如在“数字逻辑”、“计算机组成原理和系统结构”、“嵌入式系统设计”等课程中以“数字逻辑”课程为先导，以ISP、SOC技术为主线贯穿于各相关课程教学过程中；在“汇编语言程序设计”、“微机原理与接口技术”等课程中把主要内容全面提升到32位等。二是在教学中运用案例法，使学生成为教学活动的主体，形成学生自主学习、合作学习、研究性学习和探索性学习的开放型学习氛围。充分发挥案例教学有利于提高学生分析问题和解决实际问题的能力、有利于促使学生学会学习、有利于促使学生学会沟通与合作的优势。实践表明以ISP技术为主线的计算机专业硬件课程教学改革，符合国家高等质量工程建设中培养创新性人才的规划，有效地增强了学生的动手能力和创新意识。我们也意识到计算机工程教学是一个复杂的过程，牵涉到许多方面，我们将在实践中探索教学规律，不断提高教学水平，进一步改善教学效果。
【关键词】微机原理与接口技术；教学改革；实践教学
0.引言
关于微机原理与接口设计这门课程的学习，学生需要以应用的角度出发，在理论和实践的基础上掌握微型计算机的基本组成、汇编语言程序设计、工作原理、接口电路及硬件的连接等方面，同时在一定程度上还需要具备微机应用系软件和硬件开发的能力。由此可见，应用性强、内容丰富、教与学难度大、技术更新快是该课程的特点，加之计算机技术于微型计算机系统的迅速发展，新的微机接口技术也在不断涌现，所以有必要对这门课程进行教学改革和优化，起到教学相长的目的。
1.课堂内容与结构的优化
微机原理与接口技术课程中因为概念多、接口芯片多、专有名词多导致课程内容比较抽象，学生学习起来会有一定的困难。随着高新技术的层出不穷和计算机科学的迅猛发展，微机课程的教学在基础性、前沿性、先进性方面有很高的要求，需要对课程内容中的传统内容和现代内容进行合理的协调。大学专业课程教学与职业技术培训不同，学生的专业基础和分析能力必须是教学中的重点，不能盲目追求与最新技术的讲解。在微机原理与接口技术的教学中需要遵循从熟悉基本原理和概念着手，注意引用计算机中的新技术，及时更新课程内容，保持其先进性和时代性。具体做法如下：
第一，针对课程概念多、内容枯燥的问题，在具体实施课堂内容的组织时，教师可以采取重点讲解Intel的16位微处理器8086，对于其中相对重要的知识点包括部件结构BIU架构、执行部件EU、管脚定义与作用、指令系统、汇编程序设计方法等在内的知识实行详细的讲解。由于在8086CUP讲授上的方法和内容都比较成熟，所以对基本原理和概念的引用相对比较方便，而若是采用将教学内容的讲解全面提升到32位，就会加大学习难度，很容易导致概念和技术成为没有根基的东西，学生也就很难理解微机硬件结构和接口技术发展的过程，从而难以收到好的教学效果。第二，关注计算机的新技术，将一些最新的微机技术适当的补充到教学内容中，借鉴和吸收国外计算机教材中的优秀理念。
2.课堂教学方式优化
2.1合理应用多媒体教学辅助手段
在课堂的传授中合理应用良好的教学方式和手段可以有效提高学生的学习能力和素质。在微机原理与接口的课堂教学中，大部分的内容都只是用文字进行描述和定义，学生对于这种看不见摸不着的知识很容易产生厌烦的心理，学习时大多也只是知其然而不知其所以然。对于这种现象，我们需要摒弃那种照本宣科的授课方式，合理引用多媒体技术进行教学辅助以帮助学生更有效的学习。多媒体教学中包含了文字、图形、声音、动画在内的多种形式，能让抽象知识变得具体化和形象化，对学生的记忆和理解上有很大帮助。例如，在讲授指令系统的寻址方式时，教师可以将不同的寻址方式EU、BIU等部件做成Flash课件的方式。
2.2灵活引入现代仿真技术来加强教学
目前，虚拟仪器和仿真技术已经成为了现代科学研究和技术开发中的一大利器。而将这些仿真技术灵活引入到课堂教学中，同样也能发挥很大的作用，强化了课堂教学中的实际操作能力，提高了课堂教学质量。就EMU8086仿真软件来说，它不仅能模拟真实微处理器中的每一个步骤，显示出存储器、寄存器、变量、标志寄存器、堆栈，而且能虚拟外设，如交通红绿灯、LED、微机显示器等。可以称得上是一款极佳的辅助微机原理教学的仿真软件。
2.3强化网络教学平台的应用
加强网络教学平台的应用可以打破课堂教学时间和空间上的限制，对课堂教学进行延伸。关于这一点，可以实施建立网络教室，而网络教室的建立具备三方面的优势。第一，将课堂教学中的每个课件和多媒体动画传入网络教室中，学生可以通过下载后进行课前预习和课后温习的工作。第二，在网络教室中还可以提供一些国内外课堂的优秀讲课录像和工程项目技术资料等，帮助学生轻松获取国内外相关技术知识。第三，网络教室为教师和学生提供了一个资源共享的平台，利用网上交流、网上提问、网上授课等方式能有效提高师生间的互动和交流。
3.教学实验改革与实践
一直强调微机原理与接口技术是一门实践性很强的课程，所以在实际的教学中需要根据教学内容和进度，合理安排实验教学，让理论和实践实现统一。在实验教学中，对于教学内容要结合实用性和创新性原则来进行合理的选择，让学生在熟悉基础知识和理论的基础上，分析问题和解决问题的能力也得到进一步提高。根据难度和循序渐进的原则，实验内容可以划分为验证性实验、设计性实验、创新性实验三部分。
3.1验证性实验
验证性实验的内容包含基本汇编程序设计、可编程并行接口、中断与定时等。验证性实验包括基础部分和提高部分，验证性实验不仅要求学生按照书中的要求、步骤完成实验的基础部分，还要求学生在有效完成实验基础部分的基础上作出小的改进，达到提高部分的要求。这样一来，学生通过验证性实验的学生能对微机原理和接口芯片的相关工作原理有一个更深层次的认识，既提高了学生学习的积极性，又帮助学生提高了分析问题和解决问题的能力。
3.2设计性实验
设计性实验是对验证性实验的一次深入，有利于培养学生综合运用所学知识的能力。设计性实验的内容包含D/A转换、A/D转换、键盘与显示等方面的硬件和软件设计。在设计性实验中，要求学生运用所学知识对软件编程、软硬件调试、硬件电路设计。
3.3创新设计实验
创新性设计实验是这三种实验内容中难度最大的一个，在进行实验的时候，教师需根据学生的学习能力将学生进行小组的划分，教师提供多方面的实验课题让学生自行选择，并依据每小组的实际情况下达不同的任务，并在实验的过程中，及时解决学生的疑难问题，打开学生创作思维，指导学生有效完成实验。创新性实验不仅让学生深入了解了微机系统的设计开发过程，而且还培养了学生的团结协作能力和创新能力。
【参考文献】
[1]刘敏，滕华.微机原理及应用课程教改浅谈[J].西华师范大学学报，2003（1）：40-41.
[2]门洪，曹生现，冯玉昌等.“微机原理与接口技术”教学改革与实践研究[J].科技信息，2007，22.
[3]李骞，陈劲松.计算机高等教育改革若干探讨[J].中国成人教育，2010（7）：10-13.
“微机原理与接口技术”是电子电气信息类专业中一门非常重要的专业基础课程，其内容包括微处理器基本结构与工作原理、汇编语言指令系统、常用接口芯片的基本原理与编程方式、通过系统总线与外设接口进行连接的基本方法等，具备软件与硬件紧密结合的显著特点。该课程帮助学生从根本上认识和理解计算机的底层工作原理[1]，培养学生综合运用模拟电子技术、数字电子技术和汇编语言、C语言等相关知识，理解接口电路工作原理，设计接口电路及对接口电路进行初始化编程的能力。其中，汇编语言的编程能力对学生理解硬件工作原理及对接口芯片进行初始化编程具有非常重要的意义。笔者在实验教学中利用Debug[2-3]调试程序引导学生对汇编语言程序的执行过程进行详细跟踪分析，帮助学生理解计算机底层[4]工作的实质，取得了显著的效果。
1 主要命令简介
2.1 排序前内存中数据的存储情况
阅读此段程序可知，子程序disp用以显示字符串“Hello World！”，将disp子程序定义为中断处理子程序，分配的中断类型号为67H，利用指令“int 67h”实现中断调用显示字符串。子程序init_int将67H号中断原来的中断向量从中断向量表中取出来加以保存，将disp子程序的入口地址填写至中断向量表中把原来的中断向量替换掉。子程序restore_int用以恢复原来的中断向量。对程序调试过程如下。
4.1 查找原中断向量和数据段的值
5 结束语
利用Debug调试程序的主要命令，结合实例阐述了汇编程序执行过程的跟踪方法，展示了Debug调试程序强大的功能。在教学中，要充分利用Debug调试程序的几个主要命令，对课程内容做层次化设计[8]，引导学生对汇编语言程序的执行过程加以详细跟踪和比较分析，从而深入理解计算机底层工作的实质，这种方法不仅适用于“微机原理与接口技术”课程，对于其他微处理器和高级语言的学习都是有价值的。
参考文献：
[1] 曹玉波.Debug软件在微机原理课程教学中的应用与实践[J].吉林化工学院学报，2010.27（5）：21-24
[2] 龙祖强，梁昔明，杨利容.汇编语言程序调试工具DEBUG浅析[J].衡阳师范学院学报，2008.29（6）：33-35
[3] 董洁.浅谈DEBUG程序的主要命令用法[J].赤峰学院学报，2007.23（5）：61-62
[4] 孙丹岭，蒋方炎.汇编语言和微机接口技术实验教学探讨[J].计算机教育，2011.17：43-45
[5] 钱晓捷.汇编语言程序设计[M].电子工业出版社，2000.
[6] 罗万钧.田立炎，冯子纲，冯世蔚.汇编语言程序设计[M].西安电子科技大学出版社，1998.
关键词：《微机原理与控制技术》；工程实践教学；兴趣导向；启发式教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0128-02
《微机原理与控制技术》课程是为满足计算机应用领域对计算机应用人才的需要而设置的，属于计算机科学与技术专业本科阶段的专业必修课程，也是相关工程类专业学生的一门重要课程[1]。该课程在我校机械设计及自动化、机械制造及自动化、机械测试等专业经过了长期的建设，在课程体系、实验设备、教学方法与手段、师资队伍、教材等各方面积累了较为雄厚的基础。主要教学内容由“微机原理”和“微型计算机控制技术”两部分结合而成。其内容包括微型计算机原理及常用接口技术、汇编语言程序设计、计算机控制技术等方面。该课程涉及的相关知识范围很广，如模拟电路、数字电路、自动控制理论和计算机相关内容。根据笔者以往教学效果的反馈和对学生学习情况的调研，本课程当前存在的问题有以下四点：（1）课程的知识内容繁杂冗长，理论性过强，连贯性和逻辑性不强，导致学生对该课程的学习感觉压力大，缺乏信心、耐心和兴趣；（2）汇编语言程序学过后，学生评价是晦涩难懂，不知道为什么学，做什么用，非常迷茫；（3）配套验证性实验内容阻碍了发散性的思维。（4）教学方法和考核方式陈旧导致学生习惯于死记硬背，以应试为目的学习这门课程。鉴于这些原因，必须进行《微机原理与控制技术》课程的教学改革。
一、改革课程知识体系，改良教学内容
1.坚持工程教育与创新教育相结合，加强基础，强化工程，激发兴趣。笔者在第一堂课上，展示美国“Big Dog”机器人视频，告诉学生该机器人涉及的微机控制相关技术；通过讲解NI公司的“铅笔自动分拣”视频案例，让学生对于检测环节、控制环节有直观的认识；另外，“电锯紧急制动”视频案例也生动、形象地凸显了微机控制的重要性。在第一堂课上就让学生看到该课程涉及到的技术的应用前景，体会到在应用该课程的知识解决具体工程技术问题的乐趣，进而提高学生的学习兴趣、积极性和学习质量。
2.教学体系改革。为了提高教学内容的系统性，在该课程之前要求学生先修《计算机基础》、《自动控制原理》、《模拟电路》、《数字电路》及《传感器技术与应用》等课程[2]。《微机原理与控制技术》课程的开设时间在上述课程之后，这样，课程理论讲解过程涉及到数制、拉式变化、电路的相关内容，学生已经比较熟悉，讲解可以侧重于离散化控制系统的相关理论，如Z变换、数字控制器的模拟化设计与数字控制器的直接设计上，注重理论授课过程与教学案例的结合，缩减纯理论的授课时间，实现与传感技术、自动控制、模拟电路和数字电路等课程内容的结合。该课程可以为后续“单片机原理与应用”奠定基础。配合该课程的理论教学，开设微机接口应用试验、步进电机实验、温度测控试验及工程训练内容，达到理论知识的灵活运用，巩固教学成果。
3.教学内容改革。“微机原理与自动控制技术”课程的任务是使学生在掌握微机原理的基础上，对以前所学电类课程知识有更加深入的理解和综合运用的能力，并对微机系统及其控制应用有足够的理解，为学生建立机电结合的知识结构奠定基础。具体教学内容安排如下：①微机原理与接口技术。该部分教学内容安排如下：微型计算机的基本结构及工作原理；半导体存储器的特点、分类及应用；可编程并行接口8255的功能与接口方法；可编程串行接口8251；可编程定时器/计数器接口8253；可编程中断控制器接口8259的功能及与8086/8088微处理器的中断配合应用等知识简单掌握；重点掌握A/D和D/A接口的程序控制；输入输出接口与过程通道的功能及主要分类；典型电路的使用；常用抗干扰技术的原理与应用；常用传感器工作原理及测量数据预处理技术。②数字程序控制和数字控制器的设计。首先以典型的矩阵式顺序控制器、继电接触控制、可编程序控制器及微型计算机顺序控制器为例讲述顺序控制。其次介绍数字程序控制原理，接下来讲述数字控制器的模拟化设计和离散化设计。重点讲述PID控制器，包括PID控制器的控制算法、数字PID控制器的改进、PID控制器的参数整定等。最后简单讲述工程中会遇到的最少拍控制、纯滞后控制、串级控制、前馈控制及解耦控制等。③计算机控制系统的工程实现。在计算机控制系统的工程实现中，摒弃原有的晦涩难懂、应用性不强的汇编语言程序设计，学生可以利用已学的《C语言》来实现汇编语言同样的功能。该部分授课以案例教学为主，讲解城市交通管理控制系统分析与设计，该案例让学生模拟实现；啤酒发酵过程计算机控制系统，重点让学生了解传感器、执行器等元器件的选型、控制算法的设计、系统接口电路的制作、硬件设计和软件设计。结合实际课题，讲解本人团队所研发的微型铣床的控制系统，带学生现场参观。通过这部分的学习，让大家知道该课程的工程实际用途。④增加实践教学环节，可以把“微机原理与控制技术”的实践教学分成实验教学和工程实训教学两个主要的环节。实验教学训练学生的创造力。设计一个基于微机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置[3]。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号，并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。工程实训教学依托工程训练中心和本人所在的科研实验室，让学生自主完成一个计算机控制系统的分析、设计、安装和调试。
二、提升实践能力的启发式教学方法研究
丰富课堂教学手段，梳理日常教学脉络，完善教学日历。探索一套与课程体系、内容和结构相辅相成的教学模式，以启发式教学为重点，采用先给出问题，再回到理论，最终落到工程应用和实际；先从个别现象，再到一般情况；先从添补必要的零散知识，再到构建出整体的知识系统，使学生从宏观上掌握这门课程的核心理念和应用环境，从微观上拥有运用这类知识的理念、方法和手段。尝试将实验设备和微机设备引入教室（或者将课堂转移到工程训练中心或实验室），辅以具体的项目案例，边讲解边演示边练习，产生情景教学的效果[4]。教学中摒弃“填鸭式”的教学方法，而采用“吸引式”和“诱导式”的教学方法。采用视频、动画、讲解、实训、讨论等多种教学方式，教学方法和教学手段根据课程内容灵活调整，以充分调动学生的学习积极性，提高学生的逻辑思维能力和实践动手能力，提高授课效率，并最终形成生动形象、手段丰富、与知识内容相匹配的多样化授课和学习方式。增加实际工程案例视频，增加各种创新小制作视频，丰富完善本课程的教学课件。广泛收集NI公司的视频资料、兄弟院校相关精品课件及工程实际案例等来不断丰富、完善本课程的多媒体教学课件[5，6]。在日常的教学生活中，分配好不同课时的教学内容和教学任务，针对具体的知识内容采用最有效的教学手段和教学方法，将教学改革具体深入到每一个课时的每一个单元的教学环节上，让整个教学流程脉络更加清晰，层次更为分明，最终达到以整体教学思路带动局部教学环节、以局部教学环节的完善提高整体教学质量和效率。本课程教学中的图表示例比较多，比如系统结构框图、系统动态过程的响应波形、基本单元的控制电路等，因此在教学中利用多媒体等手段，结合MATLAB工具进行仿真教学，不但可以增加教学的信息量，而且对插图和课程中的重点和难点反复地进行指点和回顾，便于学生理解和掌握课程内容。另外，学生可在计算机上进行仿真实验，观察控制效果，有利于提高课程的教学质量，增强学生解决实际工程问题的能力，也能节省实验设备的投资。
《微机原理与控制技术》是一门集理论、实践、应用于一体的核心课程，笔者通过学生调查问卷发现：现有的《微机原理与控制技术》课程存在教学内容庞杂、知识内容理论性过强、实践性不够、学生对重点和脉络难以把握、以死记硬背为主等问题。通过改革课程知识体系，改良教学内容，采用提升实践能力的启发式教学方法，完善配套的实验，切实提高了该课程教学的灵活性和开放性，有效减少了学生对该课程的畏难情绪，激发了学生对相关知识的学习兴趣，充分调动了学生的主观能动性，提高了学生的工程意识和实践能力。
参考文献：
[1]李春叶，秦文萍.培养学生创新能力的微机控制技术实验教学研究[J].中国电力教育，2011，（19）：140-142.
[2]陆锋，陈桂，林健.自动化特色专业控制类专业课程改革探讨――以“计算机控制技术”课程改革为例[J].中国电力教育，2011，（13）：58-59.
[3]侯一民，史冬琳.《计算机控制系统》课程设计改革研究[J].课程教育研究，2013，（9）：90.
[4]张雪征.微机原理与接口技术课程教学方法探讨[J].高等教育研究，2011，28（3）：37-38.
