面向應用的微型計算機系統教學實踐

郭忠文　蔣永國　馮　源　洪　鋒　曲海鵬

摘要:提高學生的實踐能力和應用能力,對于提高人才培養質量具有重要作用。本文以課程相關的實際應用系統為主要線索,重新對微型計算機原理課程的教學和實驗內容進行組織和安排。實際教學表明,學習本課程后,學生的實踐能力及專業知識的應用能力明顯提高。

關鍵詞:微型計算機系統;面向應用;實踐教學

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

多年的教學經驗和目前社會對人才的需求表明,提高本科生的實踐和應用能力,對于提高學生的培養質量,更好地滿足國家企事業單位對人才的需要具有重要作用。目前關于微型計算機原理的教學,存在多種教學課程,如“微型計算機原理”、“微型計算機原理與接口技術”和“微型計算機系統”等,但課堂的主要教學內容基本相同,即主要介紹微處理器的結構、指令系統、匯編語言、接口芯片、總線和輸入輸出、外設等。

由于課程內容涉及硬件內容較多,課堂內容相對抽象、枯燥,學生學習興趣低、課堂內容理解困難。目前配備的實驗系統大多針對課堂內容設計的實驗項目,由于實驗箱設計的功能過于完善,需要學生動手實踐的內容很少,使學生對實驗內容的理解仍然難以深入。更大的問題是,學生在學習課程過程中,對課程內容和實際應用難以聯系,感到迷茫,甚至有些學生認為,若將來進行軟件編程,學習該課程沒有實際用處,因此影響了學習興趣和學習效果。同時,針對課程內容設計的實驗項目,對于加深課堂內容的理解具有重要作用,但是與實際系統應用還有很大距離。

實際上,“微型計算機系統”是一門與實際應用緊密聯系的課程。為了解決學生中存在的上述問題,文獻[1]中提出了利用綜合實驗提高學生應用能力的教學方法。文獻[2]針對如何提高學生的創新能力提出了教學思路。我們以課程相關的實際應用系統為主要線索,對課程內容和實驗內容進行組織和編排,使課程內容、實驗內容與實際應用系統緊密結合,提高學生對課程學習的針對性,使學生在力求解決實際應用系統問題的過程中,掌握教學內容,這樣不僅使學生加深了對課程內容的理解,而且使學生對本課程的實際應用有了直觀印象和實際體會,顯著激發了學生的學習興趣,取得了良好的教學效果,明顯提高了教學質量。通過針對實際應用的實踐能力培養,利用所學知識解決實際問題的能力得到有效提高,從而使學生更有效地介入老師的科研活動,進一步促進學生的培養質量的提高,形成教學、科研相互促進的良性循環。

2應用系統的選擇與教學實踐

“微型計算機系統”課程是在講述微處理器原理的基礎上,重點講述微型計算機接口技術,因此我們選擇與微型計算機接口密切相關的家電測試系統和機房安全監視系統作為課程講授的典型應用系統。這兩種應用系統也是我們課題組長期從事科研開發的應用系統,具有較為豐富的開發經驗和體會,相關內容補充到教學中,教學及實驗內容具體、生動,對于學生將來從事該領域的開發和研究幫助很大。

2.1電冰箱測試系統

電冰箱測試系統的硬件結構如圖1所示,在建立應用系統的過程中,實際的硬件系統是成熟硬件產品的系統集成,所需研制的主要內容是編制數據采集軟件,通過數據采集設備的接口獲得測試數據,利用測試數據進行有關計算和處理。由于數據采集設備不同,設備的接口也不同。我們把實際應用系統中采用的、與課程緊密相關的接口引入教學和學生實驗中。

2.2機房安全監視系統

機房安全監視系統的硬件結構如圖2所示。與電冰箱測試系統的明顯不同在于,該系統是一個網絡化的系統,所有傳感器或智能儀表通過本地的數據采集器進行硬件集成,采集軟件是通過網絡訪問數據采集器獲得采集數據,或通過數據采集器再訪問智能儀表獲得相關傳感器數據,這是一種計算機接口在網絡環境下的典型應用,而以往的教科書中沒有涉及該方面的內容。

2.3應用系統整體概念的建立

因實際應用系統的開發工作量較大,很難在教學和實驗的有限課時內完成,因此我們對原有實際應用軟件系統進行改造,留出與實驗程序的軟件接口,關鍵和典型的應用模塊讓學生在實驗中進行開發,和原來的實際應用系統連接后即可構成完整應用系統。而原有系統的源代碼和開發文檔可提供給學生,以幫助感興趣和有精力的學生業余時間進行自學。電冰箱測試系統和機房安全監視系統的軟件功能結構基本相同,如圖3所示。

同時,為了讓學生感受到實際應用系統的情況,我們拍攝了大量現場情況的照片(電冰箱測試的實際場景如圖4所示)給學生提供直觀印象,并且與應用單位保持緊密聯系,組織學生適當次數的應用單位參觀,使學生深刻感受到所學課本內容是實際中真正需要應用的知識,提高學生的學習興趣和動力。

3教學內容的組織

為了提高教學效果,對教學內容重新進行了精心組織,不追求課程內容多,在講述微型計算機基本原理的基礎上,希望學生對課堂內容的理解能夠更深一步。因學生只要對學過的內容能夠深入理解,在實際需要時,對于其他教學內容可以非常容易地通過自學掌握,適當減少基本教學內容、增加相關實際應用案例,不僅不會降低教學效果,反而會很大程度上提高教學效率。為了使引入的實際案例便于學生理解,把相關的實際應用與基礎內容緊密聯系,如常用的數據采集設備與采集設備的實際通信協議等緊密聯合。調整后的教學內容,是微型計算機基本原理和實際應用系統的緊密結合,經過教學實踐證明,這種教學內容更容易引起學生的學習興趣,更便于學生從整體上把握學習本課程的用處和目的。調整前與調整后的教學內容對比如表1和表2所示。

4實驗內容的組織

在學習本課程后,為了使學生能夠盡快適應相關應用系統開發的需要,我們結合課程內容,選取來源于科研開發的實際應用系統的關鍵模塊作為實驗案例,對課程實驗進行系統化的設計和安排。同時對原有的應用系統進行改造,保留設計系統研發的關鍵難點作為課程實驗主要內容,對其他模塊設計與實驗模塊的接口,以便能夠與實驗內容進行銜接。只要學生把實驗模塊開發完成,就可和其他模塊構成完整的應用系統。

對于非實驗模塊,以詳細開發文檔和完整注釋代碼的形式提供,可讓學生在課余了解更多實際系統開發細節方面的內容。因實驗中用到的系統開發模型,是在多年科研開發活動中的經驗總結,甚至很多內容是科研活動中的創新。因此,在真正系統開發時,可以把課堂及實驗中的軟件代碼直接應用于所開發的系統,顯著提高開發效率。與原來原理性的教學內容相比,在面向應用的課程實驗教學過程中,通過把生動的應用實例擺在同學面前,極大地提高了他們的學習興趣,同時讓學生深刻感受到學習本課程的意義、目的和用處。實驗內容調整前與調整后的內容對比如表3和表4所示。

5結束語

從以上的敘述內容可以看出,在課程原有基本原理的基礎上,我們以課程相關的實際應用系統為核心,分別對課堂教學內容、實驗內容設置和實驗教學設備進行了系統化的設計和補充。教學實踐表明,通過教學內容的精心調整,明顯改變了學生以前對課程內容的應用前景感到迷茫的狀況,激發了同學們的學習興趣,同時增加了學習內容的實用性,明顯縮短了從課堂學習到熟練進行實際應用系統開發的轉換時間,能夠更好地滿足相關企事業用人單位的需求,顯著提高學生在同類專業中的競爭能力,對促進本課程教學質量的提高具有積極的推動和示范作用。

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