“微機原理與接口技術”教學改革探索與實踐

摘要：針對“微機原理與接口技術”教學現狀中存在的問題，進行了一些嘗試性的教學改革。改革過程中，充分利用Emu8086和Proteus軟件，緊抓課程理論講解和學生實踐能力培養，以期激發學生學習興趣和提升學生軟硬件開發能力。

關鍵詞：微機原理；接口技術；教學改革

作者簡介：王昊（1985-），男，江蘇泰州人，南京理工大學泰州科技學院，助教。（江蘇 泰州 225300）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）31-0084-02

“微機原理與接口技術”是電子信息類專業的一門必修專業基礎課程。課程內容涉及8086CPU工作原理及匯編語言設計、外圍存儲器工作原理及擴展設計、接口電路工作原理及應用設計三大方面，是一門兼有軟件設計與硬件電路設計的綜合應用性課程。[1]隨著計算機科學的發展，微機的應用也愈加廣泛，“微機原理與接口技術”課程在整個專業課程體系中也占據著越來越重要的地位，課程的教學質量好壞將直接影響學生后續課程的學習及畢業就業。因此，如何把握學生學習現狀，激發學生學習熱情，開拓學生思維，挖掘學生動手實踐能力，成為教學工作的重中之重。

一、“微機原理與接口技術”教學現狀

依據筆者所在學院“微機原理與接口技術”課程教學大綱安排，設定學分數為3，學時數為48，其中理論教學40學時，實驗教學8學時。教材選用彭虎、周佩玲編著，電子工業出版社出版的《微機原理與接口技術》，并配以其編著的《微機原理與接口技術學習指導》作為參考書。課程需要學生掌握匯編語言、8086微處理器與接口電路，目的旨在培養學生軟硬件開發能力。針對獨立學院學生特點，并結合兩屆學生的教學效果分析，發現傳統的教學過程中存在一些問題。

1.學生學習動力匱乏

現今微處理器已發展至64位，而本課程主講16位的8086/8088微處理器。部分學生認為課程學習16位微處理器缺少實際意義，沒有實際用處，從而導致學習能動性薄弱。

2.課程概念性強，記憶量大

“微機原理與接口技術”課程概念多、專用名詞多、接口芯片多、內容抽象，相互之間缺少必要的關聯和體系。學生面對大量的抽象概念，難以記牢，從而增加學習畏難情緒。

3.課程涉及軟硬件，難度較高

“微機原理與接口技術”是學生學習的第一門涵蓋軟件設計與硬件設計兩大方面的課程，其中軟件設計采用匯編語言。匯編語言與C語言風格差異較大，編程復雜。硬件設計電路接口豐富，對數電、模電相關知識應用要求較高。學生往往很難真正掌握微機與其接口電路的內部結構，很難形成匯編程序設計的思維方式，對教學內容似懂非懂，更不用說軟硬件開發能力的培養。同時，“微機原理與接口技術”也是一門教學難度較大的課程，存在學生基礎差異大的問題，教師很難把握教學的進度與深度。

4.課程實驗缺乏挑戰性

課程實驗基本為驗證性實驗。由教師給出匯編程序，給出電路接線圖，學生只需要將程序燒入微處理器，按照接線圖連接好各種線路，點擊調試運行按鈕，記錄實驗現象并撰寫實驗報告就可。整個實驗過程中，學生只是處于一個低級的操作工角色，很難激發學生的動手熱情。

二、“微機原理與接口技術”教學改革

針對上述教學現狀中存在的問題，本文從理論教學、實驗教學以及考核評價體系方面進行改革探索。

1.理論教學改革

“微機原理與接口技術”內容比較枯燥難懂，講課過程中經常出現學生聽課精神萎靡的現象。為了激發學生的學習興趣，達到預期的教學效果，在講課內容和講課方法上進行改革，充分調動學生學習的積極性和主動性。

（1）講解課程體系，提升學生課程認識。微機課程既是數電、模電的后續課程，又是單片機原理與應用、數字信號處理及嵌入式系統等課程的學習基礎，具有極強的承接作用。課堂教學中，講述微處理器從16位到64位的發展過程，梳理微機原理與接口技術、單片機、嵌入式系統的脈絡關系。例如，講述8086處理器結構，強調對單片機等處理器架構的影響；講述8086匯編語言，強調匯編語言在單片機、嵌入式課程中的應用；講述接口電路，復習數電、模電相關知識，同時涉及相同接口電路在單片機、嵌入式課程中的使用。通過對課程體系的講解，加強學生對課程意義的認識，改變認為微機課程無用的錯誤觀念。

（2）弱化抽象概念，突出重點、難點。微機課程只有40理論學時。在如此短的學時之內，要將各個知識點都講到，做到面面俱到，顯然是不現實的。因此，教學過程中，將概念進行篩選，舍去抽象、較冷僻的概念，只求學生重點掌握核心概念，從而消減其記憶量，將較多的課時安排到匯編程序編寫、接口電路的設計章節中。

（3）運用多媒體動畫，豐富講課形式。講課過程中，采用多媒體課件、FLASH動畫等現代化教學手段進行教學，將圖形、文字、動畫有機地結合在一起，豐富講課形式，增加學生學習興趣。例如，在8086尋址方式的教學過程中，8086的尋址方式共有8種，并且每種尋址方式都涉及到8086內部存儲器的相應操作，包括存儲器地址的形成和存儲器的讀寫，學生對此較難理解。為此，課堂上，利用FLASH，將存儲器地址的形成以及數據在存儲器中存入與取出的過程做成動畫，動態演示，富有感染力，使學生得到更多的視覺與聽覺的刺激，加速知識理解的過程。

（4）應用仿真專業軟件，進一步提升課堂效果。課堂教學中，對匯編語言的學習，學生最感興趣的是能夠直觀看到微處理器8086運行之后的程序結果；對接口電路的學習，同樣能夠直觀看到電路現象。單純利用多媒體、動畫顯然是不夠的。為此，在課堂教學過程中引入了仿真軟件Emu8086及Proteus，和多媒體動畫結合起來教學，進一步提升課堂效果。

Emu8086軟件基于Windows操作平臺，能夠進行匯編語言的編譯、調試與仿真，其軟件較小、便于安裝，同時界面友好、操作簡單。[2]在匯編語言的教學過程中，結合Emu8086講解程序，讓學生看到執行每條程序之后，相應寄存器的變化，直觀形象，加深對8086 CPU功能結構、存儲器結構、物理地址的形成以及對存儲器控制作用的理解。

Proteus軟件中的虛擬仿真模塊（VSM）包含了基于8086處理器的開發、測試和虛擬系統建模的全部功能，支持多種可編程接口芯片，例如8255A、8253、8259等。[3]在接口電路的教學過程中，利用Proteus軟件搭建電路，進行實時電路仿真演示，使抽象、乏味的理論教學變得直觀、生動。以8255A與8086 CPU進行電路設計為例，首先利用Emu8086軟件完成程序編寫，生成bin文件；其次在Proteus原理圖編輯窗口搭建仿真電路，將Emu8086生成的bin文件添加到8086芯片中，點擊運行；最后可通過單步查看按鍵查看每條程序執行之后相應寄存器值的變化，同時寄存器變化引起電路現象的變化。

2.實驗教學改革

“微機原理與接口技術”課程實踐性很強，通過實驗教學，著重培養學生的動手能力，幫助學生形成初步的軟、硬件開發能力。

學院于2007年購買了西安唐都科教儀器有限公司的TD-PIC 32位微機原理與接口教學實驗系統40套，為實驗教學提供了良好的硬件支撐。該系統通過PCI總線擴展卡將32位PCI擴展總線連接到實驗平臺上，通過邏輯電路轉換為準32位系統總線，提供豐富的實驗單元，如中斷控制器8259、DMA控制器8237、定時/計數器8254、并口8255A、鍵盤輸入及數碼管顯示等，同時各實驗單元采用排線連接方式進行連接。

實驗教學中，實行小班制，即40人為一班，保證每位學生都能得到充分的鍛煉。同時，結合學生基礎差異，打破單一的驗證性實驗教學，將實驗教學分為三個梯度：驗證性實驗、設計性實驗與綜合性實驗，難度系數逐級遞增。

驗證性實驗內容安排為教材中相應實例的驗證。例如8255A鍵盤控制實驗，[4]通過8255A控制LED顯示不同按鍵鍵值，加強學生對8255A芯片的應用能力。

設計性實驗為教師給定實驗內容與要求，讓學生自己完成設計方案并實現實驗功能。設計性實驗主要考查學生對多個芯片的使用與掌握情況。

綜合性實驗與學院開設的電子設計大賽相結合，不限題目，讓學生綜合應用課程中所學習的知識，設計一個小的系統，例如交通燈控制系統、電子鐘計時系統等，[5]需要完成程序編寫、硬件電路仿真調試、實物電路搭建，其中實物電路搭建可以利用TD-PIC 32位微機原理與接口教學實驗系統，也可以自己買實物、焊接電路板。綜合性實驗采用項目化管理制，即將40名學生分成若干項目組，成員自由組合，自由選題，展開組間競爭，定時向教師匯報項目進度。綜合性實驗教學過程中，學生為主，教師為輔。教師更多地進行設計方法的指導，充分發揮學生自己的主觀能動性。程序的編寫利用仿真軟件Emu8086，硬件電路仿真調試利用Proteus，電路板的繪制利用Protel。通過這一系統流程，給學生傳輸軟硬件設計的基本思想和設計流程，為后續單片機、嵌入式課程學習打下鋪墊；同時，采用企業項目化管理制，激發學生間合作與競爭意識，為后續走上工作崗位進行試鍛煉。

3.考核評價體系改革

傳統考核方式主要通過最后期末考試，只強調結果考核而忽視了過程考核，較為粗放。因此，考核評價體系改革中引入課程形成性考核。所謂課程形成性考核，是指依據一定的標準，按照一定的程序和方法，定期或不定期對學生課程學習過程的狀況進行考核和評價，并將考核和評價的結果作為評定學生課程學習成績依據的過程。[6]教改過程中，在課堂教學、實驗教學過程中，制定量化指標，實時考核學生掌握知識情況，學生只有通過課程成形性考核達到一定標準之后才能參加期末考試；同時，根據學生整體考核情況實時調整教學進度和教學難度，以考核促教學，增強教師對學生的了解。課程形成性考核避免了教師憑主觀印象給分或參雜個人好惡，避免了分數至上的弊端，使得考核更加公平公正。

三、結語

“授之以魚不如授之以漁。”教師教學過程中，除了傳授學生知識，應更多地給學生講解分析問題和解決問題的方法，變學生被動學為主動學。教改過程中，課堂教學利用仿真軟件Emu8086及Proteus，賦予學生直觀電路現象，加深學生知識理解，激發學生主動學習興趣；實驗教學通過多重實驗，傳授解決實際問題的方法，培養學生動手能力，讓他們熟悉軟硬件系統開發流程。計算機技術的發展日新月異，“微機原理與接口技術”教學也必須緊跟時代步伐。因此，“微機原理與接口技術”教學改革應當不斷實踐和創新，讓學生具備一定的軟硬件開發能力，適應將來的學習和工作需要。

參考文獻：

[1]張蘭紅，陸廣平，周云龍.“微機原理與接口技術”課程教學的探索與實踐[J].電氣電子教學學報，2008，30（5）：93-95.

[2]谷兆麟.基于EMU8086的微機系統的輔助學習方法[J].天津工程師范學院學報，2006，16（4）：26-27.

[3]李現國，張艷.Proteus仿真在微機原理及接口技術教學中的應用[J].實驗技術與管理，2010，27（12）：125-127.

[4]彭虎，周佩玲，傅忠謙.微機原理與接口技術[M].第3版.北京：電子工業出版社，2011.

[5]鄒逢興.微機原理與接口技術經典實驗案例集[M].北京：高等教育出版社，2010.

[6]李家林.高職教育課程形成性考核探討[J].職業技術教育，2006，（28）：

15-17.

（責任編輯：劉輝）