《微機原理》課程教學方法改革研究

周蕊

摘 要：《微機原理》課程是電子信息專業的必修專業基礎課，課程特點是知識點多，涵蓋面廣，理論性強。該文從教學內容、教學方法、教學實踐等方面討論了該課程的改革和創新思想方法，旨在找到更合適學生學習的授課方法，提高學生學習興趣及動手能力。通過實際的教學實踐過程證明，取得了良好的效果。

關鍵詞：教學改革 教學實踐 動手能力 綜合開發

中圖分類號： TP301-4 文獻標識碼： A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0125-02

《微機原理》這門課是學分制改革以來全國各高校重點建設的實踐性專業基礎課程之一，也是工科電子類及很多非計算機專業的專業基礎課。本課程主要講述目前國內外廣泛應用的INTEL 80X86系列微機原理及匯編語言程序設計，培養學生從理論和實踐上掌握微機的基本組成、工作原理，以及與常用外設的硬件連接等知識，是學生初步具有應用危機系統軟、硬件的能力，為更廣泛的計算機應用打下基礎，為學生將來進一步學習深造計算機相關專業或從事IT行業相關工作打下基礎。然而，在學習這門課程之初，一些非電類專業，如應用數學專業的學生，《程序設計語言》、《數字電子技術基礎》等先修課的基礎并不牢固，也未進行生產實習，大部分學生對計算機內部的構造還不十分了解。傳統的授課方式導致學生在學習微機原理理論性強，知識點多的基礎知識時略顯枯燥，無法理解內部指令流和數據流的工作過程，在接觸接口芯片應用系統分析及設計技術這部分知識點時，覺得難以理解；在學習匯編語言程序設計技術時，覺得指令晦澀難懂，無從下手。加之實驗項目設置死板，并且大多數是以實驗箱為主，學生只做簡單連線，使用實驗指導書上現有的程序敲入運行再根據實驗指導書寫出實驗報告即可，根本無法真正掌握用匯編語言設計硬件驅動和控制程序的方法。學生的學習主動型沒有的到發揮，實際動手能力也沒有得到鍛煉，后續再進行軟、硬件結合的綜合項目開發就會非常困難了。基于這些原因，進行《微機原理》這門課程的教學改革就顯得非常有必要了。近些年來，結合以上這些問題，并根據對不同專業學生課堂授課經驗和實驗輔導過程，我們從教案編排，授課方法和教學實踐幾方面進行了有益探索和改革，并取得了良好的效果。

1 結合專業特點，結合培養方案，重新編排、整合教案

《微機原理》這門課程，我們除了針對電氣與自動化控制、測控技術、信息工程專業開設外，還特別在應用物理和應用數學專業的第5學期作為必修的專業基礎課開設，目的是使學生掌握這門綜合專業基礎知識，提高學生認識硬件，開發硬件的能力，畢業后能在工業自動化、測控和信息通訊技術領域中進行綜合的應用。一般專業開課課時為56課時，可以根據所定教材依章節進行講授。但是像應用物理，特別是應用數學專業，我們對學生的綜合設計能力要求低于其他專業，所以一般課時安排為48課時。在較少的課時下，如何讓學生掌握整個課程對應的知識點，并深入理解重點內容進行綜合應用，在授課過程中就應該對教案進行適當的整合編排了。我們可以采取分散知識點[2]的方法，將學生必須掌握的內容整合為12個知識點，每次課講授一個知識點。例如，在以往的授課方案中，在介紹完8088CPU的引腳及功能后，緊接著會介紹CPU的功能結構包括內部EU及BIU和14個寄存器，以及存儲器組織，然后才介紹CPU作為芯片的工作時序。而在工作時序的講解過程中又會大量引用CPU的各個引腳介紹不同時鐘周期的工作過程[1]。由于學生第一次學習芯片，各引腳的名稱和作用掌握起來比較困難，如果授課進程較快，學生在還沒有完全掌握引腳功能的情況下，又要記憶寄存器名稱、作用和分段存儲的原理，這樣造成了知識點的記憶斷裂，最后在學習工作時序時就會完全想不起來各個引腳的功能，影響了學生對總線周期的理解。我們可以這樣進行整合：先介紹8086CPU的特點，再介紹功能結構和存儲器組織，讓學生對CPU的整體結構有一個了解，然后再講CPU芯片的引腳功能，再趁熱打鐵結合各引腳不同時鐘周期的工作講解CPU芯片的工作時序。再比如，操作數的尋址方式這個知識點也是很重要卻不容易理解的一部分內容，一般教材是將所有尋址方式混雜在一起不分類型的安排，我們可以這樣進行整合：先介紹計算機內部操作數的類型--立即數，寄存器操作數，存儲器操作數。接著分析計算機在執行指令時是如何尋找這些操作數的，也即操作數的尋址方式問題，所以由此就產生了立即數尋址、寄存器尋址，和存儲器尋址這三大類尋址方式，在存儲器尋址方式這一大類下，再講解直接尋址、寄存器間接尋址、寄存器相對尋址等尋址方式，這樣一體化安排，更容易理解和掌握。

2 通過生活實例，采用啟發式教學方法，提高學生興趣和主動性

在傳統的授課方法中，老師往往采取板書授課或者多媒體授課，在一堂課中，不停的在黑板上寫，占用了大部分時間；或者在講PPT過程中不斷地翻頁。單純的使用這兩種方法都會使學生難以集中思想去聽完完整的50分鐘，所以課堂效果不理想。我們可以采取板書和多媒體相結合的方法，在教師不斷地啟發下，詳細復雜的知識點和芯片結構圖等采用幻燈片放映，而各章節框架采用板書的形式，結合教師的設問和提問，不斷讓學生處于好奇和思考的學習過程中，這樣教師也擺脫了繁重的板書，學生也變得活躍而充滿求知欲望，課堂效果良好。

比如，在區分寄存器與存儲器時，我們可以把身體比作CPU，從生活中的儲物袋對學生進行啟發。要進行存儲，可以把距離身體很近的褲兜比作寄存器，而將手中的大量購物袋比作存儲器。當我們購物完畢，手中提著10個塑料袋，同時褲子上有四個口袋。當你有一塊零錢時，你會把它存放到哪？學生只要稍作想象，就會答出存進褲兜，也就是寄存器中，因為這里方便存取。倘若存入10個塑料袋中的某一個，你要上車投幣時，恐怕車走了，你的一元錢還沒找到。通過這個例子啟發學生，寄存器距離CPU近，雖然容量小，但是使用方便，存取速度快；而存儲器容量大，但是進行數據存儲時，存取速度慢，而且需要知道明確的地址。通過這個實例，不但加深了學生對寄存器和存儲器存取方法的認識，而且提高了學習相關知識點的興趣。再比如，CPU對存儲器的操作方式分為讀和寫兩種方式，很多學生分不清讀操作和寫操作的數據流向。如果將CPU比作大腦，當我們在讀書的時候，是把書上的數據往腦子里讀，同理從存儲器向CPU傳送數據時，稱為為存儲器讀；我們在寫字時，是把腦子里的事往書上寫，同理由CPU向存儲器傳輸數據時，稱為存儲器寫。通過這種實例啟發學生，還可以理解I/O指令中，IN輸入指令為讀外設，OUT輸出指令為寫外設指令。如果能把學生難以理解或記憶的知識用日常生活中的實例加以啟發講解，再抽象的問題學生也會產生濃厚的興趣，形成習慣后，學生會自發聯想生活實際去理解問題，從而變被動接受為主動學習，課堂效果良好。endprint

3 調整實驗大綱，因材施教改變實踐教學模式，提高學生實際動手能力

理論是實踐的基礎，《微機原理》這門課程不但具有很強的理論性，而且具有很強的實踐性和應用性，很多理論知識只有通過實踐教學才能得以真正理解。如果只是單純的進行理論分析，就會讓學生覺得枯燥乏味，逐漸缺乏參與與學習的積極性[3]。傳統的實驗往往采用實驗箱，學生通過簡單連線和運行現有程序對芯片進行功能驗證，即使是綜合設計性實驗也是如此。在這種實驗氛圍下，學生對于較難的軟硬件問題不愿動腦筋思考，更加缺乏自主創新的意識，所以勢必要對實驗大綱和實驗模式加以改革。

3.1 成立學研小組，以小組為中心，開展各項實踐項目，達到實踐目的

以往的實驗往往將學生分為2人一組，學生按部就班照著教師，按照實驗指導書的步驟完成實驗，結果導致大部分同學的實驗報告是同一版本，沒有達到鍛煉學生動手能力的目的。在實踐教學改革中，我們打破以教師為核心的單一教學模式，讓學生自發成立學研小組，由教師指導，開展與課程相關知識內容的程序設計和芯片與電路相結合的應用設計創新，通過小組學習和討論、實踐，不斷深化理論知識，鍛煉動手能力增強創新意識；于此同時，新增一些綜合實驗和自主創新實驗，以學研小組為中心鼓勵學生獨立完成從實驗方案到芯片選擇及程序填寫的全過程；在畢業設計和生產實踐等實際動手環節環節適當增加與微機原理相關的課題，給學生適當的展示機會，切實達到實踐的目的。

3.2 結合課本知識，在實踐中擴充知識面，提高學生綜合開發能力和開發興趣

很多學生在學習過程中反映接口芯片應用系統分析及設計技術這部分知識點難以理解，只能死機硬背一些芯片的引腳功能和工作方式，實際應用起來覺得無從下手。而且很多課本上介紹的接口芯片在市面上實際應用已經很少，甚至不再生產了，這就導致在使用此類芯片時，只能靠實驗箱內部集成的現有設計，這樣大部分對理論知識理解都不夠透徹的學生就無法真正學會芯片的應用，自主創新就更難了。授課教師可以利用市面時下流行的系統開發工具，根據教學要求，針對學生接受能力設計具有實踐性的案例，拓寬學生知識面。

例如，在課本中定時器/計數器介紹的是8253A可編程定時器/計數器，教師在講解該芯片應用的同時，還利用實踐課為學生介紹了SONIX微控器開發系統，利用該開發系統就可以制做計時器了。微控制器開發系統根據應用系統的需求，可集硬件實際及軟件調試和修改的完成于一身，它實際上也是一種計算機系統，是專門用來開發微控制器應用系統的工具，它通常由一臺PC機、一個通用在線仿真器和一個編程器（也稱燒寫器）等組成，如圖1所示。設計人員借助于PC機上運行的系統開發軟件，就可以輸入、刪除、編輯用戶程序，也可以把用戶程序匯編成目標代碼通過LPT口傳送到仿真器，并通過仿真器在線運行和調試用戶程序。編程器可以對微控器片內ROM進行編程和校驗。教師利用課余時間購買相關硬件器材，焊接了硬件電路板，將所需的程序燒錄入芯片設計了時鐘定時器。并且在實驗課上給學生講解了SONIX開發工具及使用方法，詳細說明案例設計步驟及用到的相關硬件和內部的匯編程序，并讓同學們了解了計時器的設計方法和編譯原理，極大地提高了學生實驗開發的興趣及深入研究的積極性，綜合開發能力也通過該案例有了實質性提高。

4 結語

隨著計算機科學技術的迅猛發展，社會對人才要求越來越高，這就不斷地向我們提出新的目標和要求。《微機原理》課程教學改革從教學內容，教學方法及實踐手段幾方面著手，采取多種途徑提高學生對知識的掌握能力及實際動手能力和創新能力。通過教學改革，學生提高了興趣，增強了學習的主動性，教學質量也得到了提高，教學效果良好。今后還應鼓勵優秀學生參加創新設計競賽，進一步鍛煉自身的應用設計能力。

參考文獻

[1] 馮博琴.微型計算機原理與接口技術[M].3版.北京：清華大學出版社，2001.

[2] 華艷秋.《微機原理與接口技術》課程一體化教學改革的探討[J].科技創新導報，2011（34）.

[3] 謝勤嵐.微機原理課程教學改革的探討[J].理工高教研究，2009，28（4）.

[4] 周明德.微型計算機系統原理及應用[M].4版.北京：清華大學出版社，2002.endprint

3 調整實驗大綱，因材施教改變實踐教學模式，提高學生實際動手能力

理論是實踐的基礎，《微機原理》這門課程不但具有很強的理論性，而且具有很強的實踐性和應用性，很多理論知識只有通過實踐教學才能得以真正理解。如果只是單純的進行理論分析，就會讓學生覺得枯燥乏味，逐漸缺乏參與與學習的積極性[3]。傳統的實驗往往采用實驗箱，學生通過簡單連線和運行現有程序對芯片進行功能驗證，即使是綜合設計性實驗也是如此。在這種實驗氛圍下，學生對于較難的軟硬件問題不愿動腦筋思考，更加缺乏自主創新的意識，所以勢必要對實驗大綱和實驗模式加以改革。

3.1 成立學研小組，以小組為中心，開展各項實踐項目，達到實踐目的

以往的實驗往往將學生分為2人一組，學生按部就班照著教師，按照實驗指導書的步驟完成實驗，結果導致大部分同學的實驗報告是同一版本，沒有達到鍛煉學生動手能力的目的。在實踐教學改革中，我們打破以教師為核心的單一教學模式，讓學生自發成立學研小組，由教師指導，開展與課程相關知識內容的程序設計和芯片與電路相結合的應用設計創新，通過小組學習和討論、實踐，不斷深化理論知識，鍛煉動手能力增強創新意識；于此同時，新增一些綜合實驗和自主創新實驗，以學研小組為中心鼓勵學生獨立完成從實驗方案到芯片選擇及程序填寫的全過程；在畢業設計和生產實踐等實際動手環節環節適當增加與微機原理相關的課題，給學生適當的展示機會，切實達到實踐的目的。

3.2 結合課本知識，在實踐中擴充知識面，提高學生綜合開發能力和開發興趣

很多學生在學習過程中反映接口芯片應用系統分析及設計技術這部分知識點難以理解，只能死機硬背一些芯片的引腳功能和工作方式，實際應用起來覺得無從下手。而且很多課本上介紹的接口芯片在市面上實際應用已經很少，甚至不再生產了，這就導致在使用此類芯片時，只能靠實驗箱內部集成的現有設計，這樣大部分對理論知識理解都不夠透徹的學生就無法真正學會芯片的應用，自主創新就更難了。授課教師可以利用市面時下流行的系統開發工具，根據教學要求，針對學生接受能力設計具有實踐性的案例，拓寬學生知識面。

例如，在課本中定時器/計數器介紹的是8253A可編程定時器/計數器，教師在講解該芯片應用的同時，還利用實踐課為學生介紹了SONIX微控器開發系統，利用該開發系統就可以制做計時器了。微控制器開發系統根據應用系統的需求，可集硬件實際及軟件調試和修改的完成于一身，它實際上也是一種計算機系統，是專門用來開發微控制器應用系統的工具，它通常由一臺PC機、一個通用在線仿真器和一個編程器（也稱燒寫器）等組成，如圖1所示。設計人員借助于PC機上運行的系統開發軟件，就可以輸入、刪除、編輯用戶程序，也可以把用戶程序匯編成目標代碼通過LPT口傳送到仿真器，并通過仿真器在線運行和調試用戶程序。編程器可以對微控器片內ROM進行編程和校驗。教師利用課余時間購買相關硬件器材，焊接了硬件電路板，將所需的程序燒錄入芯片設計了時鐘定時器。并且在實驗課上給學生講解了SONIX開發工具及使用方法，詳細說明案例設計步驟及用到的相關硬件和內部的匯編程序，并讓同學們了解了計時器的設計方法和編譯原理，極大地提高了學生實驗開發的興趣及深入研究的積極性，綜合開發能力也通過該案例有了實質性提高。

4 結語

隨著計算機科學技術的迅猛發展，社會對人才要求越來越高，這就不斷地向我們提出新的目標和要求。《微機原理》課程教學改革從教學內容，教學方法及實踐手段幾方面著手，采取多種途徑提高學生對知識的掌握能力及實際動手能力和創新能力。通過教學改革，學生提高了興趣，增強了學習的主動性，教學質量也得到了提高，教學效果良好。今后還應鼓勵優秀學生參加創新設計競賽，進一步鍛煉自身的應用設計能力。

參考文獻

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[3] 謝勤嵐.微機原理課程教學改革的探討[J].理工高教研究，2009，28（4）.

[4] 周明德.微型計算機系統原理及應用[M].4版.北京：清華大學出版社，2002.endprint

3 調整實驗大綱，因材施教改變實踐教學模式，提高學生實際動手能力

理論是實踐的基礎，《微機原理》這門課程不但具有很強的理論性，而且具有很強的實踐性和應用性，很多理論知識只有通過實踐教學才能得以真正理解。如果只是單純的進行理論分析，就會讓學生覺得枯燥乏味，逐漸缺乏參與與學習的積極性[3]。傳統的實驗往往采用實驗箱，學生通過簡單連線和運行現有程序對芯片進行功能驗證，即使是綜合設計性實驗也是如此。在這種實驗氛圍下，學生對于較難的軟硬件問題不愿動腦筋思考，更加缺乏自主創新的意識，所以勢必要對實驗大綱和實驗模式加以改革。

3.1 成立學研小組，以小組為中心，開展各項實踐項目，達到實踐目的

以往的實驗往往將學生分為2人一組，學生按部就班照著教師，按照實驗指導書的步驟完成實驗，結果導致大部分同學的實驗報告是同一版本，沒有達到鍛煉學生動手能力的目的。在實踐教學改革中，我們打破以教師為核心的單一教學模式，讓學生自發成立學研小組，由教師指導，開展與課程相關知識內容的程序設計和芯片與電路相結合的應用設計創新，通過小組學習和討論、實踐，不斷深化理論知識，鍛煉動手能力增強創新意識；于此同時，新增一些綜合實驗和自主創新實驗，以學研小組為中心鼓勵學生獨立完成從實驗方案到芯片選擇及程序填寫的全過程；在畢業設計和生產實踐等實際動手環節環節適當增加與微機原理相關的課題，給學生適當的展示機會，切實達到實踐的目的。

3.2 結合課本知識，在實踐中擴充知識面，提高學生綜合開發能力和開發興趣

很多學生在學習過程中反映接口芯片應用系統分析及設計技術這部分知識點難以理解，只能死機硬背一些芯片的引腳功能和工作方式，實際應用起來覺得無從下手。而且很多課本上介紹的接口芯片在市面上實際應用已經很少，甚至不再生產了，這就導致在使用此類芯片時，只能靠實驗箱內部集成的現有設計，這樣大部分對理論知識理解都不夠透徹的學生就無法真正學會芯片的應用，自主創新就更難了。授課教師可以利用市面時下流行的系統開發工具，根據教學要求，針對學生接受能力設計具有實踐性的案例，拓寬學生知識面。

例如，在課本中定時器/計數器介紹的是8253A可編程定時器/計數器，教師在講解該芯片應用的同時，還利用實踐課為學生介紹了SONIX微控器開發系統，利用該開發系統就可以制做計時器了。微控制器開發系統根據應用系統的需求，可集硬件實際及軟件調試和修改的完成于一身，它實際上也是一種計算機系統，是專門用來開發微控制器應用系統的工具，它通常由一臺PC機、一個通用在線仿真器和一個編程器（也稱燒寫器）等組成，如圖1所示。設計人員借助于PC機上運行的系統開發軟件，就可以輸入、刪除、編輯用戶程序，也可以把用戶程序匯編成目標代碼通過LPT口傳送到仿真器，并通過仿真器在線運行和調試用戶程序。編程器可以對微控器片內ROM進行編程和校驗。教師利用課余時間購買相關硬件器材，焊接了硬件電路板，將所需的程序燒錄入芯片設計了時鐘定時器。并且在實驗課上給學生講解了SONIX開發工具及使用方法，詳細說明案例設計步驟及用到的相關硬件和內部的匯編程序，并讓同學們了解了計時器的設計方法和編譯原理，極大地提高了學生實驗開發的興趣及深入研究的積極性，綜合開發能力也通過該案例有了實質性提高。

4 結語

隨著計算機科學技術的迅猛發展，社會對人才要求越來越高，這就不斷地向我們提出新的目標和要求。《微機原理》課程教學改革從教學內容，教學方法及實踐手段幾方面著手，采取多種途徑提高學生對知識的掌握能力及實際動手能力和創新能力。通過教學改革，學生提高了興趣，增強了學習的主動性，教學質量也得到了提高，教學效果良好。今后還應鼓勵優秀學生參加創新設計競賽，進一步鍛煉自身的應用設計能力。

參考文獻

[1] 馮博琴.微型計算機原理與接口技術[M].3版.北京：清華大學出版社，2001.

[2] 華艷秋.《微機原理與接口技術》課程一體化教學改革的探討[J].科技創新導報，2011（34）.

[3] 謝勤嵐.微機原理課程教學改革的探討[J].理工高教研究，2009，28（4）.

[4] 周明德.微型計算機系統原理及應用[M].4版.北京：清華大學出版社，2002.endprint