《微機原理及應用》課程教學改革與探索

向菲 孫立功 王金嬋

摘 要：《微機原理與應用》課程是工科非電類專業的學科平臺課程，它知識面廣，信息量大，理論性實踐性較強。對學生構建計算機基本結構和創新能力方面具有重要作用。傳統的教學模式已不適應當前學生數量增多、教學內容增加、實踐要求提高等新形勢。因此，很有必要對教學方法、教學手段及實驗進行改革，從而培養學生的能力，提高教學質量，改善教學效果。在具體實施過程中，我們從提高學生學習興趣入手，與目前微型機發展趨勢相結合，采用類比法幫助學生加強對基本概念的理解；利用多媒體動畫演示的優勢，輔助以校園網絡平臺，鞏固所學知識；引入Proteus仿真軟件，使學生體驗到電路設計的全過程，提高實踐能力。

關鍵詞：微機原理及應用 教學模式 教學方法 教學質量

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0183-02

《微機原理及應用》是高等學校工科非電類專業的一門重要的學科平臺課程。該課程一般選擇以Intel x86CPU為基礎，介紹微機系統、存儲器結構、外設接口的工作原理和應用技術，以及匯編語言和程序設計等內容，信息量大、涉及面廣、應用性強。當前，各個高校學習《微機原理及應用》課程的學生隨著招生規模的擴大而增多，教學內容也隨著科學技術的發展而增加，社會對學生的創新技能、實踐要求都有了進一步的提高。這就要求教師必須及時對課程的教學內容、教學方法、教學手段和實驗等不斷進行改革和優化，努力提高教學效果，以便在有限的教學時間內，保質保量地完成教學任務。該文對《微機原理及應用》課程的教學方法和手段進行了初步探索。

1 課程特點與現狀

該課程是工科非電專業的一門技術基礎課，以8086（16位機）為主講機型，介紹微型計算機的基本原理和接口技術，為計算機的實際應用做前期理論準備，從實踐上掌握個人兼容計算機的一般選型、設置、連接方法，用面向機器的語言——匯編語言解決小型的信息處理問題，通過軟件、硬件的結合較為透徹地了解計算機的內部工作方式。

目前非電專業學生學習這門課普遍感到比較困難，原因如下：課程內容相對陳舊，由于計算機技術及器件的進步，教材中出現的大部分器件已經很少在工程實踐中采用，實際的設計采用單片機或嵌入式系統，或基于板卡的設計，這使得微機原理重實用的教學目的變得模糊，學生積極性不高；內容復雜抽象，該門課程作為銜接基礎課與專業課的一門課程，既需要數字電子技術的知識，又需要C語言基礎，學生先修課程基礎薄弱，許多概念又是初次接觸，因此對重點無從把握，降低了學生的學習興趣；實驗環節薄弱，現有的微機原理實驗都是通過實驗箱完成的驗證性實驗，僅僅通過連線就可獲得實驗結果，沒有發揮學生的自主創新能力，對學生學習門課程起不到太大作用。因此，需要從教學方法、教學手段及實驗環節對該門課程的教學進行改革。

2 引入新的教學方法

2.1 介紹行業前沿及國內外發展現狀

非電類學生從學習電工與電子技術課程開始，就感到困難重重，原因是缺少電類的基本知識，對生活中電子產品的更新換代也缺乏敏感性。因此在計算機基礎知識部分，可先對計算機前沿產品進行介紹，如：巨型機天河二號、微型機Raspberry Pi、Cotten Candy，并以市場上最新款手機為例，引出微型計算機的硬件系統是由微處理器、存儲器及外設接口構成的這一知識點。在講到8086CPU時，引入摩爾定律，介紹集成電路的發展，并適當介紹當前使用廣泛的i系列智能處理器，指出其與16位微處理器的不同。這樣學生在學習8086基本原理的同時，也對目前市場的主流CPU芯片有了一定了解，這從一定程度上提高了學生學習的興趣。

2.2 引入類比法加深學生對基本概念的理解

8086CPU存儲器結構一直是教學的難點與重點，20位物理地址=段基址×16+偏移地址，這個公式讓非電學生理解起來有一定困難。在具體講授時，通常把段基址類比成學校的不同教學區，偏移地址類比成該區的教室號，因此具體的教室地址是由教學區及教室號共同構成的。這一類比可把20位物理地址構成形象化、具體化，學生能夠很快理解。

有些學生在學習到CPU訪問內存和I/O口時，往往混淆“讀”與“寫”的操作。這時，可以將CPU類比成大腦，內存和I/O口類比成書本，當我們讀書時，是把書本的內容送入大腦，因此是“讀”的操作，當我們寫字時，是把大腦中的內容寫在紙上，因此是“寫”的操作，經過類比，學生對這個知識點接受很快。

中斷及中斷管理是微機原理這門課程中比較重要的內容，但基本概念很多，且內容安排比較靠后，因此，學生認為這部分內容不易理解。在講授中斷基本概念時，可通過下面這個實例來幫助學生理解。假如一邊燒開水，一邊做作業，這時，手機響了，你放下筆，去接電話，通話過程中，水燒開了，放下電話，去關煤氣，火滅后再拿起電話，待通話完成，又繼續做作業。在這個例子中，做作業就是“主程序”，手機鈴響就是“中斷請求”，接電話就是“響應中斷”，通話過程就是“執行中斷服務子程序”。如果手機顯示的是不得不接的電話，則這個電話就是“不可屏蔽中斷”，如果是騷擾電話，就是“可屏蔽中斷”。在接電話過程中，方向電話，去關煤氣，這是“中斷嵌套”，且關煤氣的“中斷優先級”高于接電話的“中斷優先級”。一個例子就把中斷及中斷管理的基本概念包括在內，學生易于理解，學習興趣也慢慢提高。

微機原理課程中可用來類比的概念還有很多，在具體講授過程中，適當地進行類比能使教學內容由枯燥變生動，使學生易于理解記憶，從而提高了學習的積極性。

3 利用先進教學手段

3.1 采用多媒體動畫演示

采用多媒體技術進行課堂教學能夠有效地增加信息量，提高教學效率。多媒體教學的一個顯著優點是能夠用精心的設計、鮮明的色彩、豐富生動的畫面，吸引學生的注意力，激發學習興趣。例如，學生在學習指令執行時，普遍感到內容比較抽象，因此我們采用動畫演示的形式向學生展示指令的執行過程。以指令MOV AL， [2000H]為例，動畫上展示了8088的內部結構圖，當CPU執行該指令時，從CS和IP取出內容，在地址加法器中計算得到指令所在的20位內存單元地址，進入內存單元代碼段中取出指令的二進制代碼，送EU中的ALU進行執行，結果存入目的操作數AL中。在動畫演示下，學生很容易就了解了整個指令的執行過程，也明白了CPU中EU、BIU和內存是如何協同工作的。

3.2 利用校園網絡輔助教學

大多數的高校都具備了校園網等硬件措施，微機原理教學團隊應當充分利用這些條件，投入人力和物力進行網絡課程的建設。微機原理課程是我校的校級精品課程，因此利用校級精品課程平臺，我們在校園網上上載了優秀教師的講課視頻、每章的自測題、歷年期末考試題，供學生下載學習和進行自我測試。另外開辟了網上論壇，進行在線答疑和習題討論。此外，網絡課程還可以補充一些課堂之外的內容，供學有余力的同學進行選擇性地學習。網絡課程具有交互性、開放性、共享性等特點，學生可以通過網絡教學鞏固所學的知識。

4 改進實驗環節

目前工科非電專業的微機原理課程實驗包含軟件實驗及硬件實驗，內容包括分支結構和循環結構的匯編語言程序設計、8255接口實驗和8259接口實驗，實驗設備陳舊及不易維護。針對這個問題，我們以Proteus軟件為實驗平臺，可完成匯編程序的調試和演示，實現8086芯片與可編程并行接口芯片8255、中斷控制器8259A的連接，并可利用Proteus軟件進行綜合設計。在實驗教學中，微機原理的硬件實驗大部分線路已經連接號，學生沒有參與設計的機會，因此實驗效果不甚理想。使用Proteus軟件后，學生能夠自行設計電路，而且電路連線可以根據設計要求進行更改、優化，從而取得了較好的教學效果。

5 結語

為了培養出更適應社會和企業的復合型人才，學校要堅持理論教學與實踐教學并重。對微機原理課程，要精心設計教學內容，引入多種新穎的教學方法與教學手段，開設種類豐富的實驗內容，并設計具有應用背景的綜合性實驗課程，提高學生的學習興趣，促進學生自主學習、實踐和創新能力的提高。我們將在教學中繼續進行教學方法的探索和手段的改進，從教學和實踐兩方面進行完善，以提高教學質量、培養學生綜合能力為目標，為社會培養更多的人才。

參考文獻

[1] 艾紅.“微機原理與接口技術”教學方法研究與課程建設探析[J].中國電力教育，2014（15）：99-100.

[2] 楊樂，陳煒峰.Proteus仿真在微機原理與接口實驗教學中的應用[J].中國科教創新導刊，2013（28）：172.

[3] 高林.Proteus軟件對“微機原理”課程教學的改進[J].電氣電子教學學報，2013（6）：113-115.

[4] 周蕊.《微機原理》課程教學方法改革研究[J].科技創新導報，2014（10）：125-126.

[5] 柳飛.創新機制下“微機原理與接口技術”教學改革研究[J].中國電力教育，2012（26）：81-82.

[6] 韋耿，嚴錫君，陳靜.啟發式教學方法在微機原理課程教學中的運用研究[J].教學研究，2014，37（2）：82-85.