問(wèn)題驅(qū)動(dòng)和實(shí)例貫穿模式的微機(jī)接口技術(shù)課程教學(xué)改革

何業(yè)蘭

摘 要：分析微機(jī)接口技術(shù)課程的課堂教學(xué)模式，提出基于“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”的教學(xué)模式，說(shuō)明該模式在課堂教學(xué)中的應(yīng)用并總結(jié)實(shí)效。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)；實(shí)例貫穿；微機(jī)接口技術(shù)；教學(xué)改革

文章編號(hào)：1672-5913（2017）05-0048-04

中圖分類號(hào)：G642

0 引 言

微機(jī)接口技術(shù)是一門以硬件知識(shí)為主，軟硬件結(jié)合的課程，它的原理性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)。課程內(nèi)容涉及I/O端口地址譯碼技術(shù)、中斷系統(tǒng)、存儲(chǔ)器接口以及常用I/O接口硬件（并行接口、串行接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換和模/數(shù)轉(zhuǎn)換等）的功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部信號(hào)、工作原理及編程應(yīng)用。由于課程內(nèi)容繁雜、概念抽象、知識(shí)點(diǎn)分散卻又緊密聯(lián)系和相互交叉，既需要從系統(tǒng)的角度理解各個(gè)部分的邏輯關(guān)系，又要理論聯(lián)系實(shí)際，因此，對(duì)于一貫“欺軟怕硬”的學(xué)生來(lái)說(shuō)，該課程是一根難啃的骨頭。在傳統(tǒng)的“重理論、輕應(yīng)用”的教學(xué)模式下，不少學(xué)生更是感覺(jué)該課程枯燥難懂，思路不清晰，實(shí)際應(yīng)用能力差，工程化能力不足。因此，有必要將新的教學(xué)模式引入到微機(jī)接口技術(shù)的教學(xué)過(guò)程中。

1 基于“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”的教學(xué)模式

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者先后提出將“實(shí)例化”教學(xué)法、“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法等應(yīng)用于微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中[1-4]。“實(shí)例化”教學(xué)法是指教師選擇實(shí)用而不復(fù)雜的產(chǎn)品作為實(shí)例，引出相關(guān)理論知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生理解、模仿，將零散知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，從而達(dá)到活學(xué)活用的教學(xué)目的。“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法是教師以設(shè)計(jì)的問(wèn)題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心， 以引導(dǎo)為手段，采取互動(dòng)協(xié)作和自主探索等方式開展學(xué)習(xí)、解決實(shí)際問(wèn)題的教學(xué)方法。然而，在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，單純使用“實(shí)例化”教學(xué)法從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生了解解決問(wèn)題大概的方法，但由于理論基礎(chǔ)不足，學(xué)生對(duì)實(shí)例的具體理解與模仿比較困難；而單一運(yùn)用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法時(shí)，雖然能夠使學(xué)生在解決一個(gè)個(gè)分解的問(wèn)題過(guò)程中掌握理論知識(shí)，但是學(xué)生的綜合應(yīng)用能力還是不足。因此，我們嘗試將“實(shí)例化”和“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法相結(jié)合，采用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”的教學(xué)模式，以實(shí)例開發(fā)過(guò)程為框架，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為線索，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，教學(xué)相長(zhǎng)，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

在“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”教學(xué)模式下，教師要選取既典型又不復(fù)雜的案例，貫穿課堂教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)案例引入新知識(shí)，作為學(xué)習(xí)模板，融會(huì)貫通知識(shí)點(diǎn)；圍繞實(shí)例的開發(fā)過(guò)程作為框架，以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”為線索，將大問(wèn)題劃分為具體的、細(xì)化的小問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生按照提出問(wèn)題—分析問(wèn)題—解決問(wèn)題的方法進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2 課堂教學(xué)改革

2.1 以實(shí)例開發(fā)過(guò)程為框架

“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”教學(xué)法是以實(shí)例的開發(fā)過(guò)程作為框架，比如學(xué)習(xí)接口芯片應(yīng)用，首先通過(guò)實(shí)例功能分析引入相關(guān)接口芯片的用途、性能等；接著按照芯片選用、接口電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)3個(gè)開發(fā)步驟，分別引入芯片的相關(guān)原理與應(yīng)用。接口芯片應(yīng)用學(xué)習(xí)框架如圖1所示。

實(shí)例的選取很關(guān)鍵，要既典型又不過(guò)于復(fù)雜，如果實(shí)例太復(fù)雜，教師難以展開教學(xué)，學(xué)生難以入門；如果實(shí)例太簡(jiǎn)單，就起不到融會(huì)貫通知識(shí)點(diǎn)、提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力的效果。那些既可以簡(jiǎn)化又能延伸的實(shí)例比較合適，比如在學(xué)習(xí)定時(shí)計(jì)數(shù)芯片8254時(shí)，使用一組燈光控制的實(shí)例，燈光可以設(shè)置為亮1秒鐘再暗1秒鐘，閃爍10次后熄滅，由此引出計(jì)數(shù)和定時(shí)的概念；然后講解簡(jiǎn)化了的實(shí)例“實(shí)現(xiàn)亮1秒鐘再暗1秒鐘” 的開發(fā)過(guò)程，再進(jìn)一步研究整個(gè)實(shí)例；最后擴(kuò)展為“設(shè)置8個(gè)燈光不同的亮滅規(guī)則，比如流水燈”等綜合實(shí)例。這樣由一個(gè)實(shí)例把一類問(wèn)題由淺入深地搞透。有些實(shí)例之間還可以聯(lián)系起來(lái)，比如，8255芯片學(xué)習(xí)中，使用8255的輸出功能和軟件延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)定時(shí)計(jì)數(shù)章節(jié)中的燈光閃爍的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生比較不同方法的區(qū)別，進(jìn)一步結(jié)合兩種方法，用第三種方法實(shí)現(xiàn)實(shí)例。

除了整塊章節(jié)知識(shí)點(diǎn)可以使用一個(gè)貫穿的、靈活的實(shí)例，也可以在一個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)使用多個(gè)實(shí)例。比如，學(xué)習(xí)CPU與接口交換數(shù)據(jù)的方式，提出控制交通燈、打印文件、報(bào)警系統(tǒng)、批量傳送數(shù)據(jù)等4個(gè)實(shí)例，讓學(xué)生匹配合適的交換方式。通過(guò)實(shí)例開發(fā)過(guò)程的比較，引導(dǎo)學(xué)生從應(yīng)用的角度對(duì)接口理論有清晰的感性認(rèn)識(shí)。

2.2 以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為線索

“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”是指教學(xué)過(guò)程是在實(shí)例框架下，以問(wèn)題為線索來(lái)展開。實(shí)例的開發(fā)過(guò)程實(shí)際上是解決問(wèn)題的過(guò)程，問(wèn)題要一步步解決，需把大問(wèn)題劃分為小問(wèn)題。教師在進(jìn)行問(wèn)題劃分時(shí)，既要注重課程知識(shí)點(diǎn)的涵蓋，也要注重問(wèn)題之間的關(guān)聯(lián)性，使學(xué)生能循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣地消化吸收課程的基礎(chǔ)理論和方法。因此，老師事前要充分準(zhǔn)備，適時(shí)提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)思考、模仿、討論等方式來(lái)理解和分析問(wèn)題；最后老師根據(jù)課堂情況，進(jìn)行反饋強(qiáng)化，針對(duì)性地進(jìn)行講解，最終引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題。

課堂上，常常通過(guò)問(wèn)題引入知識(shí)點(diǎn)。比如：“打上課鈴后定時(shí)45分鐘，就打下課鈴，這是定時(shí)。數(shù)數(shù)上課時(shí)有幾個(gè)同學(xué)在低頭玩手機(jī)，這是計(jì)數(shù)。那么請(qǐng)同學(xué)們舉例說(shuō)說(shuō)計(jì)算機(jī)應(yīng)用、工業(yè)控制領(lǐng)域有哪些定時(shí)和計(jì)數(shù)的應(yīng)用呢？”“你們的主機(jī)或筆記本有并行接口嗎？通常什么外設(shè)是通過(guò)并口和計(jì)算機(jī)連接的？”，通過(guò)問(wèn)題的討論，老師了解了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)程度，引導(dǎo)學(xué)生分類歸納整理。

當(dāng)進(jìn)一步理解概念時(shí)，通過(guò)問(wèn)題來(lái)啟發(fā)同學(xué)們觀察、對(duì)比從而進(jìn)行更深入的理解。比如，理解定時(shí)與計(jì)數(shù)的關(guān)系，“拍照時(shí)候我們數(shù)1、2、3，假設(shè)每1秒鐘數(shù)一下，數(shù)到幾秒就拍呢？”“請(qǐng)大家觀察并口示意圖、串口示意圖，找找串并口的區(qū)別在哪里？”

隨著課程內(nèi)容的推進(jìn)，圍繞預(yù)設(shè)的各種問(wèn)題進(jìn)行啟發(fā)、展開討論和總結(jié)。比如從“串口并口速度誰(shuí)更快”延伸出“串久必并、并久必串”的演變過(guò)程，從“8254芯片使用哪幾種工作方式可以作為分頻器使用”引出8254芯片6種工作方式的歸納比較。

3 “問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”教學(xué)模式在課堂教學(xué)中的綜合應(yīng)用

以模數(shù)轉(zhuǎn)換器章節(jié)為例，討論“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”模式在課堂教學(xué)中的實(shí)施過(guò)程。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬信號(hào)源與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的橋梁，無(wú)論在生活還是生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。在簡(jiǎn)單介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多種實(shí)際應(yīng)用后，選取一個(gè)和生活息息相關(guān)的實(shí)例“健康監(jiān)控系統(tǒng)”作為貫穿課堂的實(shí)例：假設(shè)需要監(jiān)控人體的體溫、血氧飽和度、血壓、脈搏、體表濕度、心率、心電圖、腦電圖等8個(gè)健康參數(shù)，要求設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)以及使用軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖2所示。

圍繞這個(gè)“健康監(jiān)控系統(tǒng)”的功能，我們引入模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念、主要參數(shù)指標(biāo)。接著，圍繞實(shí)例的開發(fā)過(guò)程，以選用芯片、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件編程的開發(fā)步驟為框架，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部引腳、工作原理等基本知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)。整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為線索，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)例，從實(shí)際出發(fā)，考慮在每個(gè)開發(fā)步驟中，要解決哪些問(wèn)題，將問(wèn)題分解成容易解決的小問(wèn)題，解決這些問(wèn)題要用到什么知識(shí)，使用怎樣的方法去解決等。

實(shí)例開發(fā)第一步是選用芯片。設(shè)問(wèn)，首先要考慮什么問(wèn)題呢？引導(dǎo)學(xué)生理清輸入輸出是選擇芯片的重要依據(jù)。進(jìn)一步考慮細(xì)節(jié)，實(shí)例當(dāng)中需要監(jiān)控8路模擬量，是否需要8個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片呢？為了提示引導(dǎo)學(xué)生思考，采用類比教學(xué)法：學(xué)生寢室有8個(gè)同學(xué)，是否需要8個(gè)衛(wèi)生間呢？由此強(qiáng)調(diào)“復(fù)用”這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用思想，引出ADC0809基本知識(shí)。ADC0809基本知識(shí)包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部引腳以及分解為7個(gè)步驟的工作原理等知識(shí)點(diǎn)，它們之間是緊密聯(lián)系的。于是，在一張幻燈片上，以內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為背景，結(jié)合引腳信號(hào)，順著ADC0809工作的7個(gè)步驟，進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，一步步有重點(diǎn)地講解，在此過(guò)程中，又不斷設(shè)問(wèn)或引導(dǎo)學(xué)生。比如，怎樣讓ADC0809知道，用戶當(dāng)前選擇的是IN3第3路模擬量而不是IN1、IN2的模擬量呢？我們選擇IN3第3路模擬量，地址就應(yīng)該是多少？ADC0809已經(jīng)明確要做什么了，但怎樣知道什么時(shí)候可以開始工作？尤其是講解幾個(gè)關(guān)鍵的控制信號(hào)，可以用比喻教學(xué)法。比如，CPU去鎖存器里面取數(shù)據(jù)，就像你去同學(xué)寢室拿東西，要先敲門一樣，CPU要給鎖存器一個(gè)打開鎖存的OE信號(hào)。在講解EOC信號(hào)時(shí)，設(shè)問(wèn)“CPU是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成”引出ADC0809輸出數(shù)據(jù)的3種傳送方式。這3個(gè)方法有什么區(qū)別呢？大家可以想象這樣一個(gè)場(chǎng)景，你去甜品店買冰激凌，一個(gè)冰激凌的制作時(shí)間是3分鐘，那么你打算采取什么方式去取冰激凌呢？這里再次用到類比教學(xué)法進(jìn)一步促使學(xué)生討論，歸納出3種數(shù)據(jù)傳送方法的特點(diǎn)及適用場(chǎng)景。

實(shí)例開發(fā)第二步是設(shè)計(jì)硬件電路。這里以實(shí)例作為模板。首先強(qiáng)調(diào)，ADC0809作為接口在系統(tǒng)當(dāng)中的地位，一邊接入多路模擬量，一邊連接到CPU。緊接著設(shè)問(wèn)“不同的數(shù)據(jù)傳送方法對(duì)電路設(shè)計(jì)有什么影響嗎？”明確上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上，先以最簡(jiǎn)單的延時(shí)等待法為例，沿著ADC0809的7個(gè)工作步驟，引導(dǎo)同學(xué)們理清信號(hào)之間的關(guān)系，討論相關(guān)信號(hào)應(yīng)該如何連接，最終得到電路設(shè)計(jì)圖。這個(gè)步驟是開發(fā)中的難點(diǎn)，分析要清晰、細(xì)致。期間不斷設(shè)問(wèn)、讓學(xué)生設(shè)問(wèn)：如EOC信號(hào)用上了嗎？模擬通道地址選擇信號(hào)是來(lái)自于地址線還是數(shù)據(jù)線？啟動(dòng)信號(hào)和讀寫信號(hào)是什么關(guān)系？搞清楚延時(shí)等待法的解決方法后，設(shè)問(wèn)“采用其他數(shù)據(jù)傳送方法時(shí)，電路設(shè)計(jì)有哪些不同呢？”要求學(xué)生根據(jù)之前的原理等基礎(chǔ)知識(shí)，自己完成電路設(shè)計(jì)圖并進(jìn)行比較。

實(shí)例開發(fā)第三步，在硬件電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件編程。秉著先易后難的原則，可以先簡(jiǎn)化問(wèn)題，把實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)化、拆分。在掌握基本方法后再將實(shí)例延伸，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考。因此，首先討論只輸入一路模擬量的情況。將實(shí)例簡(jiǎn)化為“假設(shè)健康監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)老人的血氧信息，已知ADC0809芯片的端口地址為84H，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μS，要從輸入通道IN3讀入血氧信息。采用延時(shí)等待法，請(qǐng)畫出硬件連接圖，并寫出相應(yīng)程序”。這里要學(xué)生將之前學(xué)習(xí)的ADC0809工作原理進(jìn)行應(yīng)用，設(shè)問(wèn)：根據(jù)工作原理，哪些信號(hào)需要進(jìn)行控制？站在CPU的角度，哪些操作是輸入操作？哪些是輸出操作？請(qǐng)同學(xué)們依據(jù)工作步驟的先后關(guān)系，繪制程序流程圖，選擇相應(yīng)的命令，分析軟件編程的過(guò)程。再修改例題，將延時(shí)等待法改為中斷法，程序該如何改寫呢？最后，再?gòu)暮?jiǎn)化的例題回到原來(lái)的實(shí)例，如果要循環(huán)監(jiān)控8路模擬信息，硬件電路需要改嗎？程序需要怎么修改？這些問(wèn)題作為作業(yè)布置給同學(xué)們。

在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中，以“健康監(jiān)控系統(tǒng)”實(shí)例開發(fā)過(guò)程為框架，以問(wèn)題為索引，輔以類比法、比喻法等多樣的教學(xué)方法，抓住學(xué)生的注意力和主動(dòng)性，極大地提升了教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

微機(jī)原理與接口技術(shù)這門課程難度較高，“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以實(shí)際應(yīng)用為目的、以實(shí)例貫穿教學(xué)、以解決問(wèn)題為線索，課堂教學(xué)改革帶來(lái)了實(shí)效：①通過(guò)實(shí)例貫穿，縮短課堂與應(yīng)用的距離，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生理論與實(shí)踐的綜合應(yīng)用能力，讓學(xué)生做到活學(xué)活用；②通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的、以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神與創(chuàng)新能力；③通過(guò)“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)例貫穿”聯(lián)合教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程優(yōu)化，增強(qiáng)師生互動(dòng)，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

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（編輯：郭田珍）