基于慕課的“微型計算機原理與接口技術”教學模式

韓璐　李鵬

摘 要： “微型計算機原理與接口技術”是高等院校計算機專業的必修課程，知識體系龐大。課程旨在培養學生建立對微機系統的整體概念結構的理解，特別是各類寄存器的使用及對芯片編程。針對本門課程的內容和特點，在分析目前課堂教學的現狀的基礎上，提出基于慕課的教學模式，以提升學生的自主學習的能力。教學實踐表明，所提出的慕課教學模式能較大地提升該課程的教學效果。

關鍵詞： 慕課教學； 自主學習； 計算機接口技術； 寄存器

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）08-94-03

A MOOC based teaching mode of microcomputer principle and interface technology

Han Lu， Li Peng

（Nanjing University of Posts & Telecommunications， Nanjing， Jiangsu 210003， China）

Abstract： "Microcomputer Principle and Interface Technology"， having a huge knowledge system， is a required course for students of computer specialty in colleges and universities. The aim of the course is to cultivate students' understanding of the overall conceptual structure of the microcomputer system， especially the utilizing of registers and programming the chips. Focusing on the contents and characteristics of the course and according to the situation of traditional classroom teaching， a MOOC based teaching mode of this course is proposed to improve the students' autonomous learning ability. The teaching practice shows that the proposed MOOC based teaching mode can improve the effect of the course obviously.

Key words： massive open online courses teaching； autonomous learning； computer interface technology； register

0 引言

微型計算機原理與接口技術是高等院校計算機專業的必修課，課程內容涵蓋了微機基本組成、接口技術、微處理器等軟硬件方面的知識體系，是本專業其他基礎課和專業課的重要銜接課程。學生對本門課程知識點的良好把握能為其將來從事軟硬件開發工作打下堅實基礎。

微型計算機原理與接口技術課程所包含的知識體系龐大、理論性強[1]。學生在初學本門課程時，經常會在似懂非懂的情況下出現混淆眾多術語、概念等問題，尤其在學習實踐性、操作性較強的知識點（如指令與相關芯片等）時不知從何處去學，以致難以理解透徹[2]。此外，該課程的知識點之間聯系緊密，比如傳送、輸入輸出指令學不好就無法對8254進行初始化編程等等。如果長期積累下來便會陷入一種惡性循環，嚴重損傷學生對本門課程的學習積極性，甚至致使學生放棄對本門課程的學習。因此，在本門課程的內容規劃過程中，需要科學有效地統籌理論與實踐各個層面的關系，使學生更好地把握知識點間的關系，進而學習到對復雜問題的解決方法和技巧并提高學生自主學習的能力。

1 基于慕課的《微型計算機原理與接口技術》教學模式

互聯網的飛速發展，深刻浸染人們的日常生活，把偌大的世界變成了方便人們交流的地球村。在新時代背景與信息技術條件下，“微型計算機原理與接口技術”課程也應打破單一枯燥的課堂教學模式，推陳出新，嘗試采納新的教學方法。本文在分析傳統課堂教學模式基礎上，提出基于慕課的微型計算機原理與接口技術教學模式。該教學模式能使每個知識點的教學更有針對性，幫助學生更為直觀形象地學習課程知識點，提高學習興趣與自主學習的能力。

1.1 微型計算機原理與接口技術課堂教學特點

微型計算機原理與接口技術是理論與實踐并重的一門課程[3]。傳統的課堂教學主要關注于本門課程理論部分的講解，實踐部分由于沒有實物演示，在課堂上只能以PPT的形式配合介紹，然后再利用實踐教學進行實驗。這種教學模式具有兩面性。優點在于能夠使學生在充分了解到專業知識之后，以理論為指導進行實踐。缺點在于，本門課程知識點環環相扣，某一知識點理解不清楚便容易造成后續知識點更無法理解。同時由于實踐教學時理論和實踐相脫節，學生難以很好的掌握各類芯片的工作原理及工作過程。

1.2 慕課

慕課是信息技術大潮中新近涌現出來的一種新型在線課程學習模式，可以彌補傳統課堂教學中的不足之處。慕課（MOOC），由四個單詞的首字母組成，分別是：massive（大規模的）、open（開放的）、online（在線的）和course（課程）[4-5]。實質上為在線教材、在線評測和協作學習三者結合。慕課對目錄和大綱進行整理，將教材劃分為若干個知識單元，每個知識單元由多個知識點組成。每個知識點錄制作為一個獨立的視頻，時間一般控制在6-10分鐘。與課堂上一節課的教學時間相比，慕課時間的縮短使得學生能更有耐心的去學習，而且不懂的地方可以重復學習，彌補在課堂上聽不懂一個知識點，致使后面的知識點就更無法理解的尷尬局面。

1.3 微型計算機原理與接口技術慕課建設

微型計算機原理與接口技術課程的應用部分主要體現為對各類芯片的編程，實踐性較強。在本門課程的教學設計中，要在芯片編程教學中體現出慕課相對于課堂教學的優勢，培養學生的創造思維和應用能力。下文將重點闡述本門課程的慕課錄制環節：

⑴ 在建設微型計算機原理與接口技術慕課的過程中，課題組首先列出詳細地授課大綱，包括課程的性質和目的、課程教學內容及基本要求。對每一章節教學內容及知識模塊順序進行梳理，形成多個知識單元，每個知識單元又劃分為多個知識點，并給出每個知識單元的教學基本要求。對微型計算機原理與接口技術課程內容進行劃分后，形成11個知識單元，每個知識單元的知識點分布大致如下：計算機基礎4個；8086微處理器2個；指令系統5個；宏匯編語言3個；匯編語言程序設計6個； 總線3個；存儲器系統3個；輸入/輸出系統7個；中斷系統9個；串行通信6個；并行I/O接口5個。對一些比較抽象的知識單元例如總線、存儲器系統等增加單獨的討論和答疑環節，并對每個知識單元附有單元測驗和答案講解。并且在整個理論部分的講解過程中，從之前的以某個微處理系統為主線的教學形式，轉變為以通用計算機系統的基本原理為主線的教學模式。慕課能夠充分體現在線教育的優勢，授課形式生動活潑，廣泛采用視頻、動畫、多媒體、微課程等多種教學手段，能夠充分調動學生的感官系統，引發課程學習興趣。

⑵ 作為匯編指令的組成部分之一：7種尋址方式，是指令系統中比較重要的一部分，學生在學習該知識點時經常容易混淆概念。該知識點也是初學本門課程的大部分學生遇到的第一個難點。在7種尋址方式全部介紹完后，發現學生在判斷某個語句具體的尋址方式時經常會判斷錯誤。本課題組在慕課的制作過程中，對該知識點的介紹進行改進，將這7種尋址方式用一張總表的形式來方便學生快速查閱，如表1所示（16位尋址為例）。另外，很多軟件相關專業的學生在學過諸如Java或C語言的高級語言后再接觸匯編語言，往往會用“語法+數據結構+算法”的學習模式來學習匯編，而這種學習模式并不大適合于匯編語言的學習。匯編語言程序是符號化的機器語言，主要介紹80486的基本指令集如傳送指令、算術運算指令等，在現代的軟件開發中已很少采用。在慕課中嵌入隨堂測試，通過在線平臺及時打分，學生可以即時獲知自己的測試結果正確與否，實時喚起學生的學習記憶。而在介紹匯編語言程序時，重點應落在如何幫助學生更好地理解高級語言程序的相關原理，以及介紹與后續芯片編程密切相關的語句，淡化對復雜算法和復雜指令的講解。

⑶ 微型計算機原理與接口技術課程中關于芯片的編程是實踐性很強的一個環節，貫穿多個章節的知識點。在課堂教學時，教師經常感到自己說的起勁，學生卻越聽越打不起精神。慕課則強調課程學習中的教學互動，在虛擬社區中可以“一人發問，多人回答”，教師和學生的傳統界限開始模糊化，彼此間亦學亦師，極大地促進了教師與學生之間的互動，學生與學生之間的協同。在慕課的具體課程建設中，將芯片編程的講解獨立出來，放到實驗講解知識單元中，設置互動的實驗仿真教學環節，建立基于PROTUES[6]的實驗管理平臺。首先從整體上介紹各個芯片的功能結構、各芯片在PC機主機箱的位置及芯片之間如何連接如何協同工作，然后對各個芯片的編程進行講解并與仿真實驗演示相結合，最后在實驗測試環節中通過對芯片設置不同的編程環境以供學生進行編程，上傳的編程結果也可供其他學生參考和評價，使學生更好地把握芯片的工作過程，培養學生的自主學習能力。

1.4 微型計算機原理與接口技術教學體系架構

慕課教學能提高學生自主學習的能力，進而可以有效地提高本門課程的教學質量。然而，在微型計算機原理與接口技術的教學過程中，不能完全依賴慕課。主要原因有：①慕課以學生在課外學習為主，課后時間如何分配，學生學習自覺性如何控制等，這些因素會干擾學生自主學習的效率；②慕課學習的形式是在線學習，與傳統的課堂教學不同，學生對有疑惑的問題難以像在課堂教學中一樣即時得到解決；③雖然在實踐環節有實驗仿真系統，學生對芯片能更好的理解和掌握，但并不能完全替代實驗室教學實驗環節。慕課的實驗環節只是更好的幫助學生理解芯片的工作過程，要更好地掌握芯片的原理，還是要到實驗室進行真實的實驗。而集中授課可以集中解決慕課線上學習中遇到的普遍問題，并且為上機實驗提供具體的硬件、軟件與網絡環境。通過集中學習，教師能更全面了解學生在學習過程中的主觀態度、學習成效與分階段任務完成情況，為課程評價提供更多可靠的依據。因此，課堂教學和慕課教學相結合，能使學生加深對本門課程各個知識點的理解。本門課程具體的教學流程由課堂教學和慕課教學兩個部分組成，具體如圖1所示。

2 結束語

“課堂教學+慕課教學”模式下的《微型計算機原理與接口技術》教學既能體現課堂教學面對面授課的優勢，又能體現慕課教學模式下以學生為主體，發揮學生自主學習，培養創造思維的特點。可以看出，在該模式的教學環境下，學生對本門課程的興趣能得到較好地激發，學生自主學習的能力、運用所學知識解決實際問題的能力都能得到較好地提升。

在未來的研究工作中，將進一步調研與分析“課堂教學+慕課教學”模式下還存在哪些不足，從而進一步優化該模式的結構形態，增進教學效果。

參考文獻（References）：

[1] 周寧寧，王偉，成衛青.微機原理與接口技術課程教學模式研

究[J].實驗科學與技術，2011.9（4）：117-119

[2] 孟銳.“微機原理與匯編語言”教學改革的探索[J].計算機時

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[3] 中國工程教育認證協會秘書處.工程教育認證工作指南

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[4] 王崢，蘇小紅.MOOC+SPOC混合式教學研究[J].計算機教

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[5] 馬立平，范巖.微機原理課程的MOOC建設[J].計算機教育，

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[6] 朱敏玲，張偉，侯凌燕.基于Proteus的微機原理與接口技術教

學改革[J].實驗室研究與探索，2016.35（1）：155-160