基于OBE的“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐

李珍香

摘要：結(jié)合計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)及匯編語(yǔ)言課程的教學(xué)現(xiàn)狀，制定了基于OBE教育理念的匯編語(yǔ)言課程建設(shè)方案與建設(shè)目標(biāo)，并主要從OBE實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、CAI多媒體課件與微視頻、試題庫(kù)方面闡述了匯編語(yǔ)言課程資源的建設(shè)，從教學(xué)手段與教學(xué)方法、課程的考核與評(píng)價(jià)方面闡述了OBE教學(xué)實(shí)施過(guò)程。實(shí)踐證明，OBE課程建設(shè)行之有效，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，能極大地提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：OBE教育理念;匯編語(yǔ)言;課程建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP313? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）16-0100-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Course Construction and Teaching Practice of "Assembly Language Programming" Based on OBE Educational Concept

LI Zhen-xiang

（College of Computer， Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China）

Abstract： Combining with the training objectives of computer professionals， the characteristics of assembly language and the current teaching situation of assembly language programming course， the construction scheme and objectives of assembly language course are formulated based on OBE education concept. The construction of curriculum resources is mainly elaborated from the aspects of the OBE experiment guide book， CAI multimedia courseware， micro video and exam question corpus. This paper expounds the implementation process of OBE teaching from the aspects of teaching methods and strategies， course assessment and evaluation. Practice has proved that the construction of OBE courses is effective. It helps to cultivate students' independent learning ability and innovation ability. It also greatly improves the teaching effect.

Key words：OBE educational concept; assembly language programming; curriculum construction

1引言

OBE（Outcome Based Education）成果導(dǎo)向教育，是一種基于學(xué)習(xí)結(jié)果的教育模式，其核心理念之一是以“學(xué)習(xí)者為中心”[1]，關(guān)注學(xué)習(xí)者在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)知識(shí)的理解和掌握，以及學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中所產(chǎn)生的可能的情緒和心理反應(yīng)。這就要求教師需努力為學(xué)生創(chuàng)造和提供實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的最佳學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)方式和機(jī)會(huì)。

匯編語(yǔ)言是一種面向機(jī)器的低級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是架起軟、硬件知識(shí)的一座橋梁，是硬件系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和嵌入式系統(tǒng)的常用編程工具;匯編代碼簡(jiǎn)短、占用內(nèi)存少、執(zhí)行速度快，能直接訪問(wèn)硬件及端口，在程序優(yōu)化、代碼調(diào)試、解密加密、系統(tǒng)維護(hù)等方面具有其他語(yǔ)言無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì);匯編編程基于具體的處理器，所以匯編語(yǔ)言具有很強(qiáng)的理論抽象性及與硬件的相關(guān)性。“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理等課程的前導(dǎo)課;學(xué)習(xí)和使用匯編語(yǔ)言，不僅能使學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)的組成和工作原理，形成一個(gè)軟硬兼?zhèn)涞木幊讨R(shí)體系，從而能夠?qū)τ?jì)算機(jī)硬件和應(yīng)用程序之間的聯(lián)系形成一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)[2]，而且對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力也起著十分重要的作用。但相對(duì)于高級(jí)語(yǔ)言，由于匯編語(yǔ)言指令多、語(yǔ)法繁瑣、知識(shí)點(diǎn)較零散抽象，加之匯編編程與操作跟硬件緊密相關(guān)、上機(jī)環(huán)境也不像可視化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單方便，所以在習(xí)慣了面向?qū)ο蟮目梢暬幊汰h(huán)境、面向事務(wù)處理的思維下，學(xué)生剛開(kāi)始接觸入門(mén)不是太順利，從主觀上對(duì)匯編課程的學(xué)習(xí)有畏懼心理[3]。隨著近年來(lái)嵌入式系統(tǒng)與系統(tǒng)能力培養(yǎng)的大力發(fā)展，從事匯編課程的同仁們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到了匯編語(yǔ)言課程在計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)中首屈一指的重要性，就更加重視匯編語(yǔ)言課程教學(xué)，并在積極研究且提出了許多行之有效的教學(xué)思想和方法。

我校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)正在做工程專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，在此背景下，匯編語(yǔ)言課程組以O(shè)BE教育為導(dǎo)向，圍繞專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)產(chǎn)出和能力培養(yǎng)，通過(guò)與前導(dǎo)課、后續(xù)課程之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了整體優(yōu)化，建立了OBE下的課程建設(shè)目標(biāo)，開(kāi)發(fā)了線上線下教學(xué)資源，編寫(xiě)了OBE實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，并展開(kāi)了行之有效的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2 課程建設(shè)方案與目標(biāo)

基于OBE教育理念，開(kāi)展以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的集“知識(shí)、能力、素質(zhì)”一體化、遞進(jìn)化培養(yǎng)的課程建設(shè)方案[4]，如圖1所示。

課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)針對(duì)一種具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，深入其內(nèi)部研究CPU和寄存器、內(nèi)存儲(chǔ)器、I/O端口以及它們間的相互邏輯關(guān)系，體會(huì)并掌握如何以匯編指令形成控制流和數(shù)據(jù)流，進(jìn)而使學(xué)生能夠從宏觀到微觀、從原理到應(yīng)用、從理論到實(shí)踐，真正理解計(jì)算機(jī)的軟、硬件關(guān)系，從軟件角度理解計(jì)算機(jī)的工作原理，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)及日后工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本課程的具體教學(xué)目標(biāo)為：

（1）了解匯編語(yǔ)言的作用、匯編指令與機(jī)器指令間的關(guān)系，熟悉寄存器和存儲(chǔ)器組織，加深對(duì)微機(jī)內(nèi)部工作機(jī)制與運(yùn)行過(guò)程的理解。

（2）熟悉匯編操作環(huán)境與具體工具的功能與操作方法，掌握匯編語(yǔ)言的基本語(yǔ)法、語(yǔ)句格式與源程序結(jié)構(gòu)，熟悉計(jì)算機(jī)如何表示數(shù)據(jù)，匯編語(yǔ)言中使用常量和變量的方法。

（3）理解尋址方式的含義，熟悉Intel 80x86的數(shù)據(jù)傳送類(lèi)、算術(shù)運(yùn)算類(lèi)、邏輯運(yùn)算和移位操作類(lèi)等基本指令的功能和編寫(xiě)順序程序的方法;掌握控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令、串指令及編寫(xiě)分支和循環(huán)程序的方法;掌握子程序的定義、調(diào)用及編寫(xiě)子程序的方法。

（4）了解DOS應(yīng)用程序特點(diǎn)和DOS功能調(diào)用，熟悉I/O指令，能熟練運(yùn)用DOS與BIOS功能調(diào)用方法設(shè)計(jì)磁盤(pán)文件讀寫(xiě)等功能的程序。

（5）使學(xué)生具備一定的自學(xué)能力和能夠利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等渠道跟蹤獲取新知識(shí)、新技術(shù)的方法和能力，具有跟蹤現(xiàn)代化工具搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境的能力，為將來(lái)從事程序研發(fā)和調(diào)試打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 課程建設(shè)與實(shí)踐

圍繞課程建設(shè)目標(biāo)，在專(zhuān)業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員會(huì)的指導(dǎo)下，開(kāi)展了師資隊(duì)伍、課程內(nèi)容、教學(xué)模式、課程資源與教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)手段與教學(xué)方法、課程考核與評(píng)價(jià)等課程內(nèi)容的建設(shè)與實(shí)踐。

3.1 開(kāi)發(fā)課程資源

為了利于學(xué)生的課下或線下自主學(xué)習(xí)，課程組非常重視課程資源的建設(shè)。如圖2所示為所開(kāi)發(fā)的主要教學(xué)資源。

1）OBE實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

我校開(kāi)設(shè)的匯編語(yǔ)言課程共54時(shí)（含18時(shí)實(shí)驗(yàn)），其中的一個(gè)問(wèn)題是教學(xué)內(nèi)容偏多，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足，缺少綜合設(shè)計(jì)。為此，課程組采取通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)理解、鞏固、創(chuàng)新知識(shí)內(nèi)容，并編寫(xiě)了OBE實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。指導(dǎo)書(shū)中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與要求、實(shí)驗(yàn)步驟，要求每次實(shí)驗(yàn)后撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中需包含有程序說(shuō)明（說(shuō)明程序的功能、結(jié)構(gòu)），調(diào)試說(shuō)明（包括上機(jī)調(diào)試的情況、上機(jī)調(diào)試步驟、調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題及解決辦法，問(wèn)題分析與結(jié)果分析），源程序清單和執(zhí)行結(jié)果（必要時(shí)需畫(huà)出流程圖）。其中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為4個(gè)層次，對(duì)各層次實(shí)驗(yàn)實(shí)施的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、時(shí)間點(diǎn)和相應(yīng)的重點(diǎn)能力培養(yǎng)[5]，如表1所示。

2）CAI多媒體課件與微視頻。匯編課程的部分知識(shí)點(diǎn)較抽象，譬如8086 CPU中，通過(guò)BIU和EU執(zhí)行指令的流水過(guò)程，7種尋址方式，數(shù)據(jù)定義偽指令中對(duì)于不同偽指令的理解，串指令，子程序的調(diào)用與返回，I/O指令的執(zhí)行過(guò)程等等，采用傳統(tǒng)的授課方式學(xué)生較難以理解。通過(guò)Flash將靜態(tài)的文字表示制作成形象、直觀、生動(dòng)的CAI動(dòng)畫(huà)，能極大的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，能有效提高教學(xué)效果。目前已做CAI多媒體課件50個(gè)，如圖3所示為其中之一的執(zhí)行“IN AL，21H”指令過(guò)程的CAI動(dòng)畫(huà)界面。

另外，還將課程部分中的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)操作演示過(guò)程錄制成了10分鐘左右的微視頻。

3）試題庫(kù)。依據(jù)教學(xué)大綱中的8章內(nèi)容（分別為匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)基本原理、尋址方式與指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言順序程序設(shè)計(jì)、分支與循環(huán)程序設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)、宏匯編、I/O與中斷程序設(shè)計(jì)），開(kāi)發(fā)了附有試題解析的試題庫(kù)，試題涵蓋了課程的所有知識(shí)點(diǎn)，每章的題型有主觀題也有客觀題[6]。

3.2 創(chuàng)新教學(xué)手段與教學(xué)方法

OBE教學(xué)需采用先進(jìn)的教學(xué)手段與相適應(yīng)的教學(xué)方法，匯編課程的教學(xué)從整門(mén)課程到每節(jié)課堂都精心設(shè)計(jì)、認(rèn)真教學(xué)。

首先在教學(xué)手段上，不再是填鴨式的滿(mǎn)堂灌，而是結(jié)合所開(kāi)發(fā)的課程資源與網(wǎng)絡(luò)、微信（群），采取“互動(dòng)+開(kāi)放”的線上+線下、課前+課中+課后的混合式教學(xué)，將教學(xué)重心從以“教”為中心轉(zhuǎn)向以“學(xué)”為中心，最大滿(mǎn)足學(xué)生的需求，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造性思維。

在教學(xué)方法上，主要采用了啟發(fā)誘導(dǎo)式、案例式、問(wèn)題式與對(duì)比式方法，針對(duì)不同的內(nèi)容采用相適應(yīng)的教學(xué)方法。譬如，對(duì)于計(jì)算機(jī)中的常用進(jìn)制數(shù)的理解，就與日常生活中的一年為12個(gè)月（可看成是12進(jìn)制數(shù)），1小時(shí)等于60分（可看成是60進(jìn)制數(shù)）相聯(lián)系;對(duì)于ASSUME偽指令，通過(guò)觀眾看電影分配座位來(lái)理解;對(duì)于中斷嵌套，通過(guò)正在寫(xiě)作業(yè)時(shí)的來(lái)電——接聽(tīng)電話——按門(mén)鈴過(guò)程理解;將堆棧操作與洗碗中的摞碗取碗相聯(lián)系;將直接尋址、相對(duì)寄存器尋址、相對(duì)基址變址尋址等具體的尋址方式與高級(jí)語(yǔ)言中的一維數(shù)組、二維數(shù)組、三維數(shù)組相聯(lián)系;將內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容與C語(yǔ)言中的指針相聯(lián)系，等等，這些內(nèi)容采用的是啟發(fā)式與對(duì)比式教學(xué)方法。對(duì)于程序設(shè)計(jì)部分，主要采用案例式和問(wèn)題式教學(xué)方法[7]。

3.3課程考核與評(píng)價(jià)

科學(xué)合理的考核與評(píng)價(jià)是OBE教學(xué)的重要保證，同時(shí)也是保證學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重要手段。我們的結(jié)課考核所采取的是過(guò)程化考核并以多種形式進(jìn)行（如表2所示）。課程總成績(jī)=期末成績(jī)+平時(shí)成績(jī)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)，將期末閉卷成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的比例降低，加強(qiáng)對(duì)平時(shí)作業(yè)、小測(cè)試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等的評(píng)分，采用合理的權(quán)重系數(shù)來(lái)處理“平時(shí)過(guò)程性評(píng)價(jià)”和“期末結(jié)果性評(píng)價(jià)”的關(guān)系[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

本OBE教學(xué)已在我校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的2016～2018級(jí)實(shí)施，從課程考核成績(jī)、對(duì)后續(xù)課程的支撐及2016級(jí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)情況看，取得了很好的教學(xué)效果，也得到了專(zhuān)家、同行的好評(píng)。OBE教學(xué)改革是一個(gè)持續(xù)改進(jìn)和不斷提升的過(guò)程，我們將繼續(xù)在教學(xué)實(shí)踐中不斷改進(jìn)與持續(xù)發(fā)展。

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【通聯(lián)編輯：王力】