基于Visual Studio Code的實驗教學模式研究

劉麗娟 寇科

摘 ?要：為探索出適用于一流本科課程教學的實踐方式，文章針對“微機原理”實驗課程，提出基于Visual Studio Code的實驗教學模式。新模式彌補了傳統實驗教學的不足，能有效增強學生編寫代碼的興趣，滿足個性化需求，提高編程效率，提升教學質量。文章從實驗項目安排、編程軟件安裝和實驗操作等方面多角度介紹新模式對實驗教學的支撐作用，為軟件編程方面的實驗教學工作提供新思路，進一步推進先進信息技術與實驗教學的深度融合。

關鍵詞：“微機原理”實驗教學;Visual Studio Code;匯編語言程序設計

中圖分類號：TP368.1;G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-4706（2021）06-0096-05

Study on Experimental Teaching Mode Based on Visual Studio Code

—Take “Principle of Microcomputer” Experimental Teaching as an Example

LIU Lijuan，KOU Ke

（School of Mechanical and Precision Instrument Engineering，Xian University of Technology，Xian ?710048，China）

Abstract：In order to explore a practical mode suitable for the first-class undergraduate courses teaching，an experimental teaching mode based on Visual Studio Code is proposed for “Principle of Microcomputer” experiment course. The new mode makes up for the shortcomings of traditional experimental teaching. It can effectively enhance studentsinterest in code writing，meet studentss personalized needs，increase programming efficiency and improve teaching quality. The paper illustrates the supporting effect of the new model on experimental teaching from several aspects of experimental project arrangement，programming software installation and experimental operation in many angles. Furthermore，it provides new ideas for the experimental teaching in software programming，and will promote the deep integration of advanced information technology and experimental teaching further more.

Keywords：“Principle of Microcomputer” experimental teaching;Visual Studio Code;assembly language programming

0 ?引 ?言

2019年教育部在《關于一流本科課程建設的實施意見》中指出一流本科課程建設的基本原則之一是“突出創新性。教學內容體現前沿性與時代性，及時將學術研究、科技發展前沿成果引入課程。教學方法體現先進性與互動性，大力推進現代信息技術與教學深度融合，積極引導學生進行探究式與個性化學習”[1]。在一流本科課程建設的推動下，“微機原理”實驗課程作為儀器類專業必修專業基礎課的實踐環節，有必要改善以前的教學方法，融入時代科技發展前沿成果，創新實驗教學模式。

“微機原理”是介紹微型計算機的工作原理、系統組成及匯編語言程序的基本設計方法的課程。該課程旨在使學生獲得微型計算機硬件組成及工作原理方面的基礎知識和匯編語言程序設計的基本方法技能，為學習后續課程和以后跟蹤計算機技術的新發展，進一步學習和應用相關方面的新知識、新技術打下必要基礎?！拔C原理”實驗課是該課程重要的教學環節，其目的是配合理論教學，幫助學生進一步理解與掌握所學知識，提高學生對微型計算機的操作能力和匯編語言編程及程序調試的能力[2]。

1 ?現有“微機原理”實驗教學分析

1.1 ?實驗項目安排

“微機原理”實驗課程教學目標是讓學生掌握8086計算機的尋址方式及整個指令系統，掌握匯編語言程序設計的基本方法，培養學生理論聯系實際以及實踐動手能力。從“微機原理”實驗課程相關文獻中統計得出，幾乎所有論文實驗操作環節中匯編語言程序編寫都借助DOSBox工具，使用MASM軟件，程序調試使用基于DOS系統的Debug調試工具，本校測控技術與儀器專業在該門實驗課程中使用的軟件也如此，接下來詳細介紹。

根據最新的實驗大綱，實驗項目設置為3個內容共8個學時，具體實驗安排如表1所示。實驗一為動態調試程序Debug的使用，實驗二為Debug熟悉指令調試程序段，實驗三為匯編語言程序設計，其中實驗一、實驗二為驗證性實驗，實驗三為綜合設計性實驗。實驗一、實驗二使用Debug調試工具，實驗一為實驗二的基礎，逐條執行每條匯編指令，可以看到每條指令的執行結果和存儲器單元的變化，以及對各個標志寄存器的影響，學生因此清楚了解指令下的執行步驟和作用。實驗一、實驗二的目的是讓學生學會使用Debug調試工具執行程序段，熟練掌握Debug提供的19條調試命令，依靠這些命令的運行來查看存儲單元的變化[3]。實驗三為匯編語言程序設計，實驗操作步驟如圖1所示，使用模擬DOSBox工具進行匯編語言程序編寫實驗，通過MASM軟件在DOS窗口中運行和調試匯編語言程序。首先利用EDIT.COM建立以.ASM為擴展名的源程序文件，然后利用MASM.EXE調用匯編程序，生成以.OBJ為擴展名的目標程序文件，接下來利用LINK.EXE調用連接程序，產生擴展名為.EXE的執行文件，運行程序，軟件會跳轉至DOS環境，最后使用Debug指令調試程序。

1.2 ?實驗所用軟件介紹

1.2.1 ?軟件安裝及環境設置

目前大部分計算機CPU為64位，因為MASM軟件的不完善，進行編程實驗時會遇到問題，這時候需要使用DOS模擬器工具來模擬生成DOS窗口，在這個模擬窗口中運行和調試匯編程序[4]。DOS系統模擬器DOSBox工具的安裝和配置步驟為：

（1）安裝模擬DOSBox工具，可以按照默認路徑安裝，安裝成功后會在桌面上自動生成DOSBox快捷圖標。

（2）設置DOSBox的虛擬運行磁盤。打開DOSBox工具，在活動窗口中輸入Z：＼>mount F D：＼命令，將F盤設置為DOSBox工具的虛擬運行磁盤，然后輸入Z：＼>F：命令，進入F盤。

（3）在D盤中預先存放MASM軟件，確保asm編輯文件、link連接文件和Debug調試文件已放置在MASM軟件文件中。

設置好后就可以按照正常的操作步驟進行程序的編寫，運行和調試工作。

1.2.2 ?實驗操作

由圖1可以看出，匯編語言程序的建立及處理過程分以下幾步完成：首先用匯編程序產生匯編語言的源程序（屬性為ASM源文件），再把源文件轉換成二進制代碼表示的目標文件（OBJ文件），.OBJ文件雖然已經是二進制文件，但它不能直接上機運行，必須經過連接程序（UNK）把目標文件與庫文件或其他目標文件連接在一起形成可執行文件（EXE文件）。

由此得出，實驗操作過程復雜，學生不便于操作。從近幾年學生實驗的情況總結出實驗操作中出現的問題有：

（1）Debug命令較多，學生需要長時間記憶練習才能掌握，忽略了實驗的最終目的。

（2）兼容性存在問題，程序運行過程中經常出現卡死的情況。

（3）修改程序不方便，無法定點修改。

（4）程序編寫沒有具體的錯誤提示。

（5）可配置性差，字體、外觀吸引力弱。

（6）修改寄存器和內存單元值的步驟煩瑣。

2 ?VS Code實驗教學介紹

針對上述問題，為了構建一種適用于一流本科課程的教學模式，在“微機原理”實驗課程中融入先進的軟件技術，改善實驗方法，創新教學方式，尋求到一種安裝簡單、易于操作、學生興趣濃厚的編程環境，提出了基于Visual Studio Code（簡稱：VS Code）的“微機原理”實驗教學方式。

2.1 ?VS Code軟件優勢

VS Code具有豐富的插件安裝功能和可擴展的生態系統，該軟件的主要優勢有三點：

（1）具有多個語言相關類插件，支持多種語言編寫，已經支持了38種語言或文件：F#、Python、Java、PHP、HTML、Visual Basic、C++、C#、MASM/TASM等[5，6]。

（2）開源免費，安裝、設置簡單，界面美觀，自帶豐富多樣的主題，主界面的顯示風格可以根據個人喜好進行個性化設置。

（3）支持各種文件格式，使用代碼提示類插件的智能提示功能、強大的調試功能、各種方便的快捷鍵使實驗操作簡單易行，能有效訓練計算思維，增強編寫代碼的樂趣。

2.2 ?實驗設計與實例操作

2.2.1 ?實驗設計

由于實驗編程環境的改變，實驗操作中不需要掌握Debug動態調試程序相關的多個指令，所以刪除原來第一個實驗，實驗總數變為兩個，實驗項目設置如表2所示，具體實驗內容如圖2所示，圖中實驗一為匯編語言程序段調試，該實驗要求學生掌握8086/8088的8種尋址方式，了解狀態標志與控制標志的特點，熟練掌握8086/8088指令系統的基本操作，熟悉匯編語言上機環境、基本操作以及匯編語言源程序結構。實驗二為匯編語言程序設計，該實驗要求學生掌握8086/8088匯編語言程序設計和調試方法，學習及掌握匯編語言源程序的基本框架和要求，明確程序中各段的功能和相互之間的關系。該實驗設計了9部分實驗內容，分別為：1、清零程序。2、拆字程序。3、拼字程序。4、數據區移動。5、數據排序。6、找零個數。7、二進制轉換成BCD碼。8、二進制轉換成ASCII碼。9、32位二進制乘法。其中內容1作為上課講解時教師給學生演示用的程序，內容2、3、4、5、6為學生實驗中必做部分，內容7、8、9為擴展部分，主要面向學有余力的學生，供課后討論完成。

2.2.2 ?實例操作

以實驗中一個內容為例介紹匯編程序調試步驟，操作步驟如圖3所示。

具體的操作步驟為：

（1）打開VS Code軟件。

（2）在菜單欄中點擊新建.asm文件（新建之前需確保已經安裝了MASM/TASM插件）。

（3）點擊菜單欄中保存圖標，輸入文件名格式“名稱.asm”（例如：程序1.asm），選定合適的位置，點擊保存。

（4）程序編寫與調試過程：

1）按照正確的匯編程序編寫格式（如果沒有堆棧段和數據段可以不寫，但是必須有代碼段），程序如圖4所示。

2）在程序框中右擊鼠標，點擊“運行當前程序”，如圖5所示。出現兩個警告，修改程序，重新運行。（VS Code程序在直接尋址中，必須加段地址，不然會出現警告。由題目分析可知兩個警告處的段地址都為6000H），12行指令改為：MOV AX， [6000H：0000H];13行指令改為：MOV AL， [6000H：0000H]。

3）沒有錯誤和警告之后，右擊主程序框，點擊“調試當前程序”（使用VS Code軟件，點擊調試程序之后會將輸出結果顯示在內置的終端窗口中），跳轉至DOSBox軟件進行程序的調試與結果的顯示，如圖6所示。

4）在調試程序之前，需要根據題目要求修改對應地址中存放的值，右擊右下角內存區域，選擇“Goto…”，如圖7所示。

題目已知（60000H）=12H，（60001H）=34H，（60002H）=56H，（60003H）=78H，（70000H）=0ABH，（70001H）=0CDH，（70002H）=0EFH，（70003H）=0DH。

5）輸入對應的物理地址，然后修改內存地址中的值，修改成功之后的值如圖8所示（注意如果內存地址中的值為AB，應該輸入0ABH）。

6）在DOSBox環境下，按鍵盤F8單步運行程序，也可以將光標放置到對應程序位置，然后點擊菜單欄中RUN中的“Go to cursor”，如圖9所示，可以觀察光標運行位置每個寄存器、狀態標志位和內存地址值的變化。

由上述實例操作可以看出，在VS Code環境中進行實驗，程序編寫過程中用波浪線可以標記出語法錯誤，程序運行之后有具體的錯誤/警告提示，修改寄存器和內存地址值方便，可以實時觀察到寄存器、狀態標志、內存地址值的變化，實驗效果得到明顯提升。

3 ?結 ?論

文章從“微機原理”實驗課程的項目安排、編程軟件安裝、環境配置、編程界面、實驗操作等多方位比較了傳統和基于VS Code的新型教學模式，得出基于VS Code的實驗教學中軟件安裝設置簡單、編程界面美觀、實驗安排合理、操作便捷等結論，能有效增強學生編寫代碼的興趣，訓練微機編程思維，提高編程效率，改善教學效果，提升教學質量，可以將這種方法推廣到其他編程設計類課程中。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關于一流本科課程建設的實施意見 [EB/OL].（2019-10-30）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

[2] 劉麗娟，寇科，張祖漪.“微機接口技術”課程線上實驗教學模式構建與應用 [J].現代信息科技，2020，4（24）：178-181.

[3] 李紅剛，殷立新，李紅彪.“匯編語言程序設計”教學方法研討 [J].無線互聯科技，2018，15（23）：73-74.

[4] 梁偉.匯編語言程序上機調試運行方法 [J].信息記錄材料，2018，19（7）：226-228.

[5] 解定東.Web版VS Code的自主搭建與應用 [J].科學技術創新，2020（29）：94-95.

[6] 陳常念，孔維廣，曹劍文，等.基于Visual Studio Code的C語言程序設計實踐教學探索 [J].計算機教育，2020（5）：43-47.

作者簡介：劉麗娟（1989—），女，漢族，陜西渭南人，助理工程師，碩士，研究方向：微機原理、嵌入式等實驗教學;寇科（1988—），男，漢族，陜西榆林人，講師，博士，研究方向：激光自混合干涉測量、微機原理及接口技術本科教學。