基于項目驅動的模塊化教學在微機原理與接口技術中的應用研究

徐嘉莉 周曉清 朱曉玲

摘要：針對微機原理與接口技術課程傳統(tǒng)教學中存在的不足，依據教學模塊化的理念，重建微機原理與接口技術課程的專業(yè)知識體系，使學生從整體觀、全局觀去掌握微機原理的基本知識及工作原理；依據項目驅動的理念，將傳統(tǒng)實驗項目化，進一步幫助學生鞏固微機原理知識、完善專業(yè)知識體系，提高硬、軟件分析設計能力。實踐證明該方法不僅能夠解決傳統(tǒng)教學中存在的問題，而且能在一定程度上激發(fā)學生的學習熱情、提高學生的硬軟件分析設計能力。

關鍵詞：項目驅動；模塊化；微機原理與接口技術

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）13-0152-03

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微機原理與接口技術是通信工程、電子信息工程、自動化工程等專業(yè)的基礎課，理論性、實踐性很強。該課程旨在培養(yǎng)學生的微型計算機軟、硬件系統(tǒng)設計與應用能力，但是，微機原理與接口技術課程的傳統(tǒng)教學存在知識點抽象而且離散、驗證性實驗較多而且考核方式單一等不足，這些導致學生學習積極性不高、對微機原理與接口技術的知識體系不夠明晰、硬軟件分析設計能力不足等問題。

因此，將基于理論知識模塊化、實驗內容項目化的理念應用在微機原理與接口技術教學改革中，構建完整的微機原理與接口技術的知識體系，培養(yǎng)學生的軟、硬件分析設計能力，為后續(xù)課程的學習夯實基礎。

1 微機原理與接口技術傳統(tǒng)教學中存在的不足

1.1 知識點多而離散，且抽象

微機原理與接口技術課程由計算機組成原理、匯編程序設計語言、微型計算機系統(tǒng)與接口技術三門課融合而成，從傳統(tǒng)的教學內容的組織來看，這三部分理論知識點多，相互之間比較離散且抽象，這就導致學生不明了微機原理與接口技術的知識體系、學習難度大、學習目的不明確，在一定程度上影響了學生的學習積極性。

1.2 驗證性實驗較多且考核方式單一

微機原理與接口技術課程的實驗教學主要采用“實驗箱 + 匯編集成開發(fā)環(huán)境”模式，實驗指導書提供了實驗所需的源程序代碼、固定的硬件連接圖、程式化的操作步驟。學生只需要機械地根據實驗指導書提供的步驟就可完成相應的實驗。顯然，這種驗證性的實驗模式靈活性、創(chuàng)新性不足，學生不能靈活自由地設計實驗，限定了學生的思維拓展。最后，每個學生的實驗內容和實驗報告一模一樣，老師僅根據實驗結果和實驗報告來判分，不能充分體現學生的實際水平，有失公允[1-2]。這些都導致學生學習缺乏積極性、主動性，不利于學生提升軟、硬件能力，更不用說創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)。

2 微機原理與接口技術理論教學模塊化

微機原理與接口技術課程傳統(tǒng)的教學內容組織如表1所示。

從表1可以看出，微機原理與接口技術包含了計算機組成原理、匯編程序設計語言、微型計算機系統(tǒng)與接口技術三門課的內容，知識點繁多。從表 1也可以看出，傳統(tǒng)的教學內容組織方式使得各個知識點之間的聯(lián)系不夠緊密，比如，根據馮·諾依曼思想，8086微處理器和半導體存儲器本屬于微處理器系統(tǒng)范疇，卻分屬于第2章和第5章，中間穿插了8086指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計，使得知識點不連貫。這種知識點之間松散的關系會讓學生對知識的脈絡不夠清晰，加大學生的學習難度。

根據教學大綱，微機原理與接口技術課程的最終目標是培養(yǎng)學生的硬件系統(tǒng)分析設計能力、軟件分析設計能力和芯片應用能力，因此，依據這三大培養(yǎng)目標能力，根據微機原理與接口技術課程的理論知識點之間的層次結構和內在聯(lián)系，結合馮·諾伊曼思想，打亂傳統(tǒng)教學內容的組織順序，將微機原理與接口技術課程的理論知識點整合為三大模塊：基于8086CPU的微型計算機系統(tǒng)模塊、匯編語言程序設計模塊及接口技術模塊[3]，具體見表2所示。

從表2可以看出，三大教學模塊囊括了微機原理與接口技術課程所有的知識點內容，也契合了三大培養(yǎng)目標能力。其中，模塊一使學生能夠較為完整地理解并掌握微型計算機的設計思想、基本組成、邏輯結構及各部分的功能特征，乃至8086微處理器的典型時序及操作，提升硬件系統(tǒng)分析及設計能力，也能輔助提升芯片應用能力；模塊2使學生能夠掌握匯編語言程序設計的編程思想及DOS和BIOS的功能調用，培養(yǎng)學生軟件分析、設計能力，進一步加強學生對微型計算機系統(tǒng)工作原理的理解，提升硬件系統(tǒng)分析設計能力；模塊三可以使學生掌握基本的接口設計方法，更進一步加深理解并掌握微型計算機系統(tǒng)的組成及工作原理，培養(yǎng)學生的芯片應用能力，也提升學生的軟件分析及設計能力、硬件系統(tǒng)分析及設計能力。

顯然，依據三大目標能力的微機原理與接口技術的理論知識點的模塊劃分不僅使學生能清晰掌握微機原理與接口技術課程的知識脈絡，構建完整的知識體系，而且還能使學生更加清楚地了解各個模塊最終的培養(yǎng)目標能力，明確學習目的，增強學習興趣[4]，進而克服傳統(tǒng)教學中知識點多而散帶來的知識結構混亂、學習目的不明確的缺點。

3 微機原理與接口技術實驗教學項目化

3.1 微機原理與接口技術實驗教學項目化

傳統(tǒng)的微機原理與接口技術實驗內容包括4個實驗，具體內容如表3所示。

從表3可以看出，匯編語言程序設計占全部實驗的50%，占比太重；芯片應用占全部實驗的50%，且只涉及教學大綱要求的芯片數的一半，這主要是因為受實驗課時的限制。四個實驗均屬于驗證性實驗，因為實驗指導書提供了相應的電路連接圖、源代碼和操作過程，顯然，這不利于培養(yǎng)學生的軟、硬件分析設計能力及創(chuàng)新能力。而且4個實驗的關系是分割的，尤其是關于匯編語言程序設計的兩個實驗內容與后續(xù)的芯片實驗內容并無關聯(lián)，這在一定程度上會影響學生的學習積極性。

因此，依據微機原理與接口技術實驗教學大綱，抓住CPU內部架構和工作原理兩個“重心”、CPU與存儲器和 CPU與外設進行信息交換兩個“基本點”，對傳統(tǒng)實驗項目編整與規(guī)劃，將單一的驗證性實驗改為模塊化項目式實驗——基于8086CPU的交通燈系統(tǒng)的設計與實現，讓學生在項目的實施過程中鞏固微機原理與接口技術的基本概念和工作原理，完善知識體系，進一步培養(yǎng)其軟硬件分析、設計能力及團隊協(xié)作能力[5-6]。

基于項目驅動的微機原理與接口技術實驗組織內容如表4所示。從表4可以看出，基于8086CPU的交通燈系統(tǒng)項目將微機原理與接口技術課程中傳統(tǒng)的、驗證性實驗囊括在一起。從表4也可以看出，該綜合性項目分為三個模塊：8086最小系統(tǒng)設計模塊、匯編程序設計模塊、接口技術設計模塊，恰好與理論知識點的模塊劃分相呼應（表2） ，也對應三大目標能力。模塊一要求學生基于Proteus設計一個最小系統(tǒng)，使學生掌握8086CPU最小系統(tǒng)的基本構成，明晰地址總線和數據總線的構成，并對8086CPU的結構、總線時序、存儲器組織等知識點有更進一步的理解，在一定程度上提高學生的8086硬件系統(tǒng)分析及設計能力。其次，模塊二包括信號燈軟件定時程序設計和緊急情況下四向紅燈的中斷服務程序設計兩個子項目，使學生更加熟練掌握8086的尋址方式和指令系統(tǒng)、匯編程序設計方法及調試，

進一步提高學生的軟件分析、設計能力。最后，模塊三包括基于74HC373的信號燈電路設計、基于8255A的信號燈可控設計、基于8253的硬件定時設計和基于8259A的緊急情況下四向紅燈設計4個子項目，旨在培養(yǎng)學生的8086硬件系統(tǒng)分析及設計能力、芯片選型及應用能力。

從表4可以看出，模塊二包含的子項目與模塊三包含的子項目聯(lián)系緊密，比如，“信號燈軟件定時程序設計”是“基于8255A的信號燈可控設計”的軟件部分，“緊急情況下四向紅燈的中斷服務程序設計”是“基于8259A的緊急情況下四向紅燈設計”的軟件部分。同樣，模塊二和模塊三都是在模塊一的基礎上實現，三大模塊緊密聯(lián)系，構成了基于8086CPU的一個完整的交通燈系統(tǒng)，這將會在一定程度上提升學生的學習積極性。

3.2 微機原理與接口技術實驗教學項目化實施

將項目驅動思想引入實驗教學中[7-8]，事先將實驗題目、實驗要求通知學生，學生以小組為單位，組內同學團結協(xié)作，了解實驗原理、構思電路連接圖、編寫驅動軟件、設計實驗步驟，借助仿真軟件Proteus在線下、截止時間前，完成實驗，這樣既可以培養(yǎng)學生的軟、硬件分析設計能力和團隊協(xié)作能力，也能彌補實驗課時不夠的不足；在實驗課上，以小組為單位，選出一個學生代表向老師進行實驗演示及演講，老師根據該組同學演示的情況、實驗題目的難易程度及實驗過程中遇到的問題向小組內的每個同學提問，被提問的學生在規(guī)定的時間內完成答辯。這樣就把驗證性實驗變成了綜合性、創(chuàng)新性實驗。如基于8086CPU的十字路口交通燈系統(tǒng)中，針對組內學習基礎不好的同學，要求其能講解該交通燈系統(tǒng)的工作原理等基本知識；對學有余力的同學，要求他們現場分析該系統(tǒng)的優(yōu)點、不足，引導學生從硬件、軟件部分對系統(tǒng)進行優(yōu)化，并讓優(yōu)秀的同學帶領基礎差的同學一起進步。最后，教師根據實驗演示、答辯的情況，結合實驗報告給出實驗成績，克服了僅憑實驗報告、不重實驗過程的傳統(tǒng)實驗評價方法帶來的缺點。

實驗項目化不但讓學生了解了實驗必須具備的基本理論，還舉一反三，實現了多個知識模塊之間的融會貫通，極大地提升了學生硬軟件分析設計能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，而且重視過程的實驗考核方式也改變了傳統(tǒng)的實驗考核方式，極大地提升了學生的學習熱情。

4 結束語

本文采用模塊化的教學理念，使微型計算機原理與接口技術的各理論知識點模塊之間的內容層次及邏輯更加清晰，使學生更容易理解、接受。基于項目驅動的實驗教學理念設計實驗項目，使學生進一步完善“微機原理與接口技術”的知識體系結構，提升軟、硬件分析設計能力，進一步提升自主學習能力和創(chuàng)新能力。

通過隨堂師生互動、學生為主導的習題課、問卷調查、實驗課答辯情況以及期末教學評價可知，基于項目驅動的微機原理與接口技術課程模塊化教學方式不僅能克服傳統(tǒng)教學的缺點，提升學生的學習積極性，還能在很大程度上提升學生的軟、硬件分析設計能力及芯片應用能力。

參考文獻：

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[6] 張本文.單片機原理實踐教學與項目驅動結合改革初探[J].電腦知識與技術，2021，17（9）：155-156.

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[8] 蘇日建，郭功兵.基于項目驅動的微機原理與接口技術教學方法研究[J].河南教育，2015（8）：76-77.

【通聯(lián)編輯：王力】