高校微机原理课程跨专业整合的思考

张颖　周芳　陈鑫

摘要：微机原理课程是高校电类相关专业学生必修的一门专业基础课，其教学大纲和授课形式等往往依各专业特性而有所不同，但仍有相当多的重合部分，而相应的实验平台也同样存在重复构建的情况。针对这样的现状，整合现有的微机原理课程的教学和实践资源，包括教学内容、教学方法、实验室建设等方面，形成基本统一的格局，不仅有利于资源的优化配置和高效应用，更将有效地提升该课程的整体教学效果。

关键词：微机原理课程；跨专业；教学资源整合；教学改革；教学现状

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）07-1490-03

1 概述

微机原理课程是一门讲述微型计算机基本结构和相关接口模块原理的专业基础课，是学习硬件系统设计的重要专业基础课之一。该课程的任务是使学生从理论和实践上掌握微机的基本组成、工作原理、接口电路及硬件的连接，建立微机系统的整机概念，使学生具有微机系统软、硬件开发的初步能力，并为其它课程奠定硬件知识基础[1]。微机原理课程是本校的机电、控制、电子、计算机等电类专业的必修课，其教学目标和大纲也基本一致。但其教学内容与实践环节往往设置的各不相同，造成该课程教学资源的一定程度上的浪费。如何有效地整合不同专业的微机原理课程，既能调配和管理好现有各项资源，又能同时提升课程的整 体教学水平和教学效果，是目前本校该课程教学改革的重要内容，同时也对电类专业的人才培养具有重大意义。

2 微机原理课程的跨专业教学现状和存在问题

2.1 教学内容相对陈旧，缺乏整合性

现有的本校微机原理课程主要授课内容可分为两类，一类是以X86/Pentium处理器为模型机，一类是以嵌入式、单片机为主，其中又以第一类为多。X86/Pentium为模型机的讲授内容虽从大纲或者配套教材上来说，是覆盖了8088/8086至Pentium的所有处理器芯片的原理、汇编指令和相应接口控制等，但考虑到讲授的清晰度、学生的易于理解等因素，大多仍以8088/8086作为教学内容的重点。但问题是目前8088/8086芯片及其接口已经几乎在市场中不可见，相应的应用也非常少。嵌入式、单片机则主要以讲授ARM7和89C51为主，这两款芯片虽仍在实际系统中使用，但也并非目前嵌入式系统的主流芯片。此外这两类课程虽然都将介绍微处理器的自身结构、汇编程序设计及硬件接口，但由于硬件相关性大，其讲授内容差异很大，若直接将其合并，基本原理上又存在太多重复之处，因而将其进行整合具备较大的难度。

2.2 课程大纲及教学重点中缺少行业、企业考量

微机原理课程虽然是一门基础课，但同时也是实用性很强的课程。微处理器广泛应用于民用、军用的各个领域中，可以说是渗透进人们生活的方方面面，不仅致力于开发其应用系统的企业数目众多，此外，还有相当一部分公司和国防科研院所正在研发定制的微处理器芯片。但目前微机原理的教学内容中却很少能提供具体的行业、企业信息，其中固然有课时相对紧张的客观因素，但主要还是教学理念上的层次和立意还不够高。

2.3 实践环节和平台重复建设，形成资源浪费

目前各专业都配置了与其教学内容配套的实验平台，硬件平台型号各异，但功能相似，而且即使课程选择的主处理器类型一致，也往往构建各自不同的实验室，使得在全校范围内造成实验设备的重复购置。而事实上，现有众多可同时支持多种类型处理器的实验平台，可在一定程度上实现通用性，以便配合不同专业使用。此外，配套的实验和课程设计等环节的具体内容随着专业和课程内容的不同而千差万别，整合性也相对较差。

2.4 学生的应用能力相对较差

课堂教学时，往往是老师教什么，学生就接受什么，而实验时，通常也是实验老师将实验演示后，学生照着接下线，走个流程就完成，所以虽然大多数同学均顺利完成学习并通过考核，但实际运用微机原理相关知识的能力不强。比如在后续相关课程的学习，或者是各种相关的科创竞赛中，无法将所学知识转化、运用到新的系统中。问题的出现虽然和学生的学习方法不正确有关，但最主要的还是由于教学形式和方法的单调、机械，无法充分调动学生的学习热情，单一的考核方式也无法正确地引导学生学习的侧重点等。

3 微机原理课程的跨专业整合措施

针对目前本校各专业微机原理课程的教学现状，如何有效地进行整合，并合理地调配资源，应从教学内容调整、實验室管理、丰富多样的教学方式和网络平台的支撑等几个方面着力进行优化。

3.1 教学内容调整

不论是X86/Pentium或是嵌入式、单片机为主的讲授，其内容基本包括三个部分：①某个微处理器的内部结构以及以其为主线说明计算机系统的总体构成；②该处理器的汇编指令集及其汇编程序设计；③基于该处理器的存储器连接和I/O接口控制编程。此处的微处理器可在8086/8088，80386，Pentium，89C51，ARM7，ARM9，Cortex M0等中进行选择。目前本校微机原理课程中，以X86/Pentium为模型机的多数选择8086/8088，单片机通常是89C51，而嵌入式多数是ARM7。

若需要对跨专业微机课程教学内容进行整合，首先面临的问题就是要确定主讲的微处理器类型。若先不考虑具体芯片型号，首要选择的是X86体系还是ARM体系的微处理器，它们分别是PC系统和嵌入式系统的主流体系。诚然，嵌入式系统在整个应用系统中的比重日益增加，但是X86体系仍在现有系统中广泛使用，其特性除了对于系统的使用和开发者有理解的必要性，对于处理器的设计开发人员更是有重要的参考价值。所以，整合后的微机原理课程的主处理器仍建议选择X86系列的。在X86系列的微处理器中，摈弃经典但内容太过陈旧的8086/8088，考虑到学生的接受和理解水平，也不选择结构太过复杂的Pentium及其后续芯片，以第一款32位X86芯片80386作为讲授微机课程的主体处理器芯片较为合适。80386的内部结构相比其他32位处理器简单、易于理解，但同时具备32位处理器的保护模式、虚拟存储、流水线等特性，可与目前广泛使用的Pentium、多核处理器实现很好的对接，兼顾实用性和易于讲解性。

需要指出的是，虽然确立了主讲的微处理器，但不代表所有专业都强制只讲这款处理器及其相关内容。要兼顾众多专业特性，课程内容需要考虑类似“套餐”的方式，例如对于电子科学与技术系的学生，其需要掌握以80386为主的微机系统结构、ARM体系的系统结构等，而对于机电或者控制的某些方向的学生而言，专业特性只是需要掌握单片机的系统结构即可。因而可将ARM结构、单片机系统作为“套件”，利于不同专业的教学加以选择，但是这样的套件如何标准化，需要各个专业的微机原理的主讲教师共同协调、规整。

至于汇编语言部分，考虑到现有系统中除了引导程序或者部分底层控制仍需汇编编程之外，大部分都采用C语言或者其他高级语言，同时学生对高级语言相对熟悉，应适当减少指令系统和汇编程序设计的教学比重，可适当延伸到C语言或者C语言与汇编的混合编程下的硬件控制。事实上，微机原理课程有相关的前导课程“数字逻辑与电路设计”，该课程中同时涉及逻辑和具体电路，其电路与高级语言之间有更直接的关联性，在整合课程内容的过程中，完全可以将其与微机课程统筹考虑，提升课程之间的衔接性，同时也会更有利于学生对整个体系的理解。

3.2 实验室管理和实践环节调整

现有相关微机原理实验室分散在各个学院，大量实验平台存在重复建设的问题。当然，考虑到涉及专业和学生人数，完全将实验室整合成一个独立的微机原理实验中心不太现实，但可以将现有的“点”连成“线”，进而连成“面”。实验平台选择可支持多处理器的，便于适应不同体系下的实践课程安排。原先不少学院都设立了学生的创新实验室，供学生自行开展科创活动，在整合过现有实验室资源之后，可将多余的开发平台、基础设施等合并，单独设立一个多专业共享的创新实验室，充分利用硬件环境和资源，同时为学生提供自我实践、创造性地设计开发的公共平台。

配合着课程内容的套餐式设定，实验内容当然也需要适应性地设置成不同的组合形式。同时实验应减少验证性实验，增加更多的设计性和综合性实验[2]，创造更多机会让学生真正动手去实践课堂所学的理论。对于有一定难度的设计或综合实验，允许学生自行组队，即能激发他们分析问题、解决问题的热情，又能锻炼和培养团队合作能力。

3.3 教学形式优化和网络平台建设

微机原理课程的内容抽象、单纯的讲课方式往往比较枯燥，虽然在教学方式上有很多方法可以优化教学效果，例如案例教学法、形象化教学法、启发式教学法、归纳式教学法、讨论式教学法[3]等，但更重要的是应该考虑如何提升学生的学习热情。

前面提及现有课程安排中缺乏行业、企业的考量，在学时合理安排的情况下，可以增加现有行业特性的专题说明（有条件的话，也可邀请相关专家做个主题讲座），同时利用课外实践的时间组织学生进行参观等活动，不仅增加感性认识，更重要的是让学生意识到微机原理的广泛应用，增强他们学习这门课程的主动和自觉性，同时也能启发他们的创造性。

学生们相对接触个人电脑时间比较早，对于软件编程和使用要比硬件熟悉的多，所以微机原理课程中所涉及的硬件结构、汇编指令、接口电路等对他们而言，接受起来相对困难，再加上传统的讲课方式单一，因而很难激发他们的学习热情。实践环节虽可以提供更多实际操作的机会，提升他们的应用能力，但通常都与课程讲授分离，因而如果可以在课堂上使用软件仿真的方式演示系统连接、硬件控制将极大地提高教学效果。Proteus软件可以用于仿真、分析各种模拟电路和集成电路[4]，最初主要用于支持单片机系统的仿真，但从Proteus 7.5 SP3版本开始，可以支持X86处理器及其接口芯片的仿真，因而可以很好地配合微机原理课程的教学。任课教师可在课堂教学中，配合所讲理论知识，辅以Proteus软件验证、演示微机系统的运行结果。学生也可在课外自行使用Proteus软件，即可加深对微机原理基本知识的理解，又能去除实验室使用时间受限的影响，随时对微机系统进行设计、仿真，其使用方式简单，能极大地提升学生学习微机课程的兴趣。

现在通信和网络系统发展迅猛，日益改变着人们之间沟通和交流的方式，传统教学方式也应随着调整、改进。目前在高校内架构网络教学平台的软、硬件技术基础都日益成熟[5]，这种网络平台不只是简单的在网上提供课程课件和习题等资源，让学生可以实现主动学习，更重要地是构建网上的互动平台，可提供师生之间、学生之间的实时讨论、交流。依托这样的平台，老师和学生平等地参与教学活动，将充分地调动“教”与“学”的积极性。在进行跨专业的整合中，网络教学平台可成为本校所有电类专业的教师、学生的公共平台，将更加有利于资源共享和各专业之间的沟通，必将更好地提升微机原理课程的整体教学效果。

4 结论

为了能够有效调配现有的教学和实践资源，同时以多种方式促进整体课程的教学效果的提升，有效地开展微机原理课程的跨专业整合工作是非常重要的。但是这种整合绝非简单的合并或删去，而是应结合各专业特性有机地进行组合，这项工作的开展不仅需要具体的措施和方法，更重要的是需要任课教师不断提升自我的教学方法和教学理念，同时也需要跨专业的任课教师之间形成有效的沟通和良好的协作。

参考文献：

[1] 张元涛. “微机原理及应用”课程的教学改革探討[J]. 中国电力教育， 2013（5）：84-85.

[2] 刘民岷. 《微机原理及接口技术》课程教学及实验改革[J]. 实验科学与技术， 2013，11（1）：64-66.

[3] 韩松. “微机原理与接口技术”教学改革与探讨[J]. 中国电力教育， 2012（10）：79-80.

[4] 周润景，张丽娜. 基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社， 2006.

[5] 孙柏祥. 基于Moodle的网络教学平台的构建与应用[J]. 电脑知识与技术， 2010，6（5）：1259-1260.