计算机接口技术课程教学和实验改革实践

张洪来 鄢艳红 陈浩

摘要：《计算机接口技术》是计算机专业一门重要的专业课程，该文针对课程学时少、内容多、理论性强、实践性强的特点，在组织优化教学内容、采用多种教学方法和手段、实验内容层次化设计等方面提出了一系列改革措施，达到了激发学生学习热情，提高教学效果的目的。

关键词： 计算机接口技术；教学改革；教学方法；层次化设计

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）01-0114-03

Research on Teaching Reform of Computer Interface Technology

ZHANG Hong-lai， YAN Yan-hong， CHEN Hao

（School of Medical Information Engineering， Guangzhou University of Chinese Medicine， Guangzhou 510006， China）

Abstract： Computer interface technology is an important professional course to the major of medical information engineering. With the course theoretical and Strong practical， a series of reform measures such as optimizing teaching contents， applying a variety of teaching methods and hierarchical design of three levels on experimental content s are put forword to achieve the goals of inspiring students' enthusiasm for learning， and improving the effect of teaching.

Key words： computer interface technology； teaching reform； teaching method；hierarchical design

1 概述

“计算机接口技术”课程是计算机科学与技术专业的一门重要的专业课程，是大学生掌握计算机硬件基础知识和常用接口技术的入门课程[1]。通过该课程的学习，深入了解微型计算机系统的组成、工作原理以及常用接口技术，培养具有一定的计算机软硬件开发能力、独立分析和解决问题的能力，为后续课程的学习奠定坚实的基础。

“计算机接口技术”是一门理论与实踐结合紧密的课程，具有理论性强、概念抽象、知识点多、实践性强的特点，学生普遍反映课程内容难于理解，学习难度较大，导致学生学习兴趣不浓，同时学生普遍存在“欺软怕硬”、“重软件、轻硬件”的现象，从而影响了学习效率和学习效果[2]。面对如何发挥学生的主观能动性，提高学生的学习热情，激发学生的求知欲望，并在有限的学时内，取得更好的学习效果的问题，该文结合多年的教学实践，对课堂教学重新设计并使用多种教学方法和教学手段以及在实验教学方面进行了初步的探讨。

2 课堂教学设计

根据国家教育部新专业的基本要求和学分制教学改革的需要，广州中医药大学计算机专业2011级在校学生实行新的学分标准，课时由原来的72学时调整为64学时，课程学时数减少，需要重新组织、优化教学和实验内容，整合教育资源，适当调整教学内容和学时进度安排，使之在有限的学时内，充分发挥学生的主体地位，提高教学效率。

2.1充分利用先修课程知识，承上启下

计算机专业的学生在学习该课程之前，已经完成“数字逻辑”、“电路基础”、“普通物理”、“模拟电子技术”、“C语言程序设计”、“计算机组成原理”等专业必修基础课程中的部分或全部课程，为此课程的学习打下了良好的基础[3]。以广州中医药大学计算机专业2011级本科生为例，按照教学计划和教学大纲的要求，先修课程有C语言程序设计、数字电路、模拟电子技术、计算机组成原理等课程，学生有了一定的基础。本课程对其他课程里已讲解的知识内容，不再重复，直接使用，节约课时，以便把更多的时间放在其他重要的新知识上。先修课程中已涉及的知识内容并与本课程内容直接相关的知识有：如数制、码制内容在计算机概论、C语言、数字逻辑、计算机组成原理中都有涉及，在微型计算机系统概述部分不再重复；原码、反码、补码相关知识和概念以及时钟周期、机器周期、指令周期、寻址方式概念、存储器相关概述等内容在计算机组成原理中专门有相关的章节进行介绍并讲解，在本课程的微机总线章节和存储器章节相同内容不再重复，直接承上启下引用知识到本课程中，为本课程新的知识内容的开展做好铺垫。门电路、3-8译码器、七段数码管、D/A转换器原理等内容在数字电路课程中有详细讲解，在本课程的输入输出接口以及D/A转换相关章节简单概括，承接本课程的新知识。先修课程的知识为本课程起到了承上启下的作用，促进了课程之间的知识的衔接与连贯，也体现了课程之间的关联性。

2.2优化重组教学内容，使课程内容紧凑连贯

本校学生没有单独开设汇编语言程序设计课程，没有汇编语言基础，而计算机接口技术课程需要汇编语言知识，故本课程实际教学内容包括三个模块：微机原理、汇编语言程序设计及接口技术。“计算机接口技术”课程是计算机专业学生继“计算机组成原理”之后开设的第二门硬件必修课程，是后续其他硬件系列课程的基础。在该课程教学进度安排时，既充分考虑学生在此课程开设之前没有汇编语言基础的实际情况，又考虑尽可能多的分配学时给硬件知识的需要，本课程在保证学生基本掌握汇编语言程序设计所需知识的前提下，侧重硬件的学习和实践，对内容和学时作了如下安排，重在培养学生分析解决实际问题的能力、创新能力，培养学生的工程素质。

整门课程共有11章讲解内容，硬件接口技术部分作为本课程的重点章节，对在其他课程里已有的知识和概念在此课程不再重复讲解，以节省课时，每章节的重点讲授内容和学时安排如下[4]。

第一章微型计算机系统概述2学时，此部分主要介绍微型计算机系统的组成。数制和数码、原码、反码、补码等内容简略概括。

第二章微处理器指令系统和第三章汇编语言程序设计共14学时，此部分主要介绍微处理器内部结构、寻址方式、通用数据传送指令、堆栈操作指令、加减法指令、位操作运算类指令、控制转移类指令以及第三章的汇编语言源程序格式、变量、属性、分支结构、循环结构和子程序设计。此两章内容重新整理，没有按照教材的编写顺序讲授，而是将第二章内容和第三章内容糅合一起，以适应授课需要，使内容连贯、紧凑，并节省学时，提高授课效率。在这部分内容的授课上，采取先整体再分述再整体的讲课思路，从一个简单且完整的源程序着手，对其各组成部分一一进行讲解分析，包括数据段、代码段、堆栈段、变量的定义，程序的正常返回，汇编的结束，语句的构成，再具体到寻址方式，指令内容。对于第二章的控制转移类指令中的转移类指令、循环指令、子程序指令分别调整到第三章分支结构、循环结构、子程序设计中。在讲授程序设计这部分知识，兼顾前面所讲的指令系统知识，需要教师精心挑选具有代表性、典型性的实例，更进一步加深学生对前面知识的掌握。两章节内容的穿插进行，连贯有序，加之有先修课程C语言程序设计课程的学习基础，以这样的方式讲解，学生能够对汇编语言程序设计的整体知识结构，一目了然，轮廓清晰，提高教学了效果。此外，可以引导学生根据课堂学习指令的方法，利用课余时间完成课堂上未讲的指令， 培养学生自主学习的能力。

第四章微机总线4学时，主要介绍CPU的引脚信号和总线时序。第五章主存储器4学时，主要介绍随机存取存储器和只读存储器的主要芯片的使用以及半导体存储器的连接。第六章输入输出接口4学时，主要介绍I/O接口的典型结构、I/O端口的编址、输入输出指令和无条件传送方式、查询传送方式。第七章中断控制接口6学时，主要介绍中断系统概述知识和8259中断控制器，学习8259中断控制器的使用。第八章定时计数控制接口4学时，主要介绍8253定时计数器的工作方式和编程，学会8253定时计数器的使用。第九章并行接口6学时，主要介绍8255并行接口芯片的工作方式和编程，学会8255并行接口芯片与键盘、LED数码管和并行打印机接口的应用。第十章串行通信接口4学时，主要介绍串行接口标准EIA-232D和通用异步接收发送器8250的编程，学会用异步接收发送器8250的使用。第十一章模拟接口4学时，主要介绍DAC0832芯片和ADC0809芯片与主机的连接以及两种芯片的使用方法。

3 运用多种教学方法，激发学生学习热情

比拟法是教学中非常重要的一种方法，运用比拟法能帮助学生透彻的理解新知识，使抽象的知识形象化。对本课程中遇到枯燥无味又不易理解的内容，采用比拟方法，用生活中的具体实例比拟抽象的内容，使学生在轻松愉快的气氛中接受新知识，帮助学生理解和消化。例如介绍中断系统时，对中断可以理解这样的一个过程：学生在图书馆看书，此时手机电话铃声响了，学生在看书的那页放上书签，走到外面接听电话，接听电话之后，再回到座位继续看书。这样一个生活实例就是中断的含义，其中电话铃声响起就是一个中断源，接电话就是中断处理，接听完电话回到座位上拿下书签继续看书，就是中断返回。使用这样的比喻，就会使学生通过现实生活的例子真正体会中断、中断源、中断处理、中断返回等相应的概念含义，加深对相关内容的理解，大大的提高了学生学习的兴趣。

教师在接口技术这部分知识内容授课过程中，可通过教材、参考书等相关资料精心挑选和设计教学案例，选择贴近生活，与生活、生产相关的案例进行授课，吸引学生目光，提升学生学习兴趣，从而激发学生学习的求知欲望。例如讲解8255并行接口芯片的使用方法，可选择8255芯片与七段数码管连接，通过开关控制数码管显示不同数字的实例；介绍8253可编程定时计数器接口芯片时，理解外部事件计数实质是对外部脉冲信号计数这一知识点时，引用现实生活中的实例，如高速公路入口处的一个自动完成对进入高速公路車辆进行统计的专用计算机检测系统的原理或者类似例子还有计件系统等[5]。

4 使用多媒体、仿真软件等多种教学手段，提升学生学习效果

为提高学生的学习热情，加深对知识的理解，促进理论与应用的结合，课堂教学中进行了课堂演示环节。如在讲授指令系统章节时，在模拟DOS环境下演示查看指令的运行结果，学习指令的使用；汇编语言程序设计章节时，演示汇编语言的开发方法和调试过程，通过单步查看每一条语句的执行情况。对于抽象难懂的知识，也可以利用丰富多彩的动画形式来增强学生的感知能力，如介绍指令执行的过程和相对基址变址寻址方式均可采用动画形式辅助教学，直观形象，便于理解[6]。

在讲授接口技术内容时，由于硬件知识本身不易理解，非常枯燥，学生兴致不高，引用PROTEUS仿真软件，把举例形象化，通过仿真演示实际效果，给学生直观感受，增强学生好奇心，激发学生的求知欲，同时加快学生对新知识的掌握，提高学习效率，达到较好的学习效果[2]。学生在进行接口技术实验部分，可先行通过Proteus软件的仿真，模拟实验效果，再到实验室进行实际硬件电路的搭建，查看实验结果。Proteus软件的引用，不仅用于课堂教学，而且对实验教学也有益处。充分利用多媒体、仿真软件等多种教学手段，吸引学生的注意力，激发学生的好奇心，提高学习效果。

5 实验教学设计

实验是对理论知识的消化和理解，通过实验操作，学生可以得到有效的动手能力的锻炼，从而培养学生的分析和解决问题的能力。

本课程安排实验共6次，每次2学时，共12学时。其中1次汇编语言程序设计部分的上机实验和5次接口技术实验。汇编上机实验目的主要是通过此次实验掌握汇编语言的开发方法和调试程序DEBUG的使用方法，教师亲自上机指导，学生遇到的问题能够及时得到解决，为汇编语言的自主学习打好基础，掌握了开发方法，教师可以将汇编语言实验内容布置成作业形式要求学生课下完成，调试成功的程序最终以视频形式演示结果并提交。教师再以答辩形式对学生提交的作业进行抽查，并记录实验成绩。5次接口技术实验分别为中断控制器8259、并行接口芯片8255、定时器计数器8253以及数模转换DAC0832和模数转换ADC0809实验。每个实验均设置基本部分、提高部分和发挥部分三个层次。基本部分是要求每一位学生必须完成的实验部分，此部分实验给出电路原理图，要求学生根据原理图进行连线并编写程序实现任务。提高部分是在基本部分实验内容完成的前提下，有余力的学生完成。此部分实验对实验内容提出更高的要求，在基本部分的基础上，设计电路并编写程序以改善相关接口性能。发挥部分主要针对学习能力强并对接口技术有浓厚兴趣的学生设计，充分发挥主观能动性，自主发挥，对接口电路进行更深层次的探索。每一个层次都设置不同的分数档次，教师根据操作的过程、结果，通过现场演示并结合提问等形式现场评分，体现公平性[1]。

6 结论

《计算机接口技术》是一门理论性和实践性都很强的课程，对于此门课程的教学也是一个不断学习和探索的过程。对于本门课程的改革实践，教学效果有了很大改善，学生主动性、学习热情有所提高。此课程是一门公认的教师难教、学生难学的课程[7]。随着时代的发展，计算机接口技术课程也应与时俱进，需要不断完善教学体系，更新教学内容，寻求新的教学方法，提高教学效果，充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的综合能力、科学素质，为社会培养更多高素质的复合型人才。本课程的改革是一项长期艰巨的任务，需要不断探索和完善。

参考文献：

[1] 王志军，杨延军，王道宪.微机原理实验课程内容的层次化设计[J].实验室研究与探索，2012，31（1）：105-106.

[2] 李现国，张艳.proteus仿真在微机原理及接口技术教学中的应用.实验技术与管理[J].2010，27（12）：125-127.

[3] 司小玲.非计算机专业的微机原理与接口技术教学探讨[J].内蒙古师范大学学报（教育科学版），2014，27（3）：139-140.

[4] 钱晓捷.16/32位微机原理、汇编语言及接口技术教程[M].机械工业出版社，2013.1.

[5] 彭虎，周佩玲，傅忠谦.微机原理与接口技术（第3版）[M].电子工业出版社，2011.11.

[6] 黄健.论《微机原理与接口技术》课程的教学改革[J].中国成人教育，2010（8）：160-161.

[7] 徐红梅，姜欣欣.“微机原理及应用”课程教学改革研究[J].科技信息，2011（5）：147，48.