基于计算机系统能力培养的微机接口教学研究

杨志奇 何颖 李春阁

摘要：本文结合笔者的教学实践，探讨了当前在三本独立学院通过《微机接口》课程进行系统能力培养时存在的问题，并从改革理论教学、改革实验教学、加强教材建设等三个方面，阐述了改进《微机接口》教学的方法和策略。

关键词：系统能力；独立学院；项目驱动；微机接口；Proteus

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0236-02

一、引言

在计算技术迅速发展的今天，培养合格的计算机人才是摆在我们计算机专业教师面前的一个重要问题。合格的计算机专业学生必须具备计算机系统能力。计算机系统能力主要是指学生在掌握计算系统基本原理基础上，能够站在系统（包括软件、硬件）的高度考虑和解决问题，具有系统层面的认知和各种能力（如：软、硬件功能的合理划分、系统整体性能分析和调优等），具有计算机应用系统开发能力[1]。

《微机原理与接口技术》（后简称《微机接口》）课程是电子、自动化、通信、计算机等相关专业的重要专业基础课。在计算机系开设该课程的目的是让学生在学习《计算机组织与系统结构》、《汇编语言程序设计》等课程的基础上进一步学习微型计算机的组成和接口技术。学生可以通过学习本课程内容，增强软、硬件相结合的能力，树立起微型计算机体系结构的基本概念，从而提高其系统能力。我校是一所三本独立学院，学生学习的基础薄弱，相当部分学生对学习没有兴趣。因此，在独立学院的环境下，提高计算机专业学生的系统能力，较一、二本院校的情况要更困难一些。经研究发现在通过《微机接口》课程进行系统能力培养时，主要存在下列问题：（1）课程内容、教材内容陈旧，与计算技术的发展不相适应；（2）教学方法陈旧，学生缺乏兴趣；（3）实验内容的设计、安排需优化；（4）实验受到时间、地点、设备的限制。笔者结合教学实践，在当前课时有限、实验资源有限的条件下通过以下的分析和具体做法，在《微机接口》课程教学中探索了在三本独立学院计算机系培养学生系统能力的方法，并取得了较好的效果。

二、改革《微机接口》理论教学，适应计算技术的发展

1.当今计算技术的发展情况与《微机接口》的课程目标。进入21世纪后，计算技术进入了以移动互联、物联网、云计算和大数据计算为主要特征的新型网络时代。在新型网络时代，出现了嵌入式计算系统、移动计算系统、并行计算系统、基于服务的计算系统等“四类新型计算系统”[1]。显然，一个计算机专业学生应该了解并掌握这四类新计算系统的基本内容。

《微机接口》的课程目标是学生学习后能够掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；熟悉各种类型的接口及其应用，从而树立起微型计算机体系结构的基本概念，进而提高其系统能力。近年来，随着嵌入式系统的兴起，作为新内容，许多《微机接口》教材中都加入了对嵌入式微处理器编程的介绍，使得嵌入式系统的开发成为了《微机接口》的部分内容；而嵌入式系统又是“四类新型计算系统”[1]之一，从而使得《微机接口》这门课成为提高计算机专业学生系统能力的重要途径。

2.计算机系统能力培养发展动态。计算机系统设计、分析、调优和检错能力是计算机专业学生的专长。从国际上看，麻省理工学院、卡内基梅隆大学、斯坦福大学等国外一流大学都非常重视计算机系统能力培养，都有若干门课程对计算机系统的多个层次进行讲解。近年来，我国各高校积极推进计算机系统能力培养的改革，如清华大学、南京大学都在学生系统能力培养方面进行了有益的尝试并取得了很好的教学效果。

3.《微机接口》理论教学的改革。理论是实践的基础，《微机接口》理论教学质量的好坏，直接影响系统能力的培养。而教学质量的提高，可以通过课程内容的调整、教学方法和教学手段的改进等方法来实现。

（1）课程内容的调整。首先，注意研究《微机接口》的前序课程，避免重复，优化课程内容，合理分配学时。其次，加入对ARM系列微处理器及相关编程内容的介绍，从而使得《微机接口》课程获得知识更新。

英国的ARM公司是一家专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司。由于具有工艺成熟、主频高、功效低、代码密度高、开发工具多、兼容性好等特点，目前ARM系列处理器已占据大部分市场份额，其应用遍及工业控制、电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类嵌入式领域[2]。课程通过介绍ARM系列微处理器及相关编程内容，使得学生对嵌入式系统有了初步的了解，为他们将来进一步的学习打下坚实的基础。

（2）教学方法和教学手段的改进。强化对学生的课堂管理；从自编教材中选取案例，采用项目驱动、Proteus仿真软件现场演示、动画课件、视频等方法提高学生的学习兴趣。采用问题引导式互动教学，采用多媒体课件和板书相结合的教学手段来提高教学质量。

“项目驱动教学”的基本思想是将工程理念引入到教学中，把所有教学内容按主题设计为一个或几个实践项目[3]。从课程内容出发，根据学生的具体情况，任课教师自己设计了医院住院病人呼叫系统、交通灯模拟控制系统、定时中断控制系统等项目以供学生练习进行微机接口的软、硬件设计。这些项目不仅实践性较好，使学生能将理论和实践有机地联系起来，而且具有一定的引导作用，能够促进学生的深层次思考。另外，在设计项目案例的过程中，任课教师还特别注意了难度的控制。我校是一所三本独立院校，绝大部分学生的学习基础较差，因此项目的难度不能过高，比如：要求学生设计的定时中断控制系统，实际上只需要一片8253和一片8259A芯片、若干电路连线和大约100多行8086汇编语言代码就可以实现了。

在对项目分析实施的过程中，课程以学生为主体，激发学生的学习兴趣，引导其积极思考，从而不断提高学生的理论和实践技能。而学生在完成这些项目的时候，可以自己设计项目方案、选择实现平台、方法以及项目组成员。另外，学生通过完成这些项目，还培养了他们的团队意识、表达能力，同时对各种接口技术的运用也更加熟练。

三、改革《微机接口》实验教学，提升学生的系统能力

《微机接口》是一门对实践性要求很高的课程，没有实验教学的成功就无法实现教学目标。任课教师在设计、安排实验内容时遵循由简到难、由软到硬、从验证性实验到综合性实验的过程，使学生能够从简单的单个芯片实验，逐步过渡到能够独立完成一个小的微机应用系统。

Proteus是英国Labcenter Electronics公司开发的电子设计自动化软件。Proteus拥有丰富的元器件模型、提供对8086、ARM7、PIC等主流处理器的支持；具有多样的虚拟仪器、强大的图表分析功能和第三方集成开发环境。在Proteus出现前，传统的实验教学一般都要在实验箱上完成，学生只有在上实验课时才能动手进行实验操作，不仅灵活性差，硬件电路不便改动，而且也不利于系统能力的提高。当前，利用Proteus等仿真软件进行电路设计已经成为电子技术发展的必然趋势[4]。

在本课程的实验教学中，作为现有实验的补充，教师通过引入Proteus仿真软件作实验平台，解决了实验受限于时间、地点、设备的问题。例如，上文所谈到的一些实验项目，在上实验课的时候学生因为时间因素没有完成，教师就布置学生在课下使用Proteus仿真实验平台去做，也达到了同样的实验效果。另外，笔者通过合理设计、安排实验内容等方法来提高实验教学质量，并采用观察法、学生成绩定量分析法、经验总结法对这些方法的教学效果进行总结并不断提出改进的建议，从而不断提升学生的系统能力。

四、加强《微机接口》教材建设，为教学改革创造条件

为了实现本文中所提出的教学理念和方法，作为现有教材的补充，笔者编写了名为《基于Proteus的微机接口实验》的实验教材。该教材采用边编写、边使用的原则，即编写完成的实验案例，马上投入教学当中使用。教材编写采用由浅入深的原则，教材中的所有实验都以Proteus仿真软件为平台，从而使得实验方式更为灵活。另外在教材中加入有关嵌入式微处理器编程的内容，也对现有教材的内容进行了更新和扩充。

五、结束语

计算技术的发展和计算机系统能力培养的要求，无疑给计算机专业教师带来了新的挑战[5]。

笔者在《微机接口》课程中，通过课程内容的调整、教学方法和教学手段的改进等方法进行了理论教学的改革；通过引入Proteus仿真实验平台、合理设计并安排实验内容等方法来提高实验教学质量；通过加强《微机接口》教材建设，为教学改革创造了必要的条件。实践证明，以上的教学改革方法在《微机接口》课程教学中是切实可行的，并收到了较好的教学效果。在学校2013-2014（2）学期的教学质量评价中，学生对《微机接口》任课教师的评分为91分，表明学生对于本课程的满意程度还是比较高的。

参考文献：

[1]王志英，周兴社，袁春风，吴功宜，张钢，何炎祥，陈向群.计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J].计算机教育，2013，（09）：1-6.

[2]李佳.ARM系列处理器应用技术完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2006：1-17.

[3]卜彦波，张春玲.浅谈项目驱动法在一体化教学中的应用[J].职业，2012，（12）：34-34.