高职微机原理与接口技术课程一体化教学改革*

乔维德（无锡开放大学 科研处，江苏 无锡 214011）



高职微机原理与接口技术课程一体化教学改革*

乔维德
（无锡开放大学 科研处，江苏 无锡 214011）

摘 要：介绍如何借助计算机仿真软件推进高职课程微机原理与接口技术理实一体化教学，以模块项目组建一体化教学内容，以Proteus7.5+Emu8086仿真软件搭建一体化教学平台。通过一体化的教学手段、教学方法及考核方法，实现教、学、做“三合一”教学目标，较好解决了微机原理与接口技术课程理实一体化教学中存在的诸多限制与瓶颈，提升了课程教学实效。

关键词：微机原理与接口技术；一体化教学；项目驱动；仿真教学；课程教学实施

一、问题背景

微机原理与接口技术课程是高职计算机应用、电子信息、通信、工业自动化、机电等专业课程体系中一门重要的专业基础课，主要面向高职学生传授微型计算机工作原理、汇编语言程序设计以及微机接口技术，着重培养学生对微型计算机的认知和软硬件设计能力，以及应用本课程的实用知识解决工程实际问题的应用能力和创新能力。课程内容主要包括微处理器、指令系统、汇编程序设计、存储器系统、可编程并行接口芯片8255A、中断系统与可编程8259A、可编程定时器/计数器8253、串行通信与可编程8251A、可编程DMA控制器8237A、D/A数模转换、A/D模数转换等，课程内容丰富，知识点繁多，理论性较强，概念抽象，对学生的动手能力、实践能力及综合素质要求高。传统的课程教学或采用“满堂灌”填鸭式教学，或采用理论与实践分开授课等方法等，极大影响了课程教学质量和教学效果。传统的微机原理及应用课程教学过程主要存在以下问题：

（一）理论与实践教学脱节

微机原理与接口技术课程的教学内容抽象，知识覆盖面广，各内容章节跨度大，对于汇编基础要求较高，而且汇编指令枯燥、难以记忆，汇编语言程序设计难度较大。课堂教学普遍采用“理论课+实验课”的固定教学范式，即理论课和实验课分别先后在教室和实验室上，许多教师已习惯于这种教学模式，教师总是希望学生先在掌握课程理论的基础上再间接理解并掌握实践，但往往经过一定时间后，学生很可能忘记刚讲过的理论知识，教师在上实验课前还必须重新讲解理论知识，造成教学内容的重复和时间的浪费，势必影响实验环节，容易使学生的理论知识既记不住，又不理解，实践更是一处空白。微机原理与接口技术课程检查教学效果最常用的传统考核手段一般都是理论考试，且内容以理论为主，很少涉及实践考试。有不少高职学生尽管修完课程且拿到了学分，但对于微机原理及接口技术的概念、知识理解并不深刻，在实际应用中并不能学以致用。部分职业院校由于实验设备数量有限，经常出现学生没有上理论课就直接上实验课的现象，理论和实践教学存在着严重脱节。

（二）“傻瓜式”实验教学效果差

目前，很多职业院校的微机原理与接口技术课程的实验环节仍采用“傻瓜式”教学，即按实验指导书内容组织实验教学，实验指导书提供全部实验的源程序及固定的操作步骤。学生在实验过程中，只要完全照抄实验指导书的内容，根本不需要自己调试就能很好完成实验任务。但一旦离开了实验指导书，学生就什么程序都写不出来，遇到问题也无法解决。如一些学生在实验过程中将程序的逗号在中文状态下输入了，导致程序编译错误，面对这样简单的问题都觉得束手无策，无法解决。传统的课程教学一般都在实验箱上完成，学生只有在上实验课时才能动手进行实验操作，而且传统实验箱因为开发上的局限，实验箱的硬件电路、芯片多已固定，灵活性较差，不能灵活自由地设计实验。实验不能形象直观地表现微机内部的执行过程，学生只能看到实验的最终结果。若需要观察其执行过程，进行中断实验或单步试验时，大多数实验箱经常会出现故障，从而削弱高职学生主动学习的积极性和主动性，也不利于他们创新思维和创新能力的培养。

（三）教学内容及方法处理不当

微机原理与接口技术课程包含的知识点较多，且不容易理解，内容大多比较抽象、枯燥乏味。目前在课程具体教学中，多数仍采用灌输式教学，理论课教学以老师讲、学生听为主要形式，实验课教学采用传统的老师讲完实验方法，然后学生按规定的步骤操作。教师在课堂上按照教材的章节顺序授课，各知识点之间缺少有机联系，不能形成系统的概念，学生听得多，自己动手机会少。实验主要以验证性为主，脱离了实际应用，没有和实际产品或工作过程联系起来，无法使高职学生清楚和理解微机原理与接口技术在控制系统中所起的作用。尽管不少高职教师在理论教学中采用多媒体教学，使用PPT、Flash动画课件演示微机各芯片工作流程，这些教学方法吸引了一部分学生，但毕竟是理论与实践割裂开来，仍然属于注入式教学，理论知识讲授显得空洞，缺少真实或仿真环境环境的实例支撑，生动直观的实验现象不能融入课堂，学生依然感觉课程内容难学，不容易理解消化，对课程产生了畏难情绪，甚至望而却步。再加之微机原理与接口技术课程学时数较少（一般为48学时），内容又较多，教师只能利用课堂上有限的时间讲清讲透较浅的内容，但不能深入讲解；学生课外自主学习的积极性也不能被有效调动，更谈不上对学生创新能力的培养了。归究原因，主要是对课程的教学内容处理不妥，教学方法运用不当。

二、一体化教学改革及其实施

一体化教学是指理论教学与实践教学融为一体，在一个教学环境（课堂）中完成理论知识和实践技能传授的教学模式。也就是说在真实或模拟的生产工作环境中，学生首先完成对理论基础知识的学习，接着进行实际操作过程的认识和训练。一体化教学模式以建构主义理论和行动导向教学理论为理论基础，通过一体化教学内容、一体化教学手段和方法、一体化考核评价等实现专业理论知识与实践技能的学习融为一体。鉴于目前高职微机原理与接口技术课程教学存在的诸多瓶颈，笔者对该课程的教学采用理实一体化教学改革，以实现课程理论学习与实践能力同步、突出高职学生实际操作能力和创新能力的教学目标。

（一）课程教学内容设计

微机原理与接口技术课程是专业课程体系中重要的专业基础课程之一，它适应的专业岗位群有：单片机控制系统开发、嵌入式系统应用开发、电气自动化控制、智能仪器仪表设计、计算机相关产品营销与售后服务，等等。根据未来工作岗位的知识、能力、素质要求，结合专业人才培养方案的总体知识目标、能力结构和素质要求以及细化到本课程的知识、能力、素质要求，按照理实一体化的教学理念，选定并优化课程教学内容设计。课程的教学内容按照由浅入深、先易后难的原则进行模块化安排，共设计七大模块，如表1所示。每个模块分别设计若干个项目，每个项目均包含课程教学内容涵盖的基本知识点。以项目为主线，通过项目将课程内容各知识点贯穿于教学过程的始终。其中，增设“Emu8086汇编软件”和“Proteus7.5仿真平台使用”两大模块，共11学时，主要以学生自主学习为主。相比传统的Masm汇编教学软件而言，基于Windows平台的Emu8086汇编仿真工具可以模拟CPU的执行，在本课程教学中主要用于8086/8088内部寄存器、指令系统、汇编语言程序设计的教学，它较传统教学软件Masm更直观。Proteus从7.5版本开始支持8086微处理器，本课程教学主要利用Proteus7.5中的ISIS原理图编辑与仿真软件包，用于接口芯片8255A、8253、8259A、8251A、8237A、ADC0809、DAC0832的理论教学与实践环节。

为适应理实一体化教学的要求，对教学内容的课时进行科学调整和安排。将课程安排在一个上午连续上3节课，教师按照教学大纲和教学标准要求，可以合理支配3节课时间，每讲完项目所需要的某个知识点后，就让学生围绕项目和知识点进行相关的操作训练，然后再进入下一步的理论知识的讲解，再操作训练。如此反复，学生就能把课程中的抽象知识当堂理解参透，并且很好地应用于实践，从而有效解决传统教学过程中理论教学与实验教学严重脱节的问题。

表1　微机原理与接口技术课程教学内容设计

（二）教学手段和方法改革

一体化的教学手段和方法主要体现在理论知识与实践操作的一体化、课内与课外学习的一体化等方面，教学项目贯通整个课程体系，融教师的教与学生的学、做、思、创为一体。

1.理论知识与实践操作的一体化

微机原理与接口技术是一门理论与实践并重的专业基础课程，实践性强是其最突出的特点。而学生的工程能力和创新能力是在不断解决问题的过程中锻炼和培养出来的，机电、自动化等工科类专业尤其需要彰显实验实践的特点和特色。为此，在充分认识本课程实践教学重要性的基础上，在实际教学过程中，通过项目驱动、模拟仿真、比喻类比等多种教学方法实现课程实践教学与理论教学的并重发展。

一是通过项目驱动组织教学，将本课程的知识目标、能力目标、素质目标等教学目标贯穿项目教学的全过程。课程教学内容的各模块知识点融入设置好的项目，以项目分析为突破口，强化微机原理与接口技术知识点的灵活应用，完成一个项目的全过程实际就是学生掌握知识、转化技能的过程。为了解决项目中遇到的问题，学生需要归纳、整理所学知识与技能，并不断深入思考，从而让呆板孤立的知识碎片转化为整体知识链，触类旁通，突出“以学生为主体、教师为主导”的教学理念，培养高职学生的自学能力、观察能力、动手能力、研究和分析问题的能力、协作和互助能力、交际和交流能力。

二是通过仿真软件进行模拟仿真教学。长期困扰高职微机原理与接口技术课程教学的最大难题是：在课程教学过程中，微型计算机的软件和硬件无法很好地结合。为提高课堂教学效率，笔者应用Proteus7.5+Emu8086软件作为微机应用系统设计和仿真平台，搭建微机原理虚拟实验室。相比于硬件设备构建的微机原理实验室，基于Proteus7.5+Emu8086的虚拟实验室可以不受资金和场地的限制，仿真实验涉及项目内容可以更全面，设备投入也减少，可通过计算机模拟完成整个演示实验。学生也能自行构建基于Proteus7.5+Emu8086软件的个人实训平台，按照自身学习需求进行个性化实验，整个实验过程不会出现传统实验教学时硬件损坏现象，无实验损耗，也不需要维护。在教学过程中，能利用Proteus7.5 和Emu8086软件以虚拟仿真方式实现微机系统的软、硬件同步仿真调试，编译程序的运行效果立即能在虚拟环境中观察到，并大大减少设计中插、拔、写等过程，能使高职学生对微机原理与接口技术内容的学习变得直观、形象。虚拟仿真实验也可以随时穿插于理论教学环节，让学生边学做、理论与实践交替进行、直观和抽象交错出现，从而通过仿真教学，做到理中有实、实中有理，克服传统课堂教学中理论与实验相脱节的诟病。有些仿真实验效果是任何多媒体教学都无法实现的，而且甚至超过真实的实验效果。

三是采用比喻、类比“实验”教学法。课程内容中好多概念和知识点，如指令队列、堆栈、存储器结构、时钟芯片、寻址方式、DMA传送、8253定时/计数过程、、中断向量和中断向量表、8259A工作原理等，均具有较强抽象性和理论性，为此笔者积极运用比喻和类比“实验”教学法。比如：讲解时钟芯片时，可把时钟芯片比喻成动物心脏，CPU比喻成动物的大脑，若时钟芯片不能提供稳定的时钟信号，就像动物心脏节律存在问题，这势必限制动物的活动能力，严重时甚至会停止生命。时钟芯片能给微机提供稳定时钟信号，以保证系统的正常运行。又如：在8259A工作原理教学时，可以将CPU比喻成公司的董事长，而8259A芯片可比喻成董事长的秘书。当许多客户要求见董事长(相当于产生多个中断请求)，每个想见董事长的客户必须首先由秘书负责接待，客户把各自名片送交秘书，秘书审查名片，将董事长不愿意见的客户直接回绝，其余客户按照级别排序，并转告董事长有客户求见。若此时董事长正在忙打电话，先不见客，待董事长电话打完后，通知秘书可以见客户，此时秘书必须挑选一个级别最高的客户见董事长。通过以上此类形象化比喻，能让学生印象深刻，理解记忆就便得更加容易。

2.课内与课外学习一体化

为更好提高本课程的教学实效，激发学生的学习主动性，本课程在教学过程中积极应用翻转式教学模式（如图1所示），即颠覆传统教学模式的固定范式，改变传统课堂教学结构，将知识传递安排在课前，而把知识内化安排在课中。注重课程教学全过程的管理，线上和线下课堂、课内与课外的学习均在教师的控制和引导下有效开展。

图1　翻转课堂教学模式示意图

以讲授“8086寻址方式”内容为例，在课前，以教师为主体，做好课程资源开发；以学生为主体，完成知识传授过程。教师制作介绍8086寻址方式的微教学视频（5—10分钟）、PPT及思考题。学生通过QQ、微信等网络平台，观看视频、PPT等教学资源，完成教师布置的思考题，并通过自主探究学习，发现问题。在课中，以教师为主导，学生为主体完成对8086寻址方式的知识理解和知识提升过程，以实现知识内化的教学目的。知识理解通过学生质疑、师生交流、教师的分类指导等途径实现学生的个性化学习，而知识提升则通过组建学习小组、协作讨论、成果汇报等形式实现学生的协作学习。在课后，主要借助作业评价、问卷调查、考试等方式测评教学效果，并通过教师的教学反思，进一步优化教学设计和课程教学资源，提升课程教学效益。

（三）考核方法设计

微机原理与接口技术课程实施理实一体化教学，需要避免传统的理论与实践分开的、以笔试为主的考核评价方法，转变为理实一体、以完成项目实际操作为主的考核方法，加大项目的过程考核，并将学习态度、职业习惯、职业道德等列入项目考核内容，以引导学生职业素养和职业精神的养成。课程总成绩由项目成绩和期末成绩构成，其中平时对出勤、学习态度、师生互动与交流合作等方面的考核已融入每一个项目考核要求。项目成绩按23个项目的得分累计计入，占总成绩的80%，期末理论考核以闭卷笔试形式进行，占总成绩的20%。课程项目考核明细表如表2所示。

表2　微机原理与接口技术课程项目考核明细表

（四）课程教学实施

以课程模块“可编程接口技术及应用”中的项目3“用8253控制LED闪烁”为案例，简要说明基于理实一体化教学项目的具体实施过程，详见表3。在项目教学实施中，部分学生对汇编语言程序编写有一定难度，可利用同期学习或先修过的C语言进行程序设计，以达到同样的控制效果。

表3　“用8253控制LED闪烁”项目教学流程

三、一体化教学改革成效

微机原理与接口技术课程以模块项目组建一体化教学内容，以Proteus7.5+Emu8086仿真软件搭建一体化教学平台，以一体化的教学手段和教学方法实现教、学、做“三合一”教学目标，既克服传统实验的局限性，又能充分调动高职学生的积极性和学习兴趣，使每一位学生都能积极参与到项目化的教学活动中。通过在江苏城市职业学院2011级、2012级、2013级机电一体化专业连续三年的教学实践，证明本课程的理实一体化教学改革是有效可行的。连续三年微机原理与接口技术课程的学生不及格率均控制在5%以内，优秀率提高至30%以上，而改革前本课程不及格率和优秀率一直分别维持在30%和8%左右。而且通过网上评教、问卷调查及访谈了解，学生对本课程的满意度也由改革前的65%提升到90%以上。机电专业学生参加全国大学生电子设计大赛以及省、市、校职业教育创新比赛的人数逐年增多，并取得了良好的成绩，极大提升了高职学生微机应用系统的设计水平及创新能力。

参考文献：

[1]李珍香,樊玮.微机原理与应用技术课程中的CDIO一体化教学模式[J].计算机教育,2013,(12):54-58.

[2]杨居义.微机原理与接口技术项目教程[M].北京:清华大学出版社,2013.

[3]乔维德.高职机电专业课程体系优化探微[J].广州职业教育论坛,2014,(6):31-34.

Integrated Teaching Reform in Microcomputer Principle and Interface Technology of Higher Vocational College

QIAO Wei-de
(Office of Science and Research, Wuxi Open University, Wuxi 214011, China)

Abstract:This paper introduces how to promote teaching of theory and practice integrated for the higher vocational course “microcomputer principle and interface technology” by simulation software, integrated teaching content based on module project, building integrated teaching platform based on Proteus7.5 and Emu8086 simulation software. Through integrated teaching method, method and assessment method, our three-in-one teaching aims are achieved, many constraints and bottlenecks of microcomputer principle and interface technology teaching are solved and course teaching effectiveness improved.

Key words:microcomputer principle and interface technology; integrated teaching; project driven; simulation teaching; course teaching implementation

中图分类号：TP301-4

文献标识码：A

文章编号：2095-364X（2016）01-0030-06

收稿日期：2015-11-19

*基金项目：江苏省职业教育教学改革研究课题 “工学结合背景下高职教育一体化课程体系研究”（ZCYB103）。

作者简介：乔维德（1967-），男，江苏宝应人，硕士，教授，研究方向：高职教育，控制工程，社会教育。