《微机原理与接口技术》课程实践教学研究

王 静，陈强强，董 苏，王中心，赵 佳，刘淑影

（1．阜阳师范学院 计算机与信息工程学院，安徽 阜阳 236037；2.国网阜阳供电公司，安徽 阜阳 236041）

1 引言

《微机原理与接口技术》是电气自动化及计算机专业的必修基础课，是一门理论性与实践性并重的课程，该课程与计算机软硬件知识紧密结合、相互渗透，对培养学生系统设计能力、软件编程能力和创新发明能力都非常重要[1].在本课程的教学工作中，尤其是在对相应应用型人才的培养过程中，实验教学的效果对该课程的教学质量有着直接的影响.通过实验不仅可以加深学生对微型计算机结构、指令系统的理解，还可以认识计算机内部的工作原理和部分芯片的工作流程，培养学生微机应用系统设计、软件编程开发的能力.但在传统的实验教学中，实验设备采用微机搭配实验箱，通过教师讲授学生复现的教学模式，使得实验教学受到诸多因素的影响，导致实验课程的教学效果不佳.因此，如何改进实验教学的方法，提高实验教学的质量，培养出具有系统设计和开发的专业性技术人才，成为该课程教学中急需解决的问题.

2 传统教学方法

目前，大多数高校微机原理与接口技术课程教学中仍然存在着重理论轻实践的问题，且实践教学设计不够完善，导致学生对微机原理实验的兴趣降低，非常不利于学生对所学知识的理解和创新能力的培养.主要表现如下：

2.1 实践教学设计不合理

传统的微机原理与接口技术的实验教学中，多采用硬件实验箱和计算机联调的方式.由于实验学时少，而硬件实验项目内容多且容易出现故障等问题，导致一些实验无法开设.学生和老师在教学环境和条件的局限下，教与学得不到充分的反馈，教学很难达到理论与实践相结合的高度.且实验内容主要以简单的验证性实验为主，造成很多学生在实验中仅仅被动的输入程序、验证结果，遇到问题无法解决，编程和调试的能力得不到训练，更无从谈及创新能力的培养.

2.2 实验内容不具系统性

微机原理课程的教学内容很多，包括微处理器结构、最小系统、存储器读写操作、并行接口、AD/DA转换、定时器、DMA等等.在实验教学中，由于内容多课时少，教师和学生往往会将注意力集中在对某个知识点或者某款芯片学习中，忽略了“系统”的概念，导致学生“只知其一，不知其二”，不能从系统的角度理解微型计算机的工作原理，对接口芯片的使用也局限于课本上介绍的几款芯片，不能学以致用.

2.3 实践教学的考核和评价标准不完善

由于实验课时有限，学生较多，老师很难观察并记录每位学生的真实实验情况，因此，实验成绩多采用实验报告的方式进行评价，且实验课程在评价体系中所占比重较轻，这就导致学生忽略了实验环节或者为了获取高分把时间花在实验报告的撰写上，而对于实验内容和现象不能深入理解分析，甚至只是按照实验指导书机械地完成实验过程，对于学生的实践动手能力、创新能力、分析解决问题的能力的培养没有任何帮助.

3 实践教学新探索

3.1 优化实验教学环节

微机原理实验课程的实践性很强，涉及的前期基础课程包括汇编语言程序设计、数字电路、计算机组成原理等.因此，要培养学生的软硬件设计应用能力，是一个循序渐进的过程.在实践教学中，首先安排学生做针对性的训练，比如：汇编语言的学习及案例的应用，各种芯片的工作原理及硬件连接等等.再根据实验难易程度将实验分为基础性实验、设计性实验和综合性实验三个部分.在基础性实验环节，采用半启发式的教学模式，注重对学生的基本能力进行培养[2].实验内容采用基础性的程序设计，提供基本的设计思想和方法，学生通过自己查阅有关的教材和资料，自行设计方案.在熟练掌握了汇编语言编写程序的基础上，启发学生设计一些能解决实际问题的小实验，从而加深学生对理论知识的理解，培养其动手能力.对于基础扎实、学习兴趣浓厚或是准备参加各类竞赛的学生，鼓励他们运用所学的知识，对于综合性的实验采用不同的方案解决.实践证明，采用这种循序渐进、因材施教的教学模式能够有效地提高教学质量，有利于培养学生的学习兴趣和信心.

3.2 项目驱动教学

所谓项目驱动教学，是指学生在教师的指导下，通过合作学习，共同实现一个完整的综合项目而进行的教学活动.为了与实验教学环节相结合，教师根据理论课程的内容和进度以及学生学习的反馈情况，构建阶梯式的实验项目.学生按照5～6人组成一个小组，每个小组制定一个项目负责人.在每一次实验课后，将下一次实验的任务布置给学生，小组成员通过查找资料、提前预习并设计合适的解决方案,并在实验课上验证方案是否正确.通过项目驱动式教学方法的实施，实验课的主角由教师转变为学生.学生通过项目的分析、设计，既学习到了计算机系统的相关知识，又培养了自主学习，发现问题，解决问题，分析问题和探索创新的能力[3].该模式具体项目及教学要求分配如表1所示.

表1

3.3 小组协作驱动教学

为了调动学生的学习积极性，更好地完成实验内容，引入小组协作教学模式.学生根据自身情况组建小组，共同完成实验任务.这种模式下教学是以小组为单位，教师面对的是每个小组的学习，不再是单个学生的学习，解决了传统教学模式中教师精力有限，不能兼顾到每个学生的难题.小组协作模式还可以促进学生之间相互帮助，相互交流及探讨，培养团队分工协作精神，提高学生的学习效率.在互相协作的同时，又可以开展小组之间互相讨论等活动，引入小组竞赛机制，从多维度提高教学质量.具体实施分为课前协作、课堂协作和课后协作三个阶段：课前协作是指项目小组成员之间、小组之间在进行项目准备时，分工协作、交流讨论；课堂协作是指在实验过程中学生与学生之间相互帮助，遇到问题时相互讨论，以及教师对学生进行启发式的引导与点拨；课后协作是指在实验课后组织讨论课进行实验过程的汇报和总结，将实验过程中遇到的问题总结出来，共同解决.

3.4 仿真软件协助教学

传统实验教学方法多数是利用硬件实验箱，在实践教学中存在以下问题[4]：（1）实验箱的硬件模块是固定的，基本线路已连接好，可完成的实验项目有限，且不利于学生自主设计开发；（2）实验箱成本高，且硬件易损坏，一旦损坏，不仅维护量较大，学生在实验过程中很难找出故障的原因，导致实验无法顺利进行；（3）由于受硬件限制，实验过程中学生容易将精力集中在硬件电路的连接上，无形中增加了实验难度，导致忽略了对实验内容及知识点的理解.Protues仿真软件具有丰富的虚拟资源，微机原理与接口技术中涉及的器件在软件中都能找到，仿真实验能达到与实物电路完全相同的实验效果，且软件本身简单易学，通过虚拟实验不仅可以节约时间，还可以加深学生对整个实验的理解.因此，为了加强学生对实验的理解，开展基于Proteus仿真技术的微机原理与接口技术实验教学.在实验教学中，教师首先通过多媒体教学设备，在Proteus软件平台演示仿真过程，使学生能够清楚直观地看到从硬件电路设计到软件编程，再到调试的整个过程，以此来提高学生的学习兴趣，加深学生对微机原理与接口技术课程中知识点的理解，使理论与实践能够紧密结合[5].然后学生再将自己设计的方案在软件中进行验证，验证通过的实验才能进入硬件调试环节；对于验证不通过的方案，要先分析找出原因，修改通过以后才能进入下一环节.通过这种方式，不仅加深了学生对整个项目的理解，还避免了盲目的进行实验而浪费的时间，有利于提高学生的学习效率.

3.5 开放性实验强化教学

由于实验课时有限，为了给学生提供更好的学习环境，在自愿参与的原则下，在课余时间开放实验室.教师根据学生的兴趣爱好和学习能力，组织学生开展补充性实验和提高性实验的学习活动.补充实验主要针对学生在实验中为解决的难题或是经常出错的问题设计的巩固性实验；提高性实验主要针对有学习兴趣的同学开设的一些趣味性、提高性的实验，比如竞赛抢答器、数字收音机等微机接口电路的设计等.通过这些开放性实验，不仅能提高实验教学的质量，还能培养学生的创新意识和动手能力，是强化实验教学有效途径.

3.6 改进实验评价机制

为了避免出现传统实验教学考核模式存在的问题，建立多角度、多能力的评价机制，促进评价的合理性.多角度评价是指从学生自评、教师评价、小组互评多个角度出发，对小组成员的每个实验的成绩进行综合评价，包括实验预习情况、实验操作过程、实验代码的编写、实验报告这几部分.其中，学生自评占20%，教师评价占50%，小组成员互评占30%.多能力评价是指通过采取“平时成绩+实验技能+创新活动+期末考试”相结合的考核方式，对学生的学习态度、学习能力、理解能力、创新能力等进行评价.通过对评价结果的深入分析，不断完善方案，提高教学效果.

4 结束语

为提高微机原理与接口技术实践课程的教学质量，培养学生的实际应用能力和创新意识，本文通过分析传统实验教学存在的问题，提出了优化实验教学环节、项目驱动教学、小组协作教学、仿真软件协助教学、开放性实验强化教学等方法，并对传统的实验教学考核机制进行改进.通过实践教学证明，这些方法能够有效地培养学生的创新能力和团队协作意识，激发学生的学习兴趣，具有良好的教学效果.要培养学生的实际应用能力和创新意识，科学的实验教学方法至关重要.只有在教学中不断总结经验，改善实验环境和评价机制，探索新的教学方法，才能培养出符合社会需要的综合性应用人才.