面向学科体系的课程一体化教学法研究

陈　真， 王　钊

(中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院， 山东 青岛 266580)



面向学科体系的课程一体化教学法研究

陈真， 王钊

(中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院， 山东 青岛 266580)

摘要：本文提出采用面向学科体系的课程一体化教学法来改革“微机原理与接口技术”课程的教学内容、方法。实践证明，该教学法能突出微机的基本原理和原理的普遍性，发挥其面向学科体系承上启下的作用，启发学生微机应用系统的设计开发思路，并更好的适应新技术发展。

关键词：一体化教学法；微机原理；学科体系；教学改革

0引言

“微机原理与接口技术”课程目前在我校是自动化、电气、电子、通信及相关专业的专业基础课程，通过该课程学习，可以掌握微型计算机的内部结构和工作原理，具备汇编语言程序设计能力以及分析和设计基本微机硬件接口电路的能力。

“微机原理与接口技术”课程内容涉及三大模型机体系：Pentium 模型机体系、单片机、嵌入式模型机体系和8086 /8088 CPU 模型机体系[1]。其中以8086 /8088 CPU 模型机体系较为稳定、成熟。

目前，该课程正面临如何适应最新计算机技术发展的问题，因而必须通过改革其教学内容、方法[2,3]来突出微型机的基本原理和原理的普遍性，发挥其面向课程体系承上启下的作用，为学生今后快速了解、适应新技术和成果打好基础。

1存在的问题

总结近年来“微机原理与接口技术”课程教学和指导学生实践后发现，该课程存在有如下问题：

(1)在接触该课程之前，学生对计算机的认识大多停留在Windows操作系统和应用软件的使用层面，缺乏对微机主要组成硬件的了解以及操作系统所起作用的认识。

(2)学生接触该课程的汇编语言时，往往感到抽象不易接受，难以结合微机的工作原理来理解，只注重观察汇编程序运行后的结果。

(3)学生学习该课程的接口技术内容时，对由芯片所组成系统体系或以数据为核心的概念往往忽视而不能深入理解，只注重验证芯片运行后的结果。

2一体化教学法

2.1基本理念

通过分析上述“微机原理与接口技术”课程学习中存在的问题，我们提出了面向学科体系的一体化教学法，其基本理念主要体现在以下方面：

(1)面向学科体系制定专业培养方案，运用该专业学生先修的高级语言的思维模式，引导汇编语言的学习,帮助学生理解操作系统的功能和实现方法的同时，体会这两种编程语言各自的优缺点，达到对该课程内容的理解从抽象到具体、理论和实践相结合的一体化，有助于后续高级语言更加深入的学习以及发挥各自优点的混合编程设计思想的形成。

(2)在汇编语言教学中，注重运用理论与实践相结合的一体化教学理念，通过设计特定“教学情境”来强化学生对所学知识点的灵活掌握。

(3)在接口设计教学中，运用实践中强化理论的一体化教学理念，结合学生的先修课程如“电路分析”、“模电和数电技术”等知识，在“微机原理与接口技术”课程实践中加深对接口常用芯片功能、工作原理和在系统设计中作用的理解，注重培养学生微机应用系统软、硬件设计开发的基本能力。

2.2教学情境应用

[教学情境 1] 运用高级语言的思维模式引导汇编语言的学习，体会各自的优点。

以“屏幕显示字符”为例的教学情境设计如下：

显示3个整数变量A、B、R和1个字符变量Op

1)用C语言编程实现

调用的主要输出函数语句为：printf (“%d %c %d = %d/n” , A, Op, B, R)；

2)用C++语言编程实现

调用的主要输出函数语句为：cout<

3)用汇编语言编程实现

输出显示的中断调用语句为： mov dl,A1 //A1为整型变量A的ASCII码形式 mov ah,02h int 21h(对于显示A、B、R和Op以及'='只需分别用其ASCII码替换A1即可，回车、换行是用0d、0a替换)

学生通过集成开发环境(如图1所示)观察程序运行后的显示结果。这里选用的是清华大学开发的微机接口实验系统HQFC集成开发环境[4]。

图1　HQFC集成开发环境

[教学情境2]注重运用理论与实践相结合的一体化教学理念，强化学生对于课程知识体系中以“数据信息”为核心的概念，教学情境设计如下：

1)“数据段”情境

通过替换数据段中具有代表性的数据的动作，在HQFC集成开发环境上观察内存中是如何存放数据的，以及内存中的存储单元存放有符号或无符号数的范围，加深对内存数据的理解；

2)“跳转指令”情境

通过替换汇编程序中的不同跳转指令如jge等，利用集成开发环境中的单步调试命令对此类指令运行产生的不同控制效果进行观察对比，从而加强对此类指令的理解和关注，以便于灵活、高效的应用(以jle为例，如图2所示)。图中显示下一步执行的语句是 jle nchg ，已经执行的语句是 cmp al,[di+1]，cmp 会影响标志位，jle 转移指令根据 cmp 结果产生分支，如果(有符号数)小于或等于则跳转：观察到“寄存器”窗口中显示 al=20,“存储单元”窗口中显示[di+1]=D5，所以执行后不跳转；测试将 jle 替换为 jeg(有符号数大于或等于则跳转)，执行后会跳转。

图2　跳转指令JLE演示示例

[教学情境3]运用实践中强化理论的一体化教学理念，结合学生的先修课程如“电路分析”、“模拟电子技术”和“数字电子技术”等的知识，促进学生对芯片组成系统的深入理解，提升其软、硬件设计开发的基本能力，设计的教学情境如下：

1)熟悉输出接口芯片

分别利用74LS 75和74LS 273芯片演示并描述各自的锁存功能(芯片真值表略)。让学生体会：CPU运行速度及输出数据通常要经过锁存才能被外设读取，启发分析应用时两种芯片的替换条件。

2)设计硬件接口电路，编程并实现

(1)LED灯依次亮灭，中间间隔1秒钟。要求学生分别利用74LS 273、8255A芯片实现。该部分让学生体会：8255A芯片可直接为CPU与外设之间提供数据通道， 8255A芯片和74LS 27芯片应用时有什么不同。

(2)搬动一组开关，3秒后开关状态由一组LED灯显示。要求学生分别利用74LS 244、8255A芯片实现。该部分让学生体会：外设的数据线通过缓冲器与CPU的数据线相连接，从而保证CPU在读取一个外设数据时不会因其它外设的存在而出错；8255A芯片和74LS244芯片应用时有什么不同。

3结语

本文介绍的面向学科体系的一体化教学法是从整个学科体系的全局角度出发提出的，考虑到学生的先修和后续课程，注重承上启下的教学策略。实践证明，该教学法在课堂教学和指导实验的实施有利于学生结合先修课程的基础知识进一步学习该课程，并为更深入的学习操作系统和高级语言以及后续的嵌入式课程打好基础。

参考文献

[1]田辉,徐惠民.“微机原理与接口技术”课程体系与内容探讨[J].北京：中国大学教学,2010(4):35-36.

[2]陈真等.微型计算机原理接口实验的仿真设计[J].北京：实验技术与管理, 2006,23(12):82-84.

[3]陈真等.面向Web 的交互式微机机辅教学软件设计与开发[J].上海：实验室研究与探索,2010,29(4):63-65.

[4]微机接口实验系统HQFC集成开发环境说明书[M].北京：清华大学科教仪器厂.2013.

[5]周荷琴,吴秀清.微型计算机原理与接口技术(第四版)[M]北京：中国科学技术大学出版社,2004.

[6]姚燕南.微型计算机原理(第四版)[M].西安：西安电子科技大学,2003.

The Research of Integration Teaching Method Oriented Subject System

CHEN Zhen，WANG Zhao

(CollegeofInformationandControlEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

Abstract:In this paper, the integration teaching method oriented subject system is proposed to reform the teaching content and methods of Microcomputer Principle and Interface Techcology course. It is proved that this teaching method can highlight the basic principles of microcomputers and principles of universality, play its role of connecting oriented subject system, inspire students to design and development computer application system, and better adapt to new technologies.

Keywords:integration teaching method; computer principle; subject system; teaching reform

文献标识码：A

文章编号：1008-0686(2016)01-0087-03

中图分类号：G642 TP301

收稿日期:2015-04-09;修回日期:2015-09- 30基金项目：山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(BS2011DX040)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(11CX04045A)；中国石油大学(华东)精品实验建设项目(JS201407)

第一作者：陈真(1975-)，女，硕士，高工，主要从事多媒体、计算机测控和虚拟仪器技术的教学和研究工作，E-mail:chen_zhen_09@163.com