陳客松，龐曉鳳，張徐亮，彭曉燕

(電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，成都 611731)

國(guó)內(nèi)不少高校的“微機(jī)原理及接口技術(shù)”課程從20世紀(jì)90年代開(kāi)始就以Intel X86 CPU為主線，系統(tǒng)介紹微型計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)，基本組成，體系結(jié)構(gòu)和工作模式［1］。盡管有的高校選用英文原版教材《Intel系列微處理器體系結(jié)構(gòu)編程與接口》，它仍然是以Intel X86 CPU為主線的。其主要講授內(nèi)容仍缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)微處理器系統(tǒng)的組成原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，尤其是微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖析和理解，對(duì)學(xué)生的微處理器系統(tǒng)的硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)，底層驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等工程能力的培養(yǎng)不夠重視，出現(xiàn)了課程落后于技術(shù)發(fā)展，教學(xué)脫離實(shí)際，教育與行業(yè)脫節(jié)的情況［2－4］。

近四年來(lái)，電子科技大學(xué)微機(jī)原理及接口技術(shù)課程組開(kāi)始講授自編新教材《微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，第二版已由電子工業(yè)出版社出版。這一教學(xué)改革適應(yīng)了以32位嵌入式芯片為主線的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的新形勢(shì)，還有清華大學(xué)出版社出版的《嵌入式微機(jī)原理及應(yīng)用》《嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》等教材，其中的主要內(nèi)容適應(yīng)了IP core、FPGA等新技術(shù)和新理論的發(fā)展趨勢(shì)。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，課程改革使主流的ARM為核心的32位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用成為新的教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)象，新內(nèi)容改善了電工電子及信息類專業(yè)微機(jī)原理、嵌入式系統(tǒng)系列課程在知識(shí)體系架構(gòu)、基礎(chǔ)原理和工程設(shè)計(jì)等方面的不足。但該課程改革的難度大，涉及面廣，教學(xué)難度驟增，學(xué)生反映學(xué)習(xí)難度大，因此教師面臨著進(jìn)行新的教學(xué)設(shè)計(jì)的迫切要求，以進(jìn)一步提高本課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

本文結(jié)合新教材的內(nèi)容安排，分析和研究以學(xué)生知識(shí)理解和技能培養(yǎng)為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)、課程內(nèi)容安排、課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的構(gòu)建思路和實(shí)踐中可能存在的問(wèn)題。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)需解決的問(wèn)題

1)必須避免教學(xué)內(nèi)容上無(wú)重點(diǎn)難點(diǎn)，無(wú)重點(diǎn)難點(diǎn)的教學(xué)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基本概念理解不深，基本知識(shí)點(diǎn)掌握不好，重要設(shè)計(jì)技能不夠。

2)針對(duì)教學(xué)難點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)不足，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不足、原因是教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏邏輯性，不能深入淺出、循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，使學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)熱情，學(xué)習(xí)效率低下。

3)重軟件設(shè)計(jì)，輕硬件理解。由于考試中經(jīng)?？疾橹噶罾斫夂蛥R編編程，使得學(xué)生忽視對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的原理和對(duì)計(jì)算機(jī)工作原理的理解。

4)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課容易陷入指導(dǎo)同學(xué)走一步，同學(xué)就跟一步的僵局，進(jìn)展緩慢，效果差。需要加強(qiáng)指導(dǎo)教師引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的能力，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，改善實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果。

5)拓展性、自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)難以在實(shí)驗(yàn)課上開(kāi)展，應(yīng)提倡學(xué)生自愿組合，利用課余時(shí)間開(kāi)展課外科研活動(dòng)，提供開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)需考慮的三個(gè)因素

應(yīng)對(duì)新的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程的內(nèi)容和方法時(shí)需要針對(duì)以下三個(gè)方面來(lái)展開(kāi)教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1 闡述課程特點(diǎn)及其學(xué)習(xí)方法

微機(jī)原理與接口技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的課程，是針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的工科學(xué)生的一門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，其概念、術(shù)語(yǔ)和內(nèi)容等涉及計(jì)算機(jī)專業(yè)的多門課程，如《計(jì)算機(jī)組成原理》《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》《操作系統(tǒng)原理》《編譯原理》《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》《算法及程序設(shè)計(jì)》等，不僅系統(tǒng)理論寬廣、內(nèi)容豐富，而且實(shí)踐性強(qiáng)，要求理論結(jié)合實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)課程中鍛煉操作能力，才能使學(xué)習(xí)者提高實(shí)際工作能力。需要提醒學(xué)生主動(dòng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、媒體、互動(dòng)平臺(tái)等大眾化的知識(shí)獲取途徑有效獲取信息，解決學(xué)習(xí)和作業(yè)中遇到的問(wèn)題，積極主動(dòng)地思考和理解計(jì)算機(jī)的相關(guān)工作原理。

2.2 基本概念、重要知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)面的關(guān)系

教學(xué)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)針對(duì)基本概念的解析和理解設(shè)計(jì)講授內(nèi)容，重要知識(shí)點(diǎn)需明確提煉出來(lái)，知識(shí)面的擴(kuò)充需要在教學(xué)設(shè)計(jì)中提及，實(shí)現(xiàn)則需要學(xué)生主動(dòng)借助互聯(lián)網(wǎng)和圖書館資源進(jìn)行學(xué)習(xí)［5］。該課程的基本概念對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握至關(guān)重要，譬如二進(jìn)制、堆棧、總線和標(biāo)志位等等基本概念需要深刻理解，才能有助于理解計(jì)算機(jī)的工作原理，為進(jìn)一步培養(yǎng)設(shè)計(jì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。本課程所涉及的基本知識(shí)點(diǎn)繁多，包括信息的編碼表示的原理和方法，總線結(jié)構(gòu)、運(yùn)算器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，體系結(jié)構(gòu)的種類，仲裁的必要性和實(shí)現(xiàn)方法，中斷工作方式的原理與實(shí)現(xiàn)，接口設(shè)計(jì)的原理和方法等。微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的知識(shí)和新型ARM處理器的特點(diǎn)則屬知識(shí)面擴(kuò)充范圍，學(xué)生在理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上自行學(xué)習(xí)，擴(kuò)充知識(shí)面，在應(yīng)用中逐漸加深拓寬這類知識(shí)。

2.3 實(shí)驗(yàn)課與理論授課內(nèi)容的交疊和相互補(bǔ)充

實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量難以保證的重要原因之一是目前國(guó)內(nèi)各大學(xué)的計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)課程或微機(jī)編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)中普遍以WINDOWS操作系統(tǒng)為背景，很少以LINUX操作系統(tǒng)為背景，使得絕大多數(shù)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課程才首次接觸嵌入式LINUX，MDK－ARM，虛擬機(jī)等開(kāi)發(fā)環(huán)境，熟悉它們的使用花費(fèi)了大量的實(shí)驗(yàn)課時(shí)間，明顯影響了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效率。在理論課程教學(xué)的過(guò)程中，可以交疊一些實(shí)驗(yàn)課程的基本內(nèi)容，如課堂安裝ARM公司自行開(kāi)發(fā)的仿真軟件ADS 1.2，由任課老師演示其安裝和設(shè)置過(guò)程，并演示幾個(gè)基本ARM匯編指令的執(zhí)行，觀察各寄存器值和內(nèi)存單元值的變化，可以與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互呼應(yīng)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深理解基本知識(shí)點(diǎn)，掌握基本的程序調(diào)試技能。

3 實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)課程的重要目的是對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部原理和某些芯片的工作流程有更直接的感性認(rèn)識(shí)，使學(xué)生在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)以及微機(jī)接口等方面都得到培養(yǎng)與訓(xùn)練［6］。老師示范一步，學(xué)生跟進(jìn)一步的注入式教學(xué)模式，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上過(guò)于被動(dòng)，實(shí)驗(yàn)完成了卻覺(jué)得沒(méi)有多大收獲的現(xiàn)象比較普遍。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)涉及以下四個(gè)方面:

1)課前預(yù)習(xí)內(nèi)容:LINUX操作系統(tǒng)基礎(chǔ);實(shí)驗(yàn)箱;RVDS;ADS等軟件環(huán)境的使用。

2)組建有效學(xué)習(xí)環(huán)境;網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室;課程中心;學(xué)習(xí)空間。

3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的形式為先試后導(dǎo)，先練后講。

4)適當(dāng)增加學(xué)生自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上發(fā)揮積極性和主觀能動(dòng)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的現(xiàn)代信息環(huán)境下，國(guó)內(nèi)各高校的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及接口技術(shù)課程必然面臨著重新建設(shè)和改革的迫切需要。該課程是工科院校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在新的形勢(shì)下已成為不少高校的重點(diǎn)建設(shè)課程之一，即使在綜合類高等學(xué)校中的課程覆蓋面也是較大的，是為未來(lái)的科技工作者和電子工程從事計(jì)算機(jī)相關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)的必修課程［7］。同時(shí)，該課程又是一門面向應(yīng)用的、具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)踐性與綜合性的課程，它的教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本技能具有重要影響。針對(duì)新的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提出了有效進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的三個(gè)中心問(wèn)題;教學(xué)中可打破教材的章節(jié)安排，適當(dāng)穿插軟件仿真演示，有效應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)在重要知識(shí)點(diǎn)上相互交疊，加深基本概念的理解。使學(xué)生保持較高的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

［1］姜建山.微機(jī)接口技術(shù)課程教學(xué)改革研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2007(1):107－108.

［2］管希萌.關(guān)于微機(jī)原理課程改革的幾點(diǎn)思考［J］.揚(yáng)州教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004(22):69－71.

［3］楊翠微.電子信息類專業(yè)微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005(27):85－87.

［4］鄭學(xué)堅(jiān)，周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1995.

［5］朱菊芳.高等教育學(xué)教程［M］.江蘇:南京師范大學(xué)出版社，1995.

［6］Altieri D P.Gadsden Jr T.Allen V.An operational model for individualizing instruction［J］.Science Education，55(3):269－273.

［7］楊秀華.《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2011(9):6285－6287.

［8］何克抗.信息技術(shù)與科學(xué)課程的整合［J］.電化教育研究，2002(1):3－6.