引言
微機原理及應(yīng)用和單片機原理及應(yīng)用是現(xiàn)今大多數(shù)院校自動化、電氣自動化等信息工程類專業(yè)的重要課程。微機原理偏向于原理性的介紹，涉及的實驗比較簡單；而單片機則更偏向于應(yīng)用性，涉及的實驗較多。這兩門課程的實驗過程及使用的芯片及編程的的方式非常類似。大多數(shù)院校選擇先開設(shè)微機原理的課程，在隨后的一個學(xué)期開設(shè)單片機的課程。這樣的選擇在邏輯上沒有錯誤，可畢竟這兩門課程有很大的相似之處，但又有各自的特點。微機原理和單片機的內(nèi)容既相關(guān)又有明顯的區(qū)別，前后開課會使得學(xué)生可能產(chǎn)生忘了前面、記不住后面的感覺，同時兩門課的相似點又使得學(xué)生區(qū)分不清，對內(nèi)容產(chǎn)生混淆。而實驗的環(huán)節(jié)，用的實驗箱不同，雖然芯片不同，學(xué)生也僅僅為做而做。在實際教學(xué)中，會經(jīng)常碰到學(xué)生提出“微機原理的匯編語言編程要分段(segment)，而單片機的匯編語言編程為何不分段”、“微機原理課里的標(biāo)志寄存器有16位,為什么單片機里才有8位”等問題。此外，這兩門課一般都由同一位教師講授，教師備課時不由得對比著備課，在教學(xué)中自然把兩門課相關(guān)知識點進行描述或比較，使得單一門課程的教學(xué)時間無形中被占用。對此，以筆者實際的教學(xué)經(jīng)驗，現(xiàn)對這兩門課程的教學(xué)改革進行一些探討。
1課程改革思路
微機原理及應(yīng)用課程主要是幫助學(xué)生理解計算機的原理和結(jié)構(gòu)，通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉一款比較經(jīng)典的CPU和以該CPU為中心的總線、存儲器存儲過程等數(shù)據(jù)處理以及用匯編語言編寫程序的方法；同時，還涉及了諸如8255、8259A等一些芯片的運用及接口編程知識，微機原理及應(yīng)用偏向于原理性的闡述。而單片機原理及應(yīng)用課程主要是針對某類型已經(jīng)非常成熟的單片機型號，幫助學(xué)生學(xué)會如何使用單片微型機以及針對實現(xiàn)不同的功能進行編程的知識，該課程更偏向于應(yīng)用。
這兩門課程的內(nèi)容既有很大交叉，又有各自的特點：微機原理及應(yīng)用理論更系統(tǒng)，單片機應(yīng)用性更強。獨立開設(shè)兩門課程，不可避免地會出現(xiàn)知識點的重復(fù)和各自重點的缺失。由此，針對這兩門課程授課過程中的不足，筆者有了對這兩門課程進行改革的想法。即:同步開課，結(jié)合實際教授理論內(nèi)容,合理分配實驗學(xué)時等。
2教學(xué)方面
2.1教學(xué)內(nèi)容
在理論教學(xué)方面，筆者對微機原理和單片機的教學(xué)內(nèi)容進行了整合。微機原理基于馮-諾依曼結(jié)構(gòu)，這種理論更易于學(xué)生了解計算機體系和計算機系統(tǒng)的工作方式；單片機本質(zhì)上也是計算機系統(tǒng)，只是性能弱，功能單一。因此，在理論講課過程中，應(yīng)該以微機原理為主，同時針對微機原理和單片機的明顯不同，比如同是45H，在微機原理中是立即數(shù)，在單片機中是存儲的地址等，在這方面加以重點講解。微機原理的內(nèi)容較多，涉及面廣，如果對知識點面面俱到，不僅時間不夠，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性肯定不高。單片機原理課程主要基于80C51單片機進行講解，并介紹單片機的特點、在片資源、匯編語言編程、片內(nèi)接口及中斷、通信及A/D、D/A轉(zhuǎn)換等。在這當(dāng)中，肯定會遇到一些和微機原理相沖突的地方，不論講解與否，勢必會影響到后續(xù)課程講授的連貫和流暢，因此,必須要對相關(guān)內(nèi)容進行取舍。
在此，建議對于匯編語言內(nèi)容，講解計算機概論的同時兼顧單片機的興起和發(fā)展；對指令系統(tǒng)的內(nèi)容進行講授，同時要總結(jié)微機原理和單片機指令的異同以及寄存器的差別等；程序設(shè)計部分就放到單片機教學(xué)部分講授，因為匯編語言的程序設(shè)計方法這時并不是最重要的，而且此時的匯編程序與單片機編程的匯編程序有一定的不同，并且應(yīng)用性不強。在此學(xué)生能讀懂程序或者能編寫一些小的程序就達到要求了，而在以后單片機編程的學(xué)習(xí)中，再著重教授學(xué)生程序設(shè)計的方法。同時，應(yīng)當(dāng)給學(xué)生指出計算機匯編和單片機編程的差異,特別是容易混淆和產(chǎn)生筆誤以及一些諸如RET/IRET等具有極大相似而又是不同從屬的指令。指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)也只是學(xué)習(xí)經(jīng)常使用的指令，主要通過對比的方式使學(xué)生對單片機的編程指令有更深的印象，同時對單片機的111條指令進行系統(tǒng)的分類，使學(xué)生記憶更加深刻，其他的就一筆帶過。中斷控制器8259A、DMA控制器、定時器/計數(shù)器這些內(nèi)容基本一樣,就可以壓縮到一起講，然后把省下重復(fù)上課的學(xué)時投入到實驗中。串行通信的內(nèi)容在原理上是一樣的，針對自動化/電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生，他們畢竟不是計算機專業(yè)的，所以微機原理方面屬于選學(xué)內(nèi)容，而實際操作中，單片機的很多問題都出現(xiàn)在通信及其協(xié)議上。因此，對于波特率、串并行通信及其工作方式以及雙機通信的例子應(yīng)該進行重點講解，力求學(xué)生做到熟練應(yīng)用的水平，這對學(xué)生在以后的單片機課程設(shè)計或者以后從事相關(guān)的工作都有較高的實用及應(yīng)用價值。而由此衍生的串行總線、總線的擴展則適當(dāng)講解，目的是使學(xué)生在以后碰到相關(guān)問題時不會亂了陣腳，同時提前給他們解決相關(guān)問題的信心。
關(guān)于單片機C語言編程部分內(nèi)容，雖然其應(yīng)用范圍很廣,但筆者認(rèn)為，自動化/電氣工程及其自動化這兩個專業(yè)都開設(shè)了C程序設(shè)計課程，為了更具有對比性和針對性，應(yīng)當(dāng)將這部分內(nèi)容結(jié)合C程序設(shè)計課程學(xué)習(xí)，這樣的效果應(yīng)該會更好。而C程序設(shè)計相對于微機原理而言相對獨立，因此筆者的另一個教改思路就是將C程序設(shè)計課程和微機原理及單片機原理課程同時開設(shè)，在上完微機原理和單片機的理論課之后、實踐課之前剛好能學(xué)到單片機的C語言編程這部分內(nèi)容,這樣就能更加有效地在學(xué)生潛意識中加深匯編原理及單片機知識的印象，而且在實踐中，其“編程”部分也會有更多的選擇。而在師資配備上應(yīng)該兩名教師一組，一起設(shè)計教學(xué)內(nèi)容,一位教師講授微機原理和單片機內(nèi)容，另一位教師講授C程序設(shè)計和單片機的C語言編程部分的內(nèi)容。這樣的搭配既可以使教師的教學(xué)更具有針對性，同時也使得學(xué)生學(xué)習(xí)計算機相關(guān)課程的時間增長，易于同學(xué)接受新的計算機知識和鞏固已有的計算機知識。筆者最樂觀的估計是使學(xué)生對計算機及其編程有一個總體上的總結(jié)和認(rèn)識，這不僅提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，而且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。
2.2授課的要求和方式
基于教學(xué)內(nèi)容的深刻理解，結(jié)合當(dāng)前的計算機、單片機的技術(shù)發(fā)展再設(shè)計出相配套的課件，輔以合適的教學(xué)方式,這就可以使本來古板難記難學(xué)的微機原理和單片機知識比傳統(tǒng)教學(xué)模式更容易使學(xué)生感興趣和接受。
微機原理的內(nèi)容是原理性的，要求教師對教學(xué)內(nèi)容有較為深刻的理解，并且做出與時俱進的演繹。比如微機原理大部分基于8位/16位的CPU展開，而當(dāng)代的CPU已達到32位/64位，此間的脫節(jié)會讓學(xué)生覺得所學(xué)的知識“過時”，但是,技術(shù)在不斷發(fā)展，教材永遠(yuǎn)跟不上技術(shù)發(fā)展的步伐，而不管怎么變，計算機的原理至少在未來幾十年內(nèi)是不會有太大改變的。比如馮?諾依曼結(jié)構(gòu)提出到現(xiàn)在已經(jīng)幾十年了，即使技術(shù)工藝有了翻天覆地的變化，但依舊脫不開這個結(jié)構(gòu)，因此，只有學(xué)習(xí)到核心原理，才能在日新月異的技術(shù)革新中更快地掌握新技術(shù)。只有闡明這個道理，再結(jié)合當(dāng)今的計算機發(fā)展?fàn)顩r開展課程，才能使學(xué)生從根本上重視本課程。
在課件制作上，幻燈片不僅要與教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)，做到一針見血，而且又不能過于簡潔，以避免學(xué)生在看課件和聽課時找不到課本對應(yīng)的內(nèi)容，課后難以回憶上課的內(nèi)容。課件內(nèi)容文字也不能太多，太多會使得學(xué)生覺得老師在照本宣科，產(chǎn)生與其聽課不如自學(xué)的另類“厭學(xué)”情緒。所以，課件的內(nèi)容應(yīng)該是一個總綱性質(zhì)，對知識點要有分類和總結(jié)，同時關(guān)鍵點應(yīng)該著重點明在課本的位置等等，這樣就更能吸引學(xué)生的興趣。而課件制作得炫目與否，筆者覺得課件制作太過華麗，反而會使學(xué)生的注意力被課件本身吸引而不是課件的內(nèi)容，這無異于買棲還珠、舍本逐末，因此，不提倡太過絢麗的課件。當(dāng)然，課件也不能太過簡單，太過簡單在潛意識上也會減弱學(xué)生對課程的重視程度。
有了合適的教學(xué)內(nèi)容和配套課件，還要通過合適的教學(xué)手段，才能使授課達到一個較好的效果。教學(xué)手段有很多，比如傳統(tǒng)方式、互動教學(xué),還有歐美國家比較流行的“項目教學(xué)法”等，不管什么教學(xué)方法，都要結(jié)合學(xué)生的條件，教師的素質(zhì)，結(jié)合心理學(xué)，抓住學(xué)生感興趣的點，由點及面，全面引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。這就決定了教學(xué)方法不能單一，必須從實際出發(fā)，找到最合適的方法進行教學(xué)。以筆者為例，筆者就是在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)電氣自動化的學(xué)生對電腦組裝、電氣設(shè)備和實際動手方面比較感興趣，因此，筆者從當(dāng)前主流的電腦配置，以及配置注意各兼容性，尋求適合自己要求的配置出發(fā)，引出計算機原理的課程。又從電氣設(shè)備的控制出發(fā)，剖析其大致原理，分析其設(shè)備的主要功能，引出相關(guān)的知識，勾起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。從效果看，可以較好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
3實踐教學(xué)方面
實踐是微機原理和單片機學(xué)以致用的重要組成部分，也是教學(xué)過程中學(xué)生能夠真正操作和最感興趣的部分。而一般的教學(xué)實踐中，不論是微機原理部分課程，還是單片機部分課程，所占的課時數(shù)過少，而且有很多重復(fù)的部分，導(dǎo)致學(xué)生往往是開始積極性很高，越到后面積極性越低，甚至有排斥心理，導(dǎo)致后面的單片機課程設(shè)計甚至是畢業(yè)設(shè)計時對用到的相關(guān)知識不理解，沒印象。這對教師的勞動積極性無疑是一種打擊。筆者經(jīng)過反思，覺得學(xué)生固然有自己的原因，但是作為教師，也應(yīng)該對微機原理和單片機的實踐教學(xué)做出總結(jié)和改進。
一般來說，本科階段的計算機原理和單片機的實驗、實踐課是相互隔開的，中間幾乎間隔了一個學(xué)期，這種不連貫的學(xué)習(xí)對知識的鞏固是沒有好處的。所以，筆者認(rèn)為，實踐課應(yīng)該按照基礎(chǔ)實驗一實驗理解一應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計一課程設(shè)計一畢業(yè)設(shè)計這條線循序漸進，不間斷地貫穿學(xué)生本科階段微機原理和單片機知識的學(xué)習(xí)。
基礎(chǔ)實驗是實踐性階段的起步，所選實驗一般是驗證性的，在整合了課程之后，可以對微機原理和單片機的基礎(chǔ)實驗重復(fù)的部分進行刪減，或者對兩者進行對比，這都可以提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力；做完實驗后，就是對實驗過程以及原理的理解，做好這個步驟可以進一步加深印象和更好地進入下個階段的學(xué)習(xí)。
在理解基礎(chǔ)實驗后再進行課本附帶的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，就能進一步地提高學(xué)生的動手應(yīng)用能力，還可以針對自己的不足上網(wǎng)找相關(guān)知識，有興趣的學(xué)生還可以參加諸如“三小”課題或者自己制作某些裝置等，以進一步提高自己的能力。
當(dāng)同學(xué)們有了一定的理論基礎(chǔ)以及實踐能力之后，就可以進入課程設(shè)計這個階段。也就是說，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)知識，模仿做出一些小制作，甚至可以自己想出一些創(chuàng)意，并制作作品。這不論在能力上，還是對以后找工作上都有很強勁的優(yōu)勢。甚至學(xué)生可以根據(jù)自身的情況，自己確定畢業(yè)設(shè)計的方向和題目。
如果能連貫性地做好上述實踐環(huán)節(jié)，相信這將會成為自動化、電氣自動化等非計算機專業(yè)的一個發(fā)展方向，對豐富專業(yè)方向的選擇和增加學(xué)生就業(yè)面，以及提高學(xué)生動手能力都有一定的幫助。
4結(jié)語
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對人才在計算機能力方面的要求也水漲船高。這就要求教師要與時俱進，針對社會的需求進行改革，通過對課程內(nèi)容的優(yōu)化和動手能力的強化,盡可能提高學(xué)生的能力，以適應(yīng)社會的需求。教書育人是教師的本職工作，提高高等教育的教學(xué)質(zhì)量是高校教師的根本追求，對課程的改革也應(yīng)該是永無止境的，希望本文能對微機原理等課程的教學(xué)改革提供一些幫助。
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