“微機原理與接口技術(shù)”課程的案例教學(xué)探討

王 焱 鄭俊輝 易發(fā)勝

摘要:“微機原理與接口技術(shù)”是計算機科學(xué)技術(shù)有關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)課,如何改進該課程的教學(xué)效果是高校專業(yè)課教學(xué)中的一個重要問題。根據(jù)“微機原理與接口技術(shù)”課程特點,本文探討了如何將案例法應(yīng)用到教學(xué)中,更好地改進該課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:微機原理與接口技術(shù);案例教學(xué);教學(xué)模式

中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:B

1課程的特點及其現(xiàn)行教學(xué)中的問題

“微機原理與接口技術(shù)”課程是當(dāng)前高校很多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,在整個專業(yè)建設(shè)和課程體系中占據(jù)重要地位。但當(dāng)前在“微機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)過程中還存在諸多問題。

首先,“微機原理與接口技術(shù)”課程涉及面廣,是計算機軟件技術(shù)和硬件技術(shù)的結(jié)合,還涉及數(shù)字邏輯、匯編語言、計算機組成原理和操作系統(tǒng)等學(xué)科的知識。學(xué)生理解起來具有一定難度。同時,“微機原理與接口技術(shù)”還是一門不斷發(fā)展的科學(xué),新技術(shù)、新應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)。因此,“微機原理與接口技術(shù)”不僅理論性強,而且概念多、翻新快。而教學(xué)內(nèi)容往往來不及更新和補充,造成了教學(xué)和實際的脫節(jié)。

其次,以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式忽視了學(xué)生的認(rèn)知主體作用,在整個教學(xué)過程中,以“教”為主,缺乏互動,難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,不利于具有創(chuàng)新思維能力的創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)。特別對于“微機原理與接口技術(shù)”課程來說,由于概念多,涉及知識面廣,教學(xué)內(nèi)容不系統(tǒng),隨意性大,形式松散,傳統(tǒng)教學(xué)模式使學(xué)生很難理解透徹理解網(wǎng)絡(luò)知識,學(xué)生普遍存在理論與實踐脫節(jié)現(xiàn)象,不少學(xué)生修完課程,拿到高分,但對于微機原理與接口技術(shù)的理論知識認(rèn)識并不深刻,在實際應(yīng)用中不能學(xué)以致用。

最后,微機原理與接口技術(shù)的實驗教學(xué)跟不上教學(xué)的要求。由于“微機原理與接口技術(shù)”課程涉及知識面廣,實驗內(nèi)容多,如何有效組織這些試驗本身就面臨挑戰(zhàn)。同時,很多微機原理與接口技術(shù)實驗需要特定的環(huán)境,需要投資購買大量硬件設(shè)備及軟件,但是很多學(xué)校沒有條件提供足夠的環(huán)境讓學(xué)生進行實驗,因此學(xué)生往往難以通過實驗得到很好的鍛煉和對課程知識的深刻理解。

此外,微機原理與接口技術(shù)是一個復(fù)雜的領(lǐng)域,當(dāng)前并不是每個教師都具備了設(shè)計、實現(xiàn)微機原理與接口實驗的經(jīng)驗和能力。無論是進行課堂教學(xué)的,還是進行實驗教學(xué)的,很多老師都沒有參與過實驗箱構(gòu)建、芯片模塊組織的開發(fā)工作,缺乏對相應(yīng)知識的感性認(rèn)識,導(dǎo)致教學(xué)中理論與實踐相脫離。

2案例教學(xué)的優(yōu)點和方法

案例教學(xué)是在教師的指導(dǎo)下,根據(jù)教學(xué)目的要求,組織學(xué)生對案例的調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動,教給他們分析問題和解決問題的方法或道理,進而提高分析問題和解決問題的能力,加深學(xué)生對基本原理和概念的理解的一種特定的教學(xué)方法,其本質(zhì)是理論與實踐相結(jié)合的互動式教學(xué)。學(xué)生通過直接和間接的途徑去親身經(jīng)歷和體會發(fā)現(xiàn)知識的過程,它是高年級本科生從“接受知識”的學(xué)習(xí)過程向“發(fā)現(xiàn)知識”的探索過程的過渡的初步嘗試。它從傳統(tǒng)的知識型教學(xué),向開發(fā)學(xué)員潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力的創(chuàng)新型教學(xué)轉(zhuǎn)變,開始實現(xiàn)從“教為中心”向“學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變。這類教學(xué)活動又是研究性學(xué)習(xí)的一種嘗試,它以問題為中心,把教學(xué)活動關(guān)注的重點從“結(jié)論/結(jié)果”轉(zhuǎn)到為得到這個結(jié)論/結(jié)果的“探索過程”,促進學(xué)員學(xué)習(xí)方式的改變。合理有效的案例教學(xué)與理論教學(xué)有機結(jié)合可以最大限度地減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,提高學(xué)習(xí)效率。

案例教學(xué)具有多種教學(xué)模式。包括樣例學(xué)習(xí)、解決問題、產(chǎn)生問題、理解問題等。在實際教學(xué)過程中,都需要根據(jù)具體的教學(xué)需要,選擇適當(dāng)?shù)哪Ｊ竭M行。因此,進行案例教學(xué)需要教師花更多的時間來選擇合理的案例,并針對教學(xué)要求,對案例進行剪裁,不能將整個科研項目全部搬入課堂,應(yīng)選擇難易程度合適并密切結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容的那些部分。案例最后結(jié)論的正確與否不必太刻板,可以讓學(xué)生有較大的自由發(fā)揮空間,結(jié)論可以有爭議性。可事先將嘗試案例布置給學(xué)員,讓其有時間形成自己的思考。學(xué)員自身對案例的思考是學(xué)員參與程度最直接的推動力。教學(xué)活動的具體方式可結(jié)合案例特點與教學(xué)目的靈活選擇,如分散小組式和集中全班式,全班式可有學(xué)員主講討論式、教師主導(dǎo)演示式和師生對話式。

3 “微機原理與接口技術(shù)”課程的案例教學(xué)設(shè)計

針對“微機原理與接口技術(shù)”課程的本身的復(fù)雜性和目前教學(xué)中存在的問題,考慮到案例教學(xué)的特點,我們特別設(shè)計了如下幾類案例教學(xué)方法,來改善“微機原理與接口技術(shù)”課程的教學(xué)效果。

3.1原理性案例教學(xué)

“微機原理與接口技術(shù)”課程中有些重要的原理,既復(fù)雜,又難以講解清晰,而且有很多要點還在不斷發(fā)展。這樣的課程內(nèi)容如果結(jié)合案例教學(xué)將會達(dá)到事半功倍的效果。

我們可以8088系統(tǒng)原理作為案例教學(xué)的中心。它們都是“微機原理與接口技術(shù)”課程中的難點。如何讓學(xué)生真正理解各個引腳的符號、功能作用和數(shù)據(jù)流入流出的方向,引腳之間的相互配合和時序上的安排等將會對學(xué)生理解計算機理解微機原理與接口技術(shù)中的原理和應(yīng)用產(chǎn)生重要影響。

我們通過對最小組態(tài)下各個引腳基本知識學(xué)習(xí)之后,結(jié)合總線時序要求學(xué)生分組動手畫出最大組態(tài)下總線時序圖,重點是怎樣設(shè)計各個引腳信號在時間上的不同有效狀態(tài),討論各個設(shè)計方案的優(yōu)缺點,最后講解8088系統(tǒng)的時序控制方案以及最新進展。

這種基于理解問題的案例教學(xué)將充分發(fā)揮學(xué)生的主動性,學(xué)生可能由于沒有考慮到細(xì)節(jié)而無法做出科學(xué)的方案,但經(jīng)過思考,在比較現(xiàn)實的解決方案后加深了理解,并在以后的方案設(shè)計中考慮能更多的因素,逐步培養(yǎng)科研素質(zhì)。

3.2設(shè)計性案例教學(xué)

學(xué)習(xí)微機原理與接口技術(shù)的一個重要目標(biāo)就是要利用所學(xué)的知識進行軟硬件產(chǎn)品設(shè)計工作。目前很多同學(xué)抱怨“微機原理與接口技術(shù)”課程學(xué)習(xí)了大量的概念、原理和理論,到底如何設(shè)計應(yīng)用還是似懂非懂。因此在“微機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)的過程中,采用一些設(shè)計性的案例教學(xué),將有效地解決學(xué)生的這些疑問。

課程中的接口技術(shù)部分有很多和我們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的應(yīng)用,通過學(xué)習(xí)8253和8255A接口后,我們設(shè)計一個簡易電子琴(利用所給鍵盤的1、2、3、4、5、6、7、8八個鍵,按下不同的鍵發(fā)8個不同的音調(diào),并要求按下按鍵發(fā)聲,松開延時一段時間停止,中間再按別的鍵則發(fā)另一音調(diào)的聲音)的案例教學(xué)和一個帶有LCD顯示的定時鬧鐘(能夠在夜間顯示字符型時、分,用LED閃動表示秒計數(shù),一旦定時時間到則發(fā)出聲響)的案例教學(xué),可以將抽象的接口知識和具體的應(yīng)用編程結(jié)合起來,學(xué)生通過這個案例教學(xué)有助于提升學(xué)習(xí)的興趣,并積極參與到案例教學(xué)中,互動性很好,因此,組織一個設(shè)計案例教學(xué)將非常有助于學(xué)生對兩個接口芯片的理解。

設(shè)計性的案例教學(xué)適合采用樣例學(xué)習(xí)方式。因為如果讓學(xué)生來設(shè)計出一個小型系統(tǒng)模型還涉及大量的編程知識、開發(fā)平臺,而且耗時日久,也不現(xiàn)實。因此教師必須精選合適的開發(fā)例子,來告訴學(xué)生如何逐步實施。并通過講解后的討論,讓學(xué)生的疑問得到全部解決。這樣不僅讓學(xué)生更好地理解了微機原理與接口技術(shù)的相關(guān)理論,也能夠讓他們很好了解如何將微機原理與接口技術(shù)的理論和實踐相結(jié)合。同時,這種案例教學(xué)還可以結(jié)合微機原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)或者課程設(shè)計教學(xué),讓學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)效果。

3.3綜合性案例教學(xué)

當(dāng)前的“微機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué),總是按照介紹原理、內(nèi)部硬件組成及應(yīng)用的步驟講解,即使理解了部分原理,還是無法將整個課程的內(nèi)容貫穿起來,缺乏整體的微機原理與接口技術(shù)概念。為此,我們設(shè)計了綜合性案例教學(xué)來解決這個問題。

一個綜合性案例教學(xué)的例子是十字路口交通燈的設(shè)計(主要模擬馬路上交通燈的變化,紅、綠、黃燈交替點亮和熄滅,并有一定的延時),另外一個綜合性的案例教學(xué)例子是設(shè)計一臺出租車計價器(主要模擬出租車收費的功能,比如白天和晚上有不同的收費標(biāo)準(zhǔn),能進行手動修改單價,具有數(shù)據(jù)的復(fù)位功能和數(shù)據(jù)清零的開關(guān),數(shù)據(jù)輸出等功能),這種案例教學(xué)采用解決問題模式,教師給出一個相對具體的設(shè)計要求,然后讓學(xué)生從芯片選擇,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)備配置,軟件選擇全方位進行設(shè)計,最后形成設(shè)計報告,然后對典型的設(shè)計報告進行對比講評,并和相應(yīng)的接口功能結(jié)合起來,最后還可以通過實驗教學(xué)進行實際的實現(xiàn)驗證。

4案例教學(xué)中的問題與對策

盡管案例教學(xué)已被越來越多的人所接受,許多高校在教學(xué)過程中都廣泛采用了這種新的教學(xué)模式,但在案例教學(xué)的認(rèn)識和實踐上仍存在一些問題。比如將案例教學(xué)法混同于舉例教學(xué)法;案例教學(xué)與其他教學(xué)方法不能很好地銜接;案例教學(xué)中缺少師生互動;對案例教學(xué)模式不大適應(yīng)等。在實際教學(xué)過程中,筆者認(rèn)為,要搞好案例教學(xué),需要從以下幾個方面來解決存在的問題。

4.1要充分準(zhǔn)備,合理組織

在進行案例教學(xué)時,并不能拋棄傳統(tǒng)的教學(xué)模式。案例教學(xué)需要與傳統(tǒng)課堂教學(xué)要相互融合,案例教學(xué)也需要和實踐教學(xué)相融合。這就需要我們在教學(xué)之前認(rèn)真準(zhǔn)備,合理組織。首先要決定選擇案例教學(xué)的內(nèi)容和案例教學(xué)的方式,然后通過比較和討論,選擇高質(zhì)量的案例,并對案例中涉及的內(nèi)容有充分理解,并考慮到學(xué)生在從事案例教學(xué)中可能出現(xiàn)的問題。最后,教師自己要充分理解案例所涉及的知識面,對于不理解的,一定要查閱資料或者進行課程組討論來理解透徹,這樣才能保障良好的教學(xué)效果。

4.2要充分調(diào)動學(xué)生進行思考

案例教學(xué)是理論聯(lián)系實際的需要,也是教育對象主體化的需要。學(xué)生是主角,一定要充分調(diào)動學(xué)生積極性。在案例教學(xué)過程中,我們要有意識地培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和分析推理的能力和表達(dá)能力,要組織學(xué)生進行自我學(xué)習(xí)和能力鍛煉,將學(xué)生置于主要地位,使學(xué)生成為課堂教學(xué)的中心。即使是樣例學(xué)習(xí)式的案例教學(xué),也需要通過提問、討論等方式讓學(xué)生認(rèn)真思考。案例教學(xué)對教師提出了更高的要求,教師只有通過努力探索,不斷創(chuàng)新才能適應(yīng)深化教學(xué)改革的新形勢。此外,還可以將案例教學(xué)過程中的一些結(jié)論和課程的考核結(jié)合起來,進一步提高學(xué)生的積極性。

4.3結(jié)合科研和實驗教學(xué)

案例教學(xué)的材料主要來源于科研工作的實際,要給學(xué)生介紹一定的案例背景,讓學(xué)生的實踐感覺更強,科研中碰到的問題和解決方法也是案例教學(xué)中的重要組成部分。同時,很多案例還可以結(jié)合實驗教學(xué),讓學(xué)生通過案例教學(xué)的思考,再到實驗中去檢驗和驗證,可以讓學(xué)生得到更好的鍛煉。比如上述的簡易電子琴設(shè)計和交通燈設(shè)計和帶有LCD顯示的定時鬧鐘,都可以安排合適的實驗。對于綜合性的案例,比如上述的十字路口交通燈的設(shè)計及出租車計價器的設(shè)計,在評選出優(yōu)秀的設(shè)計之后,可以組織學(xué)生分成小組去實現(xiàn)。因此,這就需要對案例教學(xué)進行更加科學(xué)的規(guī)劃和統(tǒng)籌安排。

5總結(jié)

采用案例教學(xué)需要教師在授課前做比較充分的準(zhǔn)備工作,比如對于簡易電子琴的設(shè)計,可以在講解了8253的工作原理之后再進行設(shè)計,教師需要了解學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況,即學(xué)生是否真正弄懂該接口的原理,然后決定是否展開該案例;對于綜合性的案例設(shè)計比如出租車計價器的設(shè)計,可以安排在課程接口8255A、8251芯片原理講解之后來設(shè)計,這樣學(xué)生可以將學(xué)過的接口芯片應(yīng)用融匯貫穿起來,會進一步加深對微機原理與接口技術(shù)概念、原理的理解。

對于精心設(shè)計的案例,教師可以在教學(xué)過程不斷加深擴充其功能,比如對出租車計價器設(shè)計在學(xué)生基本設(shè)計完成后,可以擴充語音播報數(shù)據(jù)信息和顯示當(dāng)前系統(tǒng)時間功能,使學(xué)生把以前所學(xué)知識和新的功能應(yīng)用進一步結(jié)合起來。這樣,通過引入案例教學(xué),學(xué)生會對“微機原理與接口技術(shù)”這門相對枯燥的課程產(chǎn)生濃厚的興趣,并會把所學(xué)知識和身邊很多具體應(yīng)用聯(lián)系起來,思考之,甚至最終實現(xiàn)之,這也是我們開設(shè)這門課程的一個重要目的。

參考文獻:

[1] 王秀之. 案例教學(xué)中需要研究的幾個問題[J]. 中國高等教育,2006(12):44-45.

[2] 陳效蘭. 以案例教學(xué)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[J]. 中國高等教育,2006(1):35-36.

[3] 劉彥保. 計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革與實踐[J]. 黑龍江高教研究,2006(2):111-112.

[4] 易小琳,魯鵬程,毛國君,等. 計算機硬件系列核心課程建設(shè)的研究與實踐[C]//大學(xué)計算機課程報告論壇組委會. 大學(xué)計算機課程報告論壇論文集2007,上海:高等教育出版社,2007.

[5] 侯曉霞,戴躍偉,王建宇,等.“微機原理及應(yīng)用”精品課程建設(shè)的探討[C]//大學(xué)計算機課程報告論壇組委會. 大學(xué)計算機課程報告論壇論文集2007,上海:高等教育出版社,2007.