面向應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐

郭忠文　蔣永國(guó)　馮　源　洪　鋒　曲海鵬

摘要:提高學(xué)生的實(shí)踐能力和應(yīng)用能力,對(duì)于提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要作用。本文以課程相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)為主要線索,重新對(duì)微型計(jì)算機(jī)原理課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行組織和安排。實(shí)際教學(xué)表明,學(xué)習(xí)本課程后,學(xué)生的實(shí)踐能力及專(zhuān)業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力明顯提高。

關(guān)鍵詞:微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng);面向應(yīng)用;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1引言

多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和目前社會(huì)對(duì)人才的需求表明,提高本科生的實(shí)踐和應(yīng)用能力,對(duì)于提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量,更好地滿(mǎn)足國(guó)家企事業(yè)單位對(duì)人才的需要具有重要作用。目前關(guān)于微型計(jì)算機(jī)原理的教學(xué),存在多種教學(xué)課程,如“微型計(jì)算機(jī)原理”、“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”和“微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”等,但課堂的主要教學(xué)內(nèi)容基本相同,即主要介紹微處理器的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、接口芯片、總線和輸入輸出、外設(shè)等。

由于課程內(nèi)容涉及硬件內(nèi)容較多,課堂內(nèi)容相對(duì)抽象、枯燥,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、課堂內(nèi)容理解困難。目前配備的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大多針對(duì)課堂內(nèi)容設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,由于實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)的功能過(guò)于完善,需要學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的內(nèi)容很少,使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解仍然難以深入。更大的問(wèn)題是,學(xué)生在學(xué)習(xí)課程過(guò)程中,對(duì)課程內(nèi)容和實(shí)際應(yīng)用難以聯(lián)系,感到迷茫,甚至有些學(xué)生認(rèn)為,若將來(lái)進(jìn)行軟件編程,學(xué)習(xí)該課程沒(méi)有實(shí)際用處,因此影響了學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。同時(shí),針對(duì)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,對(duì)于加深課堂內(nèi)容的理解具有重要作用,但是與實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用還有很大距離。

實(shí)際上,“微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是一門(mén)與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系的課程。為了解決學(xué)生中存在的上述問(wèn)題,文獻(xiàn)[1]中提出了利用綜合實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生應(yīng)用能力的教學(xué)方法。文獻(xiàn)[2]針對(duì)如何提高學(xué)生的創(chuàng)新能力提出了教學(xué)思路。我們以課程相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)為主要線索,對(duì)課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行組織和編排,使課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)緊密結(jié)合,提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的針對(duì)性,使學(xué)生在力求解決實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)問(wèn)題的過(guò)程中,掌握教學(xué)內(nèi)容,這樣不僅使學(xué)生加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解,而且使學(xué)生對(duì)本課程的實(shí)際應(yīng)用有了直觀印象和實(shí)際體會(huì),顯著激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,取得了良好的教學(xué)效果,明顯提高了教學(xué)質(zhì)量。通過(guò)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的實(shí)踐能力培養(yǎng),利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到有效提高,從而使學(xué)生更有效地介入老師的科研活動(dòng),進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量的提高,形成教學(xué)、科研相互促進(jìn)的良性循環(huán)。

2應(yīng)用系統(tǒng)的選擇與教學(xué)實(shí)踐

“微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”課程是在講述微處理器原理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)講述微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù),因此我們選擇與微型計(jì)算機(jī)接口密切相關(guān)的家電測(cè)試系統(tǒng)和機(jī)房安全監(jiān)視系統(tǒng)作為課程講授的典型應(yīng)用系統(tǒng)。這兩種應(yīng)用系統(tǒng)也是我們課題組長(zhǎng)期從事科研開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng),具有較為豐富的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì),相關(guān)內(nèi)容補(bǔ)充到教學(xué)中,教學(xué)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具體、生動(dòng),對(duì)于學(xué)生將來(lái)從事該領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和研究幫助很大。

2.1電冰箱測(cè)試系統(tǒng)

電冰箱測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示,在建立應(yīng)用系統(tǒng)的過(guò)程中,實(shí)際的硬件系統(tǒng)是成熟硬件產(chǎn)品的系統(tǒng)集成,所需研制的主要內(nèi)容是編制數(shù)據(jù)采集軟件,通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接口獲得測(cè)試數(shù)據(jù),利用測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算和處理。由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備不同,設(shè)備的接口也不同。我們把實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中采用的、與課程緊密相關(guān)的接口引入教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)中。

2.2機(jī)房安全監(jiān)視系統(tǒng)

機(jī)房安全監(jiān)視系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。與電冰箱測(cè)試系統(tǒng)的明顯不同在于,該系統(tǒng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng),所有傳感器或智能儀表通過(guò)本地的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行硬件集成,采集軟件是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)采集器獲得采集數(shù)據(jù),或通過(guò)數(shù)據(jù)采集器再訪問(wèn)智能儀表獲得相關(guān)傳感器數(shù)據(jù),這是一種計(jì)算機(jī)接口在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的典型應(yīng)用,而以往的教科書(shū)中沒(méi)有涉及該方面的內(nèi)容。

2.3應(yīng)用系統(tǒng)整體概念的建立

因?qū)嶋H應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作量較大,很難在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的有限課時(shí)內(nèi)完成,因此我們對(duì)原有實(shí)際應(yīng)用軟件系統(tǒng)進(jìn)行改造,留出與實(shí)驗(yàn)程序的軟件接口,關(guān)鍵和典型的應(yīng)用模塊讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行開(kāi)發(fā),和原來(lái)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)連接后即可構(gòu)成完整應(yīng)用系統(tǒng)。而原有系統(tǒng)的源代碼和開(kāi)發(fā)文檔可提供給學(xué)生,以幫助感興趣和有精力的學(xué)生業(yè)余時(shí)間進(jìn)行自學(xué)。電冰箱測(cè)試系統(tǒng)和機(jī)房安全監(jiān)視系統(tǒng)的軟件功能結(jié)構(gòu)基本相同,如圖3所示。

同時(shí),為了讓學(xué)生感受到實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的情況,我們拍攝了大量現(xiàn)場(chǎng)情況的照片(電冰箱測(cè)試的實(shí)際場(chǎng)景如圖4所示)給學(xué)生提供直觀印象,并且與應(yīng)用單位保持緊密聯(lián)系,組織學(xué)生適當(dāng)次數(shù)的應(yīng)用單位參觀,使學(xué)生深刻感受到所學(xué)課本內(nèi)容是實(shí)際中真正需要應(yīng)用的知識(shí),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

3教學(xué)內(nèi)容的組織

為了提高教學(xué)效果,對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行了精心組織,不追求課程內(nèi)容多,在講述微型計(jì)算機(jī)基本原理的基礎(chǔ)上,希望學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解能夠更深一步。因?qū)W生只要對(duì)學(xué)過(guò)的內(nèi)容能夠深入理解,在實(shí)際需要時(shí),對(duì)于其他教學(xué)內(nèi)容可以非常容易地通過(guò)自學(xué)掌握,適當(dāng)減少基本教學(xué)內(nèi)容、增加相關(guān)實(shí)際應(yīng)用案例,不僅不會(huì)降低教學(xué)效果,反而會(huì)很大程度上提高教學(xué)效率。為了使引入的實(shí)際案例便于學(xué)生理解,把相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用與基礎(chǔ)內(nèi)容緊密聯(lián)系,如常用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備與采集設(shè)備的實(shí)際通信協(xié)議等緊密聯(lián)合。調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容,是微型計(jì)算機(jī)基本原理和實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的緊密結(jié)合,經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐證明,這種教學(xué)內(nèi)容更容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更便于學(xué)生從整體上把握學(xué)習(xí)本課程的用處和目的。調(diào)整前與調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容對(duì)比如表1和表2所示。

4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的組織

在學(xué)習(xí)本課程后,為了使學(xué)生能夠盡快適應(yīng)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需要,我們結(jié)合課程內(nèi)容,選取來(lái)源于科研開(kāi)發(fā)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊作為實(shí)驗(yàn)案例,對(duì)課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和安排。同時(shí)對(duì)原有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行改造,保留設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵難點(diǎn)作為課程實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容,對(duì)其他模塊設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的接口,以便能夠與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行銜接。只要學(xué)生把實(shí)驗(yàn)?zāi)K開(kāi)發(fā)完成,就可和其他模塊構(gòu)成完整的應(yīng)用系統(tǒng)。

對(duì)于非實(shí)驗(yàn)?zāi)K,以詳細(xì)開(kāi)發(fā)文檔和完整注釋代碼的形式提供,可讓學(xué)生在課余了解更多實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)發(fā)細(xì)節(jié)方面的內(nèi)容。因?qū)嶒?yàn)中用到的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型,是在多年科研開(kāi)發(fā)活動(dòng)中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),甚至很多內(nèi)容是科研活動(dòng)中的創(chuàng)新。因此,在真正系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí),可以把課堂及實(shí)驗(yàn)中的軟件代碼直接應(yīng)用于所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng),顯著提高開(kāi)發(fā)效率。與原來(lái)原理性的教學(xué)內(nèi)容相比,在面向應(yīng)用的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)把生動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例擺在同學(xué)面前,極大地提高了他們的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)讓學(xué)生深刻感受到學(xué)習(xí)本課程的意義、目的和用處。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整前與調(diào)整后的內(nèi)容對(duì)比如表3和表4所示。

5結(jié)束語(yǔ)

從以上的敘述內(nèi)容可以看出,在課程原有基本原理的基礎(chǔ)上,我們以課程相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)為核心,分別對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置和實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和補(bǔ)充。教學(xué)實(shí)踐表明,通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的精心調(diào)整,明顯改變了學(xué)生以前對(duì)課程內(nèi)容的應(yīng)用前景感到迷茫的狀況,激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)增加了學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)用性,明顯縮短了從課堂學(xué)習(xí)到熟練進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)換時(shí)間,能夠更好地滿(mǎn)足相關(guān)企事業(yè)用人單位的需求,顯著提高學(xué)生在同類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)能力,對(duì)促進(jìn)本課程教學(xué)質(zhì)量的提高具有積極的推動(dòng)和示范作用。

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