陳客松，龐曉鳳，張徐亮，彭曉燕

(電子科技大學 電子工程學院，成都 611731)

國內(nèi)不少高校的“微機原理及接口技術”課程從20世紀90年代開始就以Intel X86 CPU為主線，系統(tǒng)介紹微型計算機的基本知識，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)容仍缺乏對計算機微處理器系統(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，對學生的微處理器系統(tǒng)的硬件/軟件協(xié)同設計，底層驅(qū)動設計等工程能力的培養(yǎng)不夠重視，出現(xiàn)了課程落后于技術發(fā)展，教學脫離實際，教育與行業(yè)脫節(jié)的情況［2－4］。

近四年來，電子科技大學微機原理及接口技術課程組開始講授自編新教材《微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設計》，第二版已由電子工業(yè)出版社出版。這一教學改革適應了以32位嵌入式芯片為主線的“微機原理與接口技術”課程的新形勢，還有清華大學出版社出版的《嵌入式微機原理及應用》《嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設計與應用》等教材，其中的主要內(nèi)容適應了IP core、FPGA等新技術和新理論的發(fā)展趨勢。進入新世紀以來，課程改革使主流的ARM為核心的32位微型計算機系統(tǒng)原理及應用成為新的教學設計對象，新內(nèi)容改善了電工電子及信息類專業(yè)微機原理、嵌入式系統(tǒng)系列課程在知識體系架構(gòu)、基礎原理和工程設計等方面的不足。但該課程改革的難度大，涉及面廣，教學難度驟增，學生反映學習難度大，因此教師面臨著進行新的教學設計的迫切要求，以進一步提高本課程教學質(zhì)量和教學效果。

本文結(jié)合新教材的內(nèi)容安排，分析和研究以學生知識理解和技能培養(yǎng)為中心的教學設計、課程內(nèi)容安排、課程實驗設計的構(gòu)建思路和實踐中可能存在的問題。

1 教學設計需解決的問題

1)必須避免教學內(nèi)容上無重點難點，無重點難點的教學會導致學生對基本概念理解不深，基本知識點掌握不好，重要設計技能不夠。

2)針對教學難點的教學設計不足，導致學生學習積極性不足、原因是教學設計缺乏邏輯性，不能深入淺出、循序漸進地引導學生學習，使學生逐漸喪失學習熱情，學習效率低下。

3)重軟件設計，輕硬件理解。由于考試中經(jīng)?？疾橹噶罾斫夂蛥R編編程，使得學生忽視對計算機體系結(jié)構(gòu)的原理和對計算機工作原理的理解。

4)實驗教學課容易陷入指導同學走一步，同學就跟一步的僵局，進展緩慢，效果差。需要加強指導教師引導實驗的能力，促進實驗進程，改善實驗課程教學效果。

5)拓展性、自主創(chuàng)新性實驗難以在實驗課上開展，應提倡學生自愿組合，利用課余時間開展課外科研活動，提供開放實驗室。

2 教學設計需考慮的三個因素

應對新的教學內(nèi)容和教學目標，教師在設計教學過程的內(nèi)容和方法時需要針對以下三個方面來展開教學設計。

2.1 闡述課程特點及其學習方法

微機原理與接口技術是一門綜合性很強的課程，是針對非計算機專業(yè)的工科學生的一門計算機基礎課程，其概念、術語和內(nèi)容等涉及計算機專業(yè)的多門課程，如《計算機組成原理》《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》《操作系統(tǒng)原理》《編譯原理》《計算機控制技術》《算法及程序設計》等，不僅系統(tǒng)理論寬廣、內(nèi)容豐富，而且實踐性強，要求理論結(jié)合實踐，在實驗課程中鍛煉操作能力，才能使學習者提高實際工作能力。需要提醒學生主動通過網(wǎng)絡、媒體、互動平臺等大眾化的知識獲取途徑有效獲取信息，解決學習和作業(yè)中遇到的問題，積極主動地思考和理解計算機的相關工作原理。

2.2 基本概念、重要知識點和知識面的關系

教學設計中，重點針對基本概念的解析和理解設計講授內(nèi)容，重要知識點需明確提煉出來，知識面的擴充需要在教學設計中提及，實現(xiàn)則需要學生主動借助互聯(lián)網(wǎng)和圖書館資源進行學習［5］。該課程的基本概念對基本知識點的理解和掌握至關重要，譬如二進制、堆棧、總線和標志位等等基本概念需要深刻理解，才能有助于理解計算機的工作原理，為進一步培養(yǎng)設計嵌入式計算機系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)打下基礎。本課程所涉及的基本知識點繁多，包括信息的編碼表示的原理和方法，總線結(jié)構(gòu)、運算器的設計實現(xiàn)，體系結(jié)構(gòu)的種類，仲裁的必要性和實現(xiàn)方法，中斷工作方式的原理與實現(xiàn)，接口設計的原理和方法等。微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的知識和新型ARM處理器的特點則屬知識面擴充范圍，學生在理解計算機系統(tǒng)原理的基礎上自行學習，擴充知識面，在應用中逐漸加深拓寬這類知識。

2.3 實驗課與理論授課內(nèi)容的交疊和相互補充

實驗課程的教學質(zhì)量難以保證的重要原因之一是目前國內(nèi)各大學的計算機文化基礎課程或微機編程語言學習中普遍以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)學生進入實驗課程才首次接觸嵌入式LINUX，MDK－ARM，虛擬機等開發(fā)環(huán)境，熟悉它們的使用花費了大量的實驗課時間，明顯影響了實驗課程的教學效率。在理論課程教學的過程中，可以交疊一些實驗課程的基本內(nèi)容，如課堂安裝ARM公司自行開發(fā)的仿真軟件ADS 1.2，由任課老師演示其安裝和設置過程，并演示幾個基本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，可以與實驗教學相互呼應，增加學生的學習積極性，加深理解基本知識點，掌握基本的程序調(diào)試技能。

3 實驗課的教學設計

實驗課程的重要目的是對計算機內(nèi)部原理和某些芯片的工作流程有更直接的感性認識，使學生在微機應用系統(tǒng)設計、軟件開發(fā)以及微機接口等方面都得到培養(yǎng)與訓練［6］。老師示范一步，學生跟進一步的注入式教學模式，學生在實驗課上過于被動，實驗完成了卻覺得沒有多大收獲的現(xiàn)象比較普遍。改進的實驗教學設計涉及以下四個方面:

1)課前預習內(nèi)容:LINUX操作系統(tǒng)基礎;實驗箱;RVDS;ADS等軟件環(huán)境的使用。

2)組建有效學習環(huán)境;網(wǎng)絡環(huán)境;開放實驗室;課程中心;學習空間。

3)設計實驗進行的形式為先試后導，先練后講。

4)適當增加學生自行設計的實驗內(nèi)容，使學生在實驗課堂上發(fā)揮積極性和主觀能動性。

4 結(jié)束語

在電子技術、計算機技術日新月異的現(xiàn)代信息環(huán)境下，國內(nèi)各高校的微型計算機系統(tǒng)原理及接口技術課程必然面臨著重新建設和改革的迫切需要。該課程是工科院校非計算機專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，在新的形勢下已成為不少高校的重點建設課程之一，即使在綜合類高等學校中的課程覆蓋面也是較大的，是為未來的科技工作者和電子工程從事計算機相關系統(tǒng)的開發(fā)、設計打下良好的基礎的必修課程［7］。同時，該課程又是一門面向應用的、具有很強的系統(tǒng)性、實踐性與綜合性的課程，它的教學設計對教學質(zhì)量和培養(yǎng)學生進行嵌入式計算機系統(tǒng)開發(fā)的基本技能具有重要影響。針對新的教學內(nèi)容和實驗環(huán)境，提出了有效進行教學設計的三個中心問題;教學中可打破教材的章節(jié)安排，適當穿插軟件仿真演示，有效應用實驗設備，使理論教學與實驗學習在重要知識點上相互交疊，加深基本概念的理解。使學生保持較高的學習主動性。

［1］姜建山.微機接口技術課程教學改革研究［J］.重慶交通大學學報:社會科學版，2007(1):107－108.

［2］管希萌.關于微機原理課程改革的幾點思考［J］.揚州教育學院學報，2004(22):69－71.

［3］楊翠微.電子信息類專業(yè)微機原理與接口實驗教學探討［J］.電氣電子教學學報，2005(27):85－87.

［4］鄭學堅，周斌.微型計算機原理及應用［M］.北京:清華大學出版社，1995.

［5］朱菊芳.高等教育學教程［M］.江蘇:南京師范大學出版社，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.《微機原理與接口技術》實驗教學改革探索［J］.電腦知識與技術，2011(9):6285－6287.

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