時(shí)間:2022-06-05 05:49:44
導(dǎo)言:作為寫作愛好者,不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。
中圖分類號:P315.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1000-0666(2016)04-0587-11
0 引言
傳統(tǒng)的GPS 大地測量學(xué)和地震學(xué)的研究目標(biāo)區(qū)別在于研究地殼形變譜的頻段不同,前者主要研究較長周期(幾天到幾十年)的變化,后者主要研究瞬時(shí)(小于1 s到幾小時(shí))地殼運(yùn)動的特征。隨著高頻(1 Hz)和超高頻(20~50 Hz)GPS接收機(jī)的出現(xiàn)以及高頻GPS數(shù)據(jù)處理算法的成熟,使得GPS的觀測精度和對形變譜的敏感性朝著測量地殼動態(tài)瞬時(shí)變化的方向不斷改進(jìn)(Avallone et al,2011;Blewitt et al, 2006;Lou et al,2013),目前已經(jīng)出現(xiàn)大地測量和地震學(xué)觀測譜范圍逐漸合并的趨勢。由于高頻GPS不僅可以觀測到周期小于1 s的位移量,而且可以檢測到超長周期的地殼運(yùn)動,沒有限幅的約束,因此,采用高頻GPS接收機(jī)一方面可觀測到大動態(tài)的靜態(tài)位移,另一方面可以觀測到大震震時(shí)動態(tài)位移,為研究地震的破裂過程、地殼介質(zhì)的非均勻特性和地震前后地殼形變短期變化過程提供了多窗口檢測的工具(Yehuda et al,2000;Choi et al,2004;Elósegui et al,2006)。
利用高頻GPS作為長周期地震儀器的設(shè)想和方法最早由Miyazaki等(1997)在1997年AGU秋季會議上提出,他們基于GEONET觀測網(wǎng)1 Hz采樣率記錄,分析1996年Hyuga NadaMW6.7級地震的觀測數(shù)據(jù),清楚地得到了P波和S波的到時(shí),通過與理論和強(qiáng)震儀記錄的波形數(shù)據(jù)對比,P波和S波到時(shí)符合得很好(Ge,1999)。而最具有代表性的研究工作是Larson等(2003,2009)和Gomberg等(2004)利用1 Hz GPS資料研究2002年Denali 7.9級地震的地殼變形特征(Bilich et al,2008),得到了近場和遠(yuǎn)場地面運(yùn)動位移的時(shí)間序列,與地震儀記錄結(jié)果比較,兩者具有較好的一致性。由于高頻GPS觀測能夠得到地震動態(tài)波形,利用高頻GPS資料反演震源破裂過程的代表性研究有對2003年Tokachi-Oki地震的研究,利用1 Hz的觀測資料,對震源滑動分布進(jìn)行反演研究,不僅得到了空間滑動總量分布特征,也得到了空間破裂速度。
由于GPS測量所受的影響因素比較多。如大氣、電離層擾動等,GPS的觀測噪聲來源很廣,而且高頻GPS的觀測精度相對于地震儀的觀測精度相差較大,導(dǎo)致其對地震信號觀測精度比地震儀低很多。在垂直方向,目前GPS的精度在厘米級,而地震儀的精度高于微米級。高頻GPS所觀測到的信號到底是噪聲還是真正的位移信號,一些學(xué)者還存在疑問和爭論(Li et al,2015;Geng et al,2015)。同時(shí),對于超高頻GPS數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性以及可靠性也存在著不同的意見和說法。因此,定量評估高頻GPS的噪聲水平以及監(jiān)測地震位移信號的能力,對于確定高頻GPS在地震研究中的應(yīng)用具有重要意義。
近些年來,隨著一些快速定位方法的出現(xiàn),快速解算GPS位移逐漸成為可能,如單點(diǎn)定位方法(PPP方法)、雙差定位方法等。但是這些快速解算方法的精度如何、能否滿足地震研究的需要,仍需要定量的分析和標(biāo)定。因此,如何確定高頻和超高頻GPS的解算精度,特別是利用快速預(yù)測星歷確定GPS位移的解算精度,對于地震快速響應(yīng)以及地震預(yù)警等工作具有極為重要的意義。
由于地震大小和空間分布具有不確定性,如果能夠采用人工源或者可控震源進(jìn)行研究和標(biāo)定,其結(jié)果和可靠性會高得多。從2010年開始,福建地震局開始實(shí)施了人工源爆破試驗(yàn),這為定量評估高頻GPS探測地震信號的能力提供了理想的實(shí)驗(yàn)條件。因此,本文將利用超高頻GPS(50 Hz)對人工爆破引起的位移信號進(jìn)行測量,探究超高頻GPS數(shù)據(jù)在實(shí)際觀測中的可靠性及捕獲位移信號的能力及精度。
1 數(shù)據(jù)及處理方法
1.1 實(shí)驗(yàn)觀測及數(shù)據(jù)分布
福建省地震局自2010年開始實(shí)施的“跨越臺灣海峽人工爆破觀測”項(xiàng)目旨在通過多次人工爆破激震的方式,探測海峽地震的深部構(gòu)造和孕震環(huán)境(李祖寧等,2007;丁學(xué)仁等,2007)。2014年6月,該項(xiàng)目在福建省多個(gè)區(qū)域進(jìn)行了4次不同當(dāng)量的人工爆破實(shí)驗(yàn)。為了更好地獲取觀測資料的對比性,筆者選取了其中觀測條件最好的2個(gè)爆破點(diǎn)進(jìn)行高頻GPS觀測,同時(shí)在部分高頻GPS觀測點(diǎn)進(jìn)行了并址的強(qiáng)震儀觀測,如圖1所示。觀測的儀器采用了天寶R9型高精度大地測量GNSS接收機(jī),配備標(biāo)準(zhǔn)的扼流圈天線,同時(shí)記錄50 Hz的觀測數(shù)據(jù);強(qiáng)震儀器采用的是Grulap強(qiáng)震儀。
為了定量評估高頻GPS接收機(jī)得到的位移信號隨震中距的衰減情況,2014年6月16日在南靖試驗(yàn)場按照距離遠(yuǎn)近一共布設(shè)了8臺(套)NetR9 GPS接收機(jī),臺站布局如圖1a,其中黃色線段為炮點(diǎn),紅色圓圈為GPS點(diǎn),7號點(diǎn)并址布設(shè)MEMS強(qiáng)震儀和Grulap強(qiáng)震儀。各點(diǎn)離炮點(diǎn)的距離為:1號點(diǎn)約5 m,2、3號點(diǎn)約13 m,4、5號點(diǎn)約20 m,6號點(diǎn)約25 m,7號點(diǎn)約50 m,8號點(diǎn)約100 m。為了進(jìn)一步驗(yàn)證高頻GPS確實(shí)能夠捕捉到近場爆破引起的地殼振動信號,2014年6月23日在漳州華安實(shí)施人工爆破前,在爆破點(diǎn)附近布置了3臺NetR9 GPS接收機(jī),點(diǎn)位分布圖如圖1b所示,其中黃色線段為炮點(diǎn),紅色圓圈為GPS點(diǎn),粉紅色為MEMS強(qiáng)震儀和Grulap強(qiáng)震儀位置,由于觀測條件比較復(fù)雜,考慮儀器安全,沒有進(jìn)行嚴(yán)格的并址觀測,但是兩者的距離都很近。各點(diǎn)離炮點(diǎn)
1.2 GPS數(shù)據(jù)處理方法
為了獲取高采樣率高精度的結(jié)果,本文采用短基線差分處理模式,選擇離炮點(diǎn)最近的福建GNSS基準(zhǔn)站(>30 km)為參考站,由于爆破源的能量衰減得非常快,在參考站附近由于爆破源引起的位移基本為零。利用動態(tài)歷元差分方法對1~8號點(diǎn)的50 Hz高頻GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算,所采用的軟件為GAMIT/GLOBK程序中的track模塊(King,Bock,2002)。
為了探究實(shí)時(shí)高頻GPS解算結(jié)果的可靠性,采用IGS快速預(yù)報(bào)星歷來進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)解算,采用事后精密星歷進(jìn)行事后精密解算。解算結(jié)果如圖2所示,選取南靖1號點(diǎn)的高程方向的結(jié)果進(jìn)行展示,圖中紅色實(shí)線表示采用事后精密星歷處理的結(jié)果,而藍(lán)色虛線表示采用快速預(yù)報(bào)星歷處理的結(jié)果,不難看出,兩者吻合得非常好。因此,高頻GPS差分單歷元解在采用快速預(yù)報(bào)星歷與事后精密星歷得到的結(jié)果基本一致,這也說明采用快速預(yù)報(bào)星歷進(jìn)行高頻GPS實(shí)時(shí)解算結(jié)果的可靠性。
由于GPS測量所受的干擾信號源比較復(fù)雜,為了獲取更準(zhǔn)確的時(shí)間信號信息,對解算結(jié)果進(jìn)行帶通濾波來去掉不需要的噪聲信號。為了能準(zhǔn)確地進(jìn)行噪聲濾波,首先對原始的觀測記錄進(jìn)行頻譜分析,找出爆破信號所集中的頻率范圍,然后再基于這個(gè)頻率范圍對原始結(jié)果進(jìn)行帶通濾波來消除其他噪聲信號。
如圖3所示,對離爆破點(diǎn)最近的1號點(diǎn)的高程方向原始信號進(jìn)行頻譜分析,藍(lán)色、紫色和綠色分別為爆破前、爆破時(shí)和爆破后的信號頻譜曲線。不難發(fā)現(xiàn),高頻GPS接收到的由爆破激發(fā)的地殼介質(zhì)震動能量主要集中在0.2~2 Hz,2 Hz以后信號的能量與震前、震后噪聲基本疊加一致,因此,將對所有的觀測數(shù)據(jù)以0.2~2 Hz頻帶范圍進(jìn)行帶通濾波來獲取更好的信號信息。
2 數(shù)據(jù)結(jié)果及討論
通過以上的觀測,分別得到了南靖和華安2個(gè)區(qū)域多個(gè)觀測點(diǎn)的記錄并對其進(jìn)行分析,從而定量給出超高頻GPS接收能力的評估。
2.1 南靖區(qū)域高頻GPS實(shí)驗(yàn)結(jié)果
南靖1號點(diǎn)布置在山體的石壁上,離炮點(diǎn)很近,其結(jié)果如圖4所示,可以看出南北和東西向的位移不明顯,高程向的位移很明顯,接近60 mm,圖中虛線是噪聲水平線,東西和南北方向?yàn)? mm,高程向?yàn)?0 mm。對1號點(diǎn)高程向位移進(jìn)行詳細(xì)分析如圖5所示,可以發(fā)現(xiàn)高程位移從14 s開始有一個(gè)脈沖,與并址布置的簡易強(qiáng)震儀和Guralp高精度強(qiáng)震儀捕捉到的波形時(shí)間點(diǎn)是能夠?qū)?yīng)的, 簡易強(qiáng)震儀和Guralp高精度強(qiáng)震儀的記錄數(shù)據(jù)如圖6所示,其中SM-104和SM-58為兩臺簡易強(qiáng)震儀,Guralp-104為高精度強(qiáng)震儀。
通過對其他點(diǎn)的處理結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn),3~5號點(diǎn)的位移波形在1時(shí)10分14秒都有所反應(yīng),有的水平向比較明顯,有的高程向比較明顯,如圖7~8
2.2 華安區(qū)域高頻GPS實(shí)驗(yàn)結(jié)果
采用南靖試驗(yàn)相同的數(shù)據(jù)處理方式對華安地區(qū)的高頻GPS觀測結(jié)果進(jìn)行了分析,同時(shí),也對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行0.2~2 Hz頻帶范圍的帶通濾波。從華安1號點(diǎn)和2號點(diǎn)的處理結(jié)果圖中可以看到,起爆點(diǎn)的時(shí)間大概為1時(shí)00分17秒(圖9~10),與強(qiáng)震儀加速度波形捕捉到的起爆時(shí)刻是能夠?qū)?yīng)的(圖13~14),1號點(diǎn)振動時(shí)間比較長,持續(xù)了近4 s,幅度南北向達(dá)到了12 mm,高程向接近16 mm。而從2號點(diǎn)的南北向位移更明顯接近16 mm,高程向位移達(dá)到了14 mm,對2號點(diǎn)的南北位移進(jìn)行了放大(圖11),從圖11中可以很明顯地看出高頻GPS確實(shí)捕捉到了爆破瞬間的波形(17~20 s),而3號點(diǎn)的處理結(jié)果并不明顯(圖12),
3 結(jié)論
本文利用2014年6月福建省地震局進(jìn)行的人 工爆破實(shí)驗(yàn)獲得的50 Hz超高頻GPS觀測數(shù)據(jù),并采用快速預(yù)報(bào)星歷以及事后精密星歷,對觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)和事后精密處理。通過近場的2次人工爆破高頻GPS實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析,結(jié)果表明:
(1)高頻GPS在差分處理模式下,其水平向噪聲大致為5 mm,垂直向大致為10 mm,如果地殼的振動幅度超過高頻GPS噪聲水平,高頻GPS 能夠捕捉到近場地震引起的位移信號。
(2)高頻GPS差分單歷元解在采用快速預(yù)報(bào)星歷與事后精密星歷得到的結(jié)果基本一致,這也說明采用快速預(yù)報(bào)星歷進(jìn)行高頻GPS實(shí)時(shí)解算的結(jié)果的可靠性。
綜合高頻GPS的監(jiān)測能力,以及其基線漂移小,觀測穩(wěn)定的特點(diǎn),高頻GPS記錄可以作為有效的“地震位移計(jì)”,對以記錄速度和加速度的地震儀起到很重要的補(bǔ)充作用,使得“GPS地震學(xué)”這一交叉學(xué)科具有很好的發(fā)展前景。特別是近場 強(qiáng)震儀由于地表傾斜的原因,其得到的水平向加速度通常都帶有地表傾斜的特征,從而導(dǎo)致積分后得到的位移出現(xiàn)嚴(yán)重的基線漂移,這給利用強(qiáng)震儀信號研究地震震源性質(zhì)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。相比而言,高頻GPS由于記錄的本身就是位移信號,因此,基線漂移比較小。如果將高頻GPS和強(qiáng)震 儀進(jìn)行并址觀測,采用高頻GPS校正強(qiáng)震儀信號的基線,那么就能夠得到無基線漂移的地表位移情況。另外,高頻GPS通常能夠接收到低頻甚至靜態(tài)位移信息,而強(qiáng)震儀的記錄則對高頻信號敏感。兩者之間存在明顯的互補(bǔ)性。綜合兩者的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)行聯(lián)合觀測,就能夠得到無基線漂移的寬 頻帶地震信息,從而大大提高對于地震震源性質(zhì)的研究。另外,高頻GPS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理結(jié)果,結(jié)合烈度計(jì)的記錄,將能夠在很大程度上提高地震烈度速報(bào)與地震預(yù)警的能力。因此,高頻GPS將能夠在未來的地震研究、地震預(yù)警方面發(fā)揮重要的作用。
感謝中國科學(xué)院測量與地球物理研究所的鄭勇研究員、李軍副研究員在本工作中的指導(dǎo)和幫助。
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中文分類號:G623文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2011)01-0240-02
Reacher on the Reform on the Practical Teaching Mode of The Principle and Interface Technology of Microcomputer
WANG Wei1,2, ZHOU Ning-ning1,3
(1.Tongda College, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 2.College of Continuing Education, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 3.College of Computer, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China)
Abstract: The Principle and Interface Technology of Microcomputer is a course with great applicability and practical teaching is an essential part in the whole teaching process. In this article we mainly disscuss the reforming attempt in the pattern of this course and come to the conclusion that we can fully cultivate the comprehensive ability and innovative ability of the students with the four layers of practical teaching mode.
Key words: the principle and interface technology of microcomputer; practical teaching; the four layers of practical teaching mode
微機(jī)原理與接口技術(shù)是計(jì)算機(jī)、電子信息類等工科專業(yè)計(jì)算機(jī)硬件課程體系中的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。內(nèi)容涵蓋微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計(jì)及微機(jī)接口技術(shù),兼顧硬件和軟件2個(gè)方面,具有實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識面廣的特點(diǎn)。因此實(shí)踐教學(xué)在該課程中占有很重要的地位。學(xué)生只有通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和操作,才能夠掌握微機(jī)系統(tǒng)的工作原理、常規(guī)接口技術(shù)及其應(yīng)用,加深基本概念的理解。
1 微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀
1)課時(shí)安排上重理論、輕實(shí)踐
目前,該課程共安排四次實(shí)踐課,內(nèi)容包括兩次匯編語言程序設(shè)計(jì),運(yùn)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器8254設(shè)計(jì)流光發(fā)生器以及利用系統(tǒng)定時(shí)源設(shè)計(jì)定時(shí)中斷程序。實(shí)踐課時(shí)過少。兩次匯編語言程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐,根本沒辦法達(dá)到“深入理解機(jī)器工作基本原理和培養(yǎng)低層編程意識及思想”的匯編語言學(xué)習(xí)目的。[1]而匯編語言理解的不透徹,會直接影響接口部分的實(shí)現(xiàn)能力。
2)教學(xué)內(nèi)容上重軟件、輕硬件
大部分的實(shí)驗(yàn)都是在PC機(jī)上,編寫一些匯編程序,只有設(shè)計(jì)流光發(fā)生器這個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生能真正動手參與硬件電路的連接,但這基本上也是一個(gè)芯片功能驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)課上,老師把程序編寫好,學(xué)生照著老師的步驟連接好各種線路,再把程序錄入、調(diào)試運(yùn)行,觀察結(jié)果寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告就行了。最后導(dǎo)致所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是一個(gè)結(jié)論。基本上學(xué)生沒有自主的創(chuàng)新環(huán)節(jié)。
此外,本課程理論課主要學(xué)習(xí)了8254定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8259中斷控制器、8250串行接口芯片和8255并行接口芯片等典型芯片的工作原理,但由于實(shí)踐學(xué)時(shí)較少,在實(shí)踐操作中并沒有全部涉及到。實(shí)踐環(huán)節(jié)的欠缺,導(dǎo)致很多同學(xué)尤其是通達(dá)學(xué)生普遍感到“微機(jī)原理與接口技術(shù)”這門課難學(xué)、難懂、概念抽象、感性認(rèn)識差。學(xué)生學(xué)習(xí)完了這門課程后,對于接口芯片工作原理和在計(jì)算機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用模糊不清,更談不上創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這和學(xué)院“培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的目標(biāo)是不相符的。
2 微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模式改革
當(dāng)今實(shí)踐教學(xué)目的除了驗(yàn)證基本理論和掌握基本應(yīng)用外,更主要的是培養(yǎng)學(xué)生研究能力、創(chuàng)新能力和和思維方式以及工程實(shí)踐能力。[2]為此南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院在微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上充分考慮上述能力的培養(yǎng),進(jìn)一步加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維方式,提高學(xué)生的動手能力和綜合素質(zhì)。以適應(yīng)“應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的培養(yǎng)要求。
為適應(yīng)“應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的培養(yǎng)要求,我們將實(shí)踐教學(xué)體系分為四個(gè)層次。形成軟件實(shí)驗(yàn)、硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和課外科研的結(jié)構(gòu)模式。
前兩個(gè)階段主要進(jìn)行匯編語言軟件實(shí)驗(yàn)和硬件驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。主要是加深鞏固基礎(chǔ)理論知識,以培養(yǎng)學(xué)生理解機(jī)器工作基本原理和培養(yǎng)低層編程意識的基本能力以及書寫規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。本階段的實(shí)驗(yàn)要緊扣實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)資源配置、實(shí)驗(yàn)的硬件連接與軟件編程和實(shí)現(xiàn)功能等。使得學(xué)生快速學(xué)習(xí)和理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
實(shí)訓(xùn)是綜合性和研究性的實(shí)踐。可以分為必做和選做兩部分。必做題每個(gè)學(xué)生都必須完成的實(shí)驗(yàn),主要進(jìn)行簡單硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。選做部分主要進(jìn)行硬件綜合型實(shí)驗(yàn),學(xué)生每5-7人一組,在教師指導(dǎo)下自由選題,不完全受課堂教學(xué)內(nèi)容限制,合作完成實(shí)驗(yàn)。從而進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識面,提高學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。[3]
在本階段可以引入PBL教學(xué)法。基于問題學(xué)習(xí)(prob lem2based learning, PBL)的教學(xué)方法是由美國神經(jīng)病學(xué)教授Barrows在加拿大McMaster大學(xué)醫(yī)學(xué)院首先試行的一種教學(xué)模式。此種教學(xué)模式以問題為基礎(chǔ)展開教學(xué),以學(xué)生為中心,學(xué)生的自學(xué)能力得到培養(yǎng),并且發(fā)展學(xué)生解決實(shí)際問題能力、綜合思考能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。大致分為問題提出、資料查閱、討論研究和總結(jié)反思4個(gè)主要步驟。每個(gè)問題沒有固定的解決方法,學(xué)生之間互相合作、共同探究,逐步尋找問題的解決方法。以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自我探究為主,作為合作者的教師僅在關(guān)鍵時(shí)刻起到點(diǎn)撥和引導(dǎo)作用[4]。
微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)訓(xùn)必做題階段表現(xiàn)突出的同學(xué)可以擔(dān)任組長,由其選擇組員并確定題目。在教師指導(dǎo)下分工合作,查閱資料、小組討論,提出合理的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)室采用開放式教學(xué)模式,在實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間上開放。給學(xué)生充分的自主學(xué)習(xí)和自我研究的空間。此階段以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力為主。要鼓勵(lì)學(xué)生求新、求異,在成績評定時(shí),不要過于強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成功,防止學(xué)生為追求成績而選擇過于保守的方案。
課外科研活動利用學(xué)生的課外時(shí)間,采取學(xué)生自愿報(bào)名,與學(xué)生會科協(xié)合作的方式,成立若干個(gè)課外創(chuàng)新小組。課程組的老師根據(jù)自己研究的課題帶領(lǐng)創(chuàng)新小組與研究生相結(jié)合進(jìn)行一些科研活動。如課題組的老師設(shè)計(jì)完成的“PD-32開放式微型計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置”,該裝置真正體現(xiàn)了32位微機(jī)的特點(diǎn),學(xué)生通過在該裝置上的實(shí)驗(yàn)操作,能進(jìn)一步加深對接口原理的理解。已廣泛的應(yīng)用在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。
3 結(jié)束語
通過本課程實(shí)踐內(nèi)容的改革與嘗試,提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,培養(yǎng)了學(xué)生良好的學(xué)習(xí)行為和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,提高了學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。我們將在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和不足。隨著微機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,不斷更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更貼近工程實(shí)際,并結(jié)合科研項(xiàng)目開發(fā)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。只有這樣才能更好的培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會需求的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。
參考文獻(xiàn):
[1] 王爽.匯編語言[M].2版.北京:清華大學(xué)出版社,2008:2-3.
中圖分類號:G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2007)18-31768-02
About Microcomputer Principle and Interface Experiment Teaching Inquisition
LU Lai-zhi
(Computer Science Technology Department of Binzhou Institute, Binzhou 256600, China)
Abstract:The improvement of traditional microcomputer principle and the interface technology experiment content and the way, the increasing experiment's class result proportion, reducing the confirmation content, the increasing design and the comprehensive experiment in order to improve student's self-learning capability, innovation ability and begins ability.
Key words:Microcomputer Interface Experiment; Experiment's Class Result Proportion; Design Experiment; Comprehensive Experiment
1 引言
《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是計(jì)算機(jī)類和大多數(shù)電類專業(yè)的必修課,同時(shí)也是一門實(shí)用性和動手性都很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)硬件類課程。學(xué)該門課程的學(xué)生要具有電路設(shè)計(jì)和匯編語言編程的能力。在以前的教學(xué)中,微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師講課為主,學(xué)生以驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。無法提高學(xué)生在該課程試驗(yàn)的積極性和創(chuàng)造性,造成學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維能力下降。
在當(dāng)今大力提倡素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)理念下,必須對該門課程的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革。
2 加實(shí)驗(yàn)課成績比例,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的正規(guī)性
為了提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)積極性,我們增加了實(shí)驗(yàn)課在總成績的比例。該門課程實(shí)驗(yàn)成績占總成績的40%。對實(shí)驗(yàn)課成績我們采用新的考核方法,將實(shí)驗(yàn)課的成績分列為實(shí)驗(yàn)操作成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績、實(shí)驗(yàn)結(jié)果成績、實(shí)驗(yàn)考勤成績四個(gè)部分,各項(xiàng)成績所在比例為實(shí)驗(yàn)操作40%,實(shí)驗(yàn)報(bào)告30%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果20%,出勤率10%。強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程,在現(xiàn)有條件下每人一臺機(jī)器,保證將實(shí)驗(yàn)完成。
3 加設(shè)計(jì)類、綜合類的實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力
3.1 微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)包括基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)
該實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)和簡單的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生明確試驗(yàn)?zāi)康摹⒉襟E、參考電路,使學(xué)生在這類試驗(yàn)中完成對已學(xué)知識的鞏固。例如每次實(shí)驗(yàn)課之前都要求學(xué)生必須把教材認(rèn)真領(lǐng)會,對程序的每一條命令執(zhí)行結(jié)果作出預(yù)測,寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上,實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行對比。比如并行接口8255的驗(yàn)證性的基礎(chǔ)類的實(shí)驗(yàn);定時(shí)計(jì)數(shù)器8253驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn);中斷控制器8259的驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn);串行接口8251的驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。在整個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)比例占30%,主要目的是對基本知識的鞏固。
3.2 在完成基本的試驗(yàn)后,引入設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)
匯編語言程序設(shè)計(jì)是微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)的重要部分。對簡單的程序設(shè)計(jì),老師給出試驗(yàn)?zāi)康摹⒁螅瑢W(xué)生自己動手編寫程序,難度大的老師一塊和學(xué)生討論,參與。設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)的題目必須緊密地結(jié)合理論教學(xué)的內(nèi)容和進(jìn)度,設(shè)計(jì)上有一定的伸縮性。設(shè)計(jì)的目的視為了培養(yǎng)學(xué)生的靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。比如利用8255控制鍵盤和數(shù)碼管得顯示電路;在最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)0809及0832A/D和D/A電路;通過8255A和8251A實(shí)現(xiàn)紅綠得個(gè)簡單試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程中,增加元器件的基本常識。為了讓學(xué)生容易下手,設(shè)計(jì)好比較詳細(xì)的電路圖。
例如利用8255A 來實(shí)現(xiàn)紅燈、綠燈、黃燈的交替顯示。中間時(shí)間可以通過8251A控制,在此以可以通過軟件延遲實(shí)現(xiàn)時(shí)間的控制。
START: MOV AL, 80HA口輸出,PA0接紅燈,PA1接綠燈,PA2接黃燈
OUT ADDC,AL ADDC 代表控制端口的地址
MOV AL,01HPA0輸出為1
OUT ADDA,AL ADDA 代表A口的地址,是紅燈亮
MOV CX,500
CALL DELEY調(diào)用延時(shí),是紅燈持續(xù)亮
MOV AL,02HPA1輸出為1
OUT ADDA,AL 此時(shí)綠燈亮
MOV CX,500
CALL DELEY調(diào)用延時(shí),是綠燈持續(xù)亮
MOV AL,04HPA2輸出為1
OUT ADDA,AL 此時(shí)黃燈亮
MOV CX,10
CALL DELEY
JMP START
DELEY: LOOP DELEY
RETURN
3.3 綜合類的實(shí)驗(yàn)的目的是要將學(xué)過的主要功能部件有機(jī)的組合起來,形成一個(gè)具有一定意義的整體,使學(xué)生掌握微機(jī)系統(tǒng)整合的基本方法。為此我們針對實(shí)驗(yàn)室提供的功能部件,設(shè)計(jì)了綜合性的題目。我們只給試驗(yàn)?zāi)康模瑢W(xué)生根據(jù)所掌握的知識通過不同的方法,不同的途徑來完成實(shí)驗(yàn)。在綜合類試驗(yàn)中充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力,激發(fā)學(xué)生勇于創(chuàng)新的意識。我們設(shè)計(jì)綜合性的實(shí)驗(yàn)題目,例如綜合類的題目--溫度監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是對溫度進(jìn)行控制,系統(tǒng)利用單板機(jī)為下位機(jī),PC為上位機(jī),采用模數(shù)轉(zhuǎn)換接口A/D,實(shí)現(xiàn)溫度的采集,對8路溫度進(jìn)行自動循環(huán)監(jiān)控,如果溫度超過某范圍,相應(yīng)的指示燈亮。該題目把實(shí)驗(yàn)中用到的芯片組裝起來,形成一個(gè)數(shù)據(jù)采集和處理的系統(tǒng)。
4 開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境
逐步建立開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,包括教學(xué)的時(shí)間的開放;教學(xué)內(nèi)容開放;實(shí)驗(yàn)元器件開放等。傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)J较拢瑢W(xué)生被老師限制在多個(gè)限定的條件下,不能發(fā)揮自己的才能和創(chuàng)造性。我們允許學(xué)生結(jié)合課程學(xué)習(xí)和自己的時(shí)間安排,根據(jù)自己的興趣提出試驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案或?qū)嶒?yàn)構(gòu)想,并可在一個(gè)較寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中來完成。教師積極鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出自己的實(shí)驗(yàn)思路和構(gòu)想,盡力創(chuàng)造條件引導(dǎo)和支持他們開展有意義的實(shí)驗(yàn)研究。對于創(chuàng)作性的學(xué)生和實(shí)驗(yàn)成果給與獎勵(lì)。所以設(shè)置這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件,有利于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識和創(chuàng)造能力。
5 結(jié)束語
實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革之后,在實(shí)際的教學(xué)中取得了一些成果。在05屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,有很多同學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的,并且取得優(yōu)異的成績。其他年級學(xué)生利用課外活動,依托實(shí)驗(yàn)室開展了豐富的課外活動。并且取得了豐碩的成果。并且多個(gè)學(xué)生參加全國電子設(shè)計(jì)大賽獲獎。目前,微機(jī)實(shí)驗(yàn)室由單一的教學(xué)功能向著教學(xué)、科研和實(shí)踐基地的綜合性發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
中圖分類號:P315.69 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)24-0193-03
一、概述
公共課《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是面向高等院校工科學(xué)生開設(shè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)核心課程之一,是培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與本專業(yè)技術(shù)相結(jié)合,解決實(shí)際工程問題的重要課程。《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程內(nèi)容龐雜,對先修知識要求較多,軟硬件內(nèi)容結(jié)合緊密,學(xué)習(xí)難度大,因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要。但實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足。機(jī)電類專業(yè)學(xué)生要求通過本課程的學(xué)習(xí),了解微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)基本組成、工作原理,掌握接口電路的基本設(shè)計(jì)方法,具備使用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的能力,學(xué)會通過軟件控制硬件的方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對本課程的教學(xué)效果、檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力具有重要作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)度對實(shí)現(xiàn)本課程的教學(xué)目標(biāo)非常重要。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)公共課普遍存在開課學(xué)生人數(shù)多,教師與實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對少,實(shí)驗(yàn)課排課困難,學(xué)生實(shí)驗(yàn)不方便等問題。基于校園網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺對解決這些問題、,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率提供了新方向,網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)奠定了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ),虛擬軟件等新技術(shù)加快了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的步伐。基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺具有以下特點(diǎn)。
1.學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)課程受到的時(shí)間、空間上的制約減小,可隨時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)登錄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室的開放程度、使用效率大為提高,實(shí)驗(yàn)資源配置更靈活。
2.提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的完好率。學(xué)生直接對設(shè)備的操作減少了,在實(shí)驗(yàn)過程中對設(shè)備的損壞幾率降低,人員和設(shè)備的安全性提高。在實(shí)驗(yàn)中軟件的作用增加,使設(shè)備更新,尤其是大量同類設(shè)備的更新成本降低。
3.實(shí)驗(yàn)更方便。學(xué)生直接面對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)過程,會提高學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的積極性。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)驗(yàn)平臺使做實(shí)驗(yàn)更方便,而且平臺本身就是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的重要工具。
4.實(shí)驗(yàn)課教師的工作效率提高。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)驗(yàn)平臺使教師可以通過網(wǎng)絡(luò)交互指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程、解答問題及處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告等工作。
5.網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境是虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)是通過音視頻獲得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在實(shí)環(huán)境中做實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)際感觀、體驗(yàn)及對元器件及人身安全注意事項(xiàng),在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中學(xué)生同樣能感受到。教師面對面指導(dǎo)的“身教”缺失,通過網(wǎng)絡(luò)交互彌補(bǔ)。
6.遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)管理上既提供了方便的條件,同時(shí)也增加了新的問題。如實(shí)驗(yàn)過程及提交的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性,實(shí)驗(yàn)環(huán)境的公平性(網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器、軟件等),實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間限制等問題,也是必須考慮的。根據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的這些特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,一方面積極開發(fā)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺,充分利用遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),解決學(xué)生人數(shù)多、對實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室需求量大、提高實(shí)驗(yàn)資源使用效率等問題,同時(shí)采用遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方式,避免或降低不利因素。學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)中必須有一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)室完成。
二、平臺基本結(jié)構(gòu)
《微機(jī)原理與接口技術(shù)》遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)如圖1。其中,遠(yuǎn)程用戶端包括學(xué)生用戶和輔導(dǎo)教師用戶,通過校園網(wǎng)連接到實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器;實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺及用戶的管理;實(shí)驗(yàn)臺由一臺微機(jī)與“偉福Lab8000仿真實(shí)驗(yàn)臺”構(gòu)成,它是完成實(shí)驗(yàn)的實(shí)體。按實(shí)驗(yàn)要求,在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前必須按照標(biāo)準(zhǔn)配置接好“偉福Lab8000仿真實(shí)驗(yàn)臺”的硬件連線。
三、軟件結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)
整個(gè)系統(tǒng)的軟件,包括客戶端軟件、實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器軟件及實(shí)驗(yàn)臺軟件等部分。根據(jù)功能需求,客戶端軟件包括登陸選擇實(shí)驗(yàn)臺及管理軟件,與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的交互支持軟件,“偉福Lab8000仿真實(shí)驗(yàn)臺”實(shí)驗(yàn)及調(diào)試軟件。實(shí)驗(yàn)臺安裝一般單機(jī)實(shí)驗(yàn)的所有軟件,可支持本地的單機(jī)實(shí)驗(yàn)。為支持遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)需增加相應(yīng)軟件并聯(lián)網(wǎng),并通過實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器連接到校園網(wǎng)絡(luò)上。軟件結(jié)構(gòu)如圖2。其中,實(shí)驗(yàn)控制程序編輯編譯,程序下載及系統(tǒng)狀態(tài)上傳,控制執(zhí)行及調(diào)試與單機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)是一樣的。上面兩層完成遠(yuǎn)程訪問的支持。
實(shí)驗(yàn)時(shí)首先登錄實(shí)驗(yàn)室并選定實(shí)驗(yàn)臺。對于單機(jī)環(huán)境下不需硬件仿真器的實(shí)驗(yàn),可直接在本地完成,只需通過網(wǎng)絡(luò)獲得實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對需要硬件環(huán)境的實(shí)驗(yàn),在客戶機(jī)上有一個(gè)顯示“偉福Lab8000仿真實(shí)驗(yàn)臺”實(shí)物的虛擬設(shè)備,可以在其上進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的硬件接線(如同實(shí)際使用仿真臺的過程一樣),;學(xué)生給出的連接狀態(tài)被記錄,然后將記錄發(fā)往遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)臺接到客戶端連線狀態(tài)表后,進(jìn)行連線映像轉(zhuǎn)換,以使得硬件系統(tǒng)表現(xiàn)出的狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)者設(shè)計(jì)的狀態(tài)一致。對于只有一種連接方式的實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)臺已按此鏈接),如果用戶發(fā)來的連線表正確,則進(jìn)行后續(xù)的軟件調(diào)試及運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。如果不正確則反饋硬件連接錯(cuò)誤信息,提示用戶重新設(shè)計(jì)硬件,如“D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)”。一旦建立了正確的硬件連接,客戶端就可以發(fā)送軟件直接控制仿真實(shí)驗(yàn)臺運(yùn)行,運(yùn)行結(jié)果可以通過實(shí)時(shí)圖像反饋給用戶。對于可能出現(xiàn)的多種硬件連接的實(shí)驗(yàn),或需要實(shí)驗(yàn)幾種不同硬件連接的情況,在實(shí)驗(yàn)臺服務(wù)器端接到客戶端發(fā)來的連接關(guān)系后,把這些連接與實(shí)驗(yàn)臺實(shí)際連接進(jìn)行對比,并產(chǎn)生能出現(xiàn)客戶端定義的連接效果的映像關(guān)系,軟件運(yùn)行時(shí)按照這個(gè)映像關(guān)系控制實(shí)驗(yàn)臺。如“步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”,用8255控制的標(biāo)準(zhǔn)硬件連線接法如圖3。如果遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)客戶端給出的連接關(guān)系為表1,并按此編程,則在實(shí)驗(yàn)臺服務(wù)器端收到這個(gè)表后,做表2所示的變換。按照這個(gè)關(guān)系,用服務(wù)器端引腳名字替換客戶端相應(yīng)引腳,編譯連接后下載運(yùn)行。
為了方便在實(shí)驗(yàn)臺服務(wù)器端完成這個(gè)替換,客戶端編程要求在頭文件中定義硬件連接關(guān)系(C語言),或使用等值定義語句在程序頭部分定義連接關(guān)系,如:
A EQU PA.i
B EQU Pa.j
C EQU PA.k
D EQU PA.l
按照以上處理后,如果客戶端的硬件連接與軟件程序相對應(yīng)并正確的話,就可以得到預(yù)估的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場現(xiàn)象可以通過視頻反饋到客戶端。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的結(jié)果評測采用兩種方式,一是在遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)客戶認(rèn)為完成實(shí)驗(yàn)時(shí),向?qū)嶒?yàn)室指導(dǎo)教師發(fā)送請求,指導(dǎo)教師可以到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺在線觀測現(xiàn)象,并記錄,與提交的報(bào)告一起作為實(shí)驗(yàn)評測依據(jù)。另一方式是提交報(bào)告中包含實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象視頻記錄,提交后教師可以離線根據(jù)提交的材料評測實(shí)驗(yàn)成績。至于實(shí)驗(yàn)過程的指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交及管理、通信層功能等與一般網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)相同,采用相同的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn),不再贅述。
四、總結(jié)
根據(jù)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》公共課實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的特點(diǎn),利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺提供的通信及遠(yuǎn)程訪問功能,構(gòu)建可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的平臺,對于解決《微機(jī)原理與接口技術(shù)》公共課實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的一些問題、提高教學(xué)效率是一個(gè)有效手段。本文提出了一個(gè)基于遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)技術(shù)的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,設(shè)計(jì)了一個(gè)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺,給出了平臺的軟硬件基本結(jié)構(gòu),及對于硬件接口實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)。對遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了一個(gè)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)際教學(xué)方法,對實(shí)驗(yàn)評測的方法進(jìn)行了探討。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及物理實(shí)驗(yàn)平臺性能的提高,遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也越來越完善。《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是軟硬件結(jié)合,遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)中硬件部分實(shí)驗(yàn)是較難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的。在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)技術(shù)中,如何提高硬件有關(guān)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)效果,是進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)平臺性能的關(guān)鍵。
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實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種教學(xué)手段,能給我們帶來真實(shí)的實(shí)用環(huán)境,微計(jì)算機(jī)技術(shù)是理論性很強(qiáng)的課程,尤其需要這樣的輔助教學(xué)手段讓學(xué)生有更直觀的認(rèn)識。
1.微計(jì)算機(jī)技術(shù)教學(xué)中的突出問題[1]
微計(jì)算機(jī)技術(shù)是電子信息類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程,包含兩大部分內(nèi)容:匯編語言與接口技術(shù),這兩部分內(nèi)容都是難啃的骨頭,匯編語言的難點(diǎn)在于它和硬件的無限貼近,很多有高級語言學(xué)習(xí)背景的人將其視為“用牙簽吃飯”,學(xué)習(xí)起來覺得步伐太慢,成效太低,更大的教學(xué)問題是很多學(xué)生的“無用論”,學(xué)了用處不大,很費(fèi)力氣;接口的難點(diǎn)在于軟件學(xué)習(xí)背景的同學(xué)在硬件的芯片理解很難深入,對各種芯片的工作特性從認(rèn)識到掌握的過程顯得很費(fèi)力,各個(gè)芯片的協(xié)同工作也很難應(yīng)用靈活,所以實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在這樣的背景下,就顯得尤為重要,我們將實(shí)驗(yàn)的設(shè)置越是趨于合理,學(xué)生才能在理論和應(yīng)用的環(huán)節(jié)少走彎路,才能真正達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。
2.在實(shí)驗(yàn)中解決突出問題
2.1 合理的設(shè)置實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)是一種有效的教學(xué)手段,絕對不能定位在一個(gè)教學(xué)任務(wù)的層面,在教育思想上,實(shí)驗(yàn)設(shè)置需要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,使實(shí)驗(yàn)成為教學(xué)內(nèi)容的載體,應(yīng)該體現(xiàn)思維方法和認(rèn)知過程;在體系上,要建立較為完整的體系,突出各部分之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)設(shè)置最好有一定的相關(guān)性,各個(gè)實(shí)驗(yàn)不孤立存在,比如在做定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)里最好用上并行接口芯片;增加實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性,除了嚴(yán)格完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),需要給一部分開放性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力和素質(zhì),其實(shí)每個(gè)教育者都很清楚,這種能力才是大學(xué)階段最應(yīng)該培養(yǎng)的。為了滿足如上的要求,可以對課程做合理的調(diào)整,比如增加實(shí)驗(yàn)課時(shí),調(diào)整現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)順序,盡早的開展實(shí)驗(yàn),由課程組的幾個(gè)老師分管各個(gè)實(shí)驗(yàn)等,只要對授課有幫助的調(diào)整都可以嘗試。
2.2 注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)
實(shí)驗(yàn)從時(shí)間上分有三個(gè)環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后,為了取得較好的實(shí)驗(yàn)效果,實(shí)驗(yàn)中“充分”調(diào)動學(xué)生的積極性,需要在實(shí)驗(yàn)前做一些輔助工作,提前布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,給學(xué)生足夠的時(shí)間思考并能提出有針對性的問題,為實(shí)驗(yàn)過程的互動做好準(zhǔn)備,同時(shí)讓同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)有明確定位,實(shí)驗(yàn)是借助實(shí)驗(yàn)設(shè)備驗(yàn)證我們的想法,首先必須有想法,否則設(shè)備對你來說和一堆廢品沒有兩樣,實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備就尤為重要,有能力的同學(xué)可以事先制定實(shí)驗(yàn)方案。對于在實(shí)驗(yàn)前作了充分準(zhǔn)備的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中一定是會有較大收獲的,實(shí)驗(yàn)是在“做”中學(xué),如果順利,說明我們把本次實(shí)驗(yàn)需要的知識理解的較為透徹,這一類學(xué)生可以從合作走向真正的獨(dú)立,大多數(shù)同學(xué)實(shí)驗(yàn)不會很順利,這里面有兩種情況,一是沒準(zhǔn)備或者準(zhǔn)備不充分的,還有一類是以前有“欠債”的同學(xué),這一類同學(xué)應(yīng)該正確應(yīng)對實(shí)驗(yàn)中遇到的問題,首先不要因?yàn)闆]做好,自信心就受到極大傷害,要將問題作為實(shí)驗(yàn)給我們帶來的附加收獲,一般來講,實(shí)驗(yàn)的設(shè)置都是循序漸進(jìn)的,很多問題可以反映你對其他知識環(huán)節(jié)的熟練程度,哪里出了問題修補(bǔ)哪里。實(shí)驗(yàn)后需要做的事情是認(rèn)真梳理在本次實(shí)驗(yàn)過程中的思路,總結(jié)收獲,將其寫成完整的報(bào)告,很多同學(xué)不重視寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,經(jīng)常將實(shí)驗(yàn)大綱按部就班的抄到報(bào)告上,很多同學(xué)不清楚,寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對所學(xué)知識清楚表達(dá)的有效途徑,還有的同學(xué)將實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫成“感想”、“散文”,思路不清晰、用詞不準(zhǔn)確的情況隨處可見,應(yīng)該讓學(xué)生在本科階段學(xué)會寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告,加強(qiáng)這種基本素質(zhì)的鍛煉。
2.3 實(shí)驗(yàn)的形式多樣化
2.3.1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)
學(xué)習(xí)微計(jì)算機(jī)技術(shù)這門課程難度大,很重要的原因匯編語言和芯片本身需要記憶的知識比較多,從認(rèn)識到掌握有很大的一個(gè)跨度,在理論講授階段,教師除了對基本知識進(jìn)行介紹,更要對重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行有效梳理,比如匯編語言中的尋址方式,各種尋址方式僅僅是一種記錄形式,這種形式是告知編譯環(huán)境存取數(shù)據(jù)的規(guī)則,所有人都遵守同樣的規(guī)則,操作對象才可以在cpu和存儲器之間來去自如,種類多是因?yàn)閷?shí)際問題里有這么多種數(shù)據(jù)類型需要處理,尋址方式重要是因?yàn)槲覀冸S時(shí)隨地的要使用它,猶如我們在高級語言中要隨時(shí)隨地使用數(shù)據(jù)類型一樣,我們需要對其進(jìn)行較為深入的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),設(shè)置場景,選用不同的尋址方式,處理相同的問題,讓學(xué)生深刻領(lǐng)會各種尋址的作用[2]。
2.3.2 開放性實(shí)驗(yàn)
對于一些看似容易懂,但實(shí)際能達(dá)到靈活應(yīng)用的水平還差很遠(yuǎn)的環(huán)節(jié),開展開放性實(shí)驗(yàn)是很有必要的,教師只給基本要求和實(shí)驗(yàn)設(shè)備,讓學(xué)生自行分組、自己制定實(shí)驗(yàn)方案并且寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,當(dāng)然這個(gè)過程序需要教師協(xié)助,這個(gè)過程其實(shí)對學(xué)生來說相當(dāng)復(fù)雜,開展初期也相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間,但對于二三年級的學(xué)生來說,是一個(gè)絕佳的鍛煉機(jī)會。
以并行接口8255為例,芯片本身結(jié)構(gòu)簡單,8255的初始化程序設(shè)計(jì)也不難,很多同學(xué)覺得學(xué)習(xí)起來不會像8259那樣吃力,但是真正能靈活應(yīng)用還有很長的路,比如鐵路遠(yuǎn)程自動供水系統(tǒng)、植物恒溫控制系統(tǒng)等[3]應(yīng)用需要并行接口,多路搶答器,音樂程序也都需要并行接口,所以簡單的驗(yàn)證性試驗(yàn)過后,有必要給學(xué)生提供更大的空間去認(rèn)識這個(gè)接口。
學(xué)生在這個(gè)過程里要查閱資料,查閱資料我們提倡“就近原則”,即先從能看懂的開始,和自己的知識對接,這也是自主學(xué)習(xí)模式所提倡的,學(xué)習(xí)者只有按照一種與自我概念相吻合的學(xué)習(xí)模式,才能稱之為意義學(xué)習(xí)[4]。準(zhǔn)備相當(dāng)充分的資料基礎(chǔ)上,制定解決方案,這個(gè)過程可以合作完成,合作前提的學(xué)習(xí)會讓學(xué)習(xí)者舒緩壓力、建立自信、通過合作正確評價(jià)自我,從而走向真正的獨(dú)立。最后是實(shí)驗(yàn)的實(shí)施,詳盡記錄實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果,對遇到的問題能解釋或解決,書寫完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
3.總結(jié)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然是一種教學(xué)手段,但這種輔助作用存在很大的伸縮性,如果實(shí)驗(yàn)設(shè)置合理,環(huán)節(jié)安排得當(dāng),形式符合認(rèn)知規(guī)律,實(shí)驗(yàn)的作用不可替代,但是這個(gè)過程也需要教師付出很多心血,對教師的工作提出更高要求,對師生雙方都是自我建設(shè)和提高的過程,所以值得深入研究和努力探索。
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1引言
《計(jì)算機(jī)接口技術(shù)》課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)主干課程,是大學(xué)本科生掌握計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識和常用接口技術(shù)的入門課程[1]。課程由微型計(jì)算機(jī)工作原理和微處理器、匯編語言程序設(shè)計(jì)、常用接口技術(shù)三個(gè)部分組成。該課程目的使學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí),掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成,建立起整機(jī)概念,并培養(yǎng)學(xué)生具有一定的獨(dú)立分析和解決問題的能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及將來的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但由于本門課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,并且具有知識點(diǎn)多、概念抽象、理論性強(qiáng)等特點(diǎn),學(xué)生掌握起來并非易事,就以往學(xué)生的反應(yīng),此門課程學(xué)習(xí)難度大,知識不易理解,普遍存在“重軟件、輕硬件”的現(xiàn)象,大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)也受到很大的限制,如何能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,是需要解決的問題,筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中進(jìn)行了一些教學(xué)改革的初步探索。
2引用
proteus仿真軟件Proteus嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺是英國labcenterelec⁃tronics公司開發(fā),是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺。它包括原理圖編輯與仿真軟件包isis和布線編輯軟件包ares兩部分組成。Proteus7.5SP3及其以上版本新增對8086CPU及其相關(guān)接口芯片的仿真。硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備由于結(jié)構(gòu)固定、資源有限且成本高、損耗大以及壽命低等缺點(diǎn),pro⁃teus的引用對于改善教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識的求知欲,以及學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)效果,是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,此外,學(xué)生只要在自己的電腦上安裝proteus軟件后,可以不受時(shí)間和空間的限制,進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真操作,既節(jié)約了成本,又能充分發(fā)揮學(xué)生自己的思維和想象,對實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說是一個(gè)課堂的延伸[2]。對于8086來說,將其編寫好的源程序可通過外加EMU8086編譯器生成.exe文件,然后在proteus上進(jìn)行仿真,達(dá)到教學(xué)目的。Proteus的引用不僅可在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上使用,也可在理論教學(xué)中使用,教師可以在課堂上邊講理論知識,邊進(jìn)行教學(xué)演示,直觀形象,使學(xué)生對生澀難懂的知識進(jìn)行有效的消化、吸收,是教學(xué)的有力的輔助工具。實(shí)踐證明,引用proteus,達(dá)到了提高教學(xué)效果的目的,更加利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。Proteus是教學(xué)的一個(gè)有利的補(bǔ)充,但它只是一個(gè)仿真軟件,不能完全代替實(shí)物實(shí)踐,仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)箱上的實(shí)驗(yàn)還是有區(qū)別的,由于實(shí)際電路運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)的各種電氣特性等,使在proteus上調(diào)通的,在硬件上不一定能夠成功的實(shí)現(xiàn),基于以上認(rèn)知,采取proteus仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)。要求學(xué)生先課下通過proteus軟件進(jìn)行仿真,模擬實(shí)驗(yàn)效果,再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際硬件電路的操作,查看實(shí)驗(yàn)效果,這種教學(xué)搭配,充分利用proteus仿真軟件的形象直觀性,增強(qiáng)學(xué)生好奇心,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。
3課時(shí)安排
計(jì)算機(jī)接口技術(shù)課程主要分為微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)三大模塊,共64學(xué)時(shí),為兼顧各個(gè)模塊之間的承上啟下以及知識的連續(xù)性,主要分配學(xué)時(shí)如下表1:微機(jī)原理主要講授微機(jī)基本知識,如微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微機(jī)系統(tǒng)的概念以及微機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理、時(shí)序知識、指令系統(tǒng)等,匯編語言程序設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容有匯編語言源程序的格式、變量屬性、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和子程序設(shè)計(jì),接口技術(shù)涉及內(nèi)容有存儲器、輸入輸出接口、常用I/O接口芯片等。實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)課程中起著重要作用,通過實(shí)踐,對理論知識進(jìn)行消化和理解,同時(shí)學(xué)生的動手能力能夠得到很好的鍛煉,培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力,做到理論與實(shí)踐有效的結(jié)合,實(shí)踐教學(xué)總學(xué)時(shí)16學(xué)時(shí),具體分配如下表2,其中匯編語言程序設(shè)計(jì)部分安排4學(xué)時(shí),由于此部分上機(jī)實(shí)踐只需計(jì)算機(jī)即可,不需其他硬件,學(xué)生在課上學(xué)習(xí)好程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法后,可以利用課下時(shí)間在圖書館或宿舍完成作業(yè)和上機(jī)實(shí)踐,節(jié)約課上學(xué)時(shí),為其他內(nèi)容的講授提供充足的時(shí)間。接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)共分為6次實(shí)驗(yàn),分別為proteus的使用、8259中斷控制器、8255并行接口芯片、8253定時(shí)計(jì)數(shù)器以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換。每次實(shí)驗(yàn)安排2學(xué)時(shí),要求學(xué)生課下提前預(yù)習(xí),為下次實(shí)驗(yàn)做充分的準(zhǔn)備,保證每次實(shí)驗(yàn)順利地進(jìn)行,完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。其中proteus的使用這一實(shí)驗(yàn)安排1次,是因?yàn)樵诒鹃T課程學(xué)習(xí)之先,學(xué)生已學(xué)習(xí)過《電路制圖與仿真》這門課程,此門課程主要介紹proteus軟件的使用,因此在proteus的實(shí)驗(yàn)主要介紹EMU8086編譯器的使用,學(xué)會使用proteus進(jìn)行8086的仿真。常用接口芯片部分的5次實(shí)驗(yàn)均設(shè)置了基本實(shí)驗(yàn)部分和提高部分兩個(gè)層次,其中基本部分要求每一個(gè)學(xué)生必須完成,按照電路原理圖進(jìn)行連線,編寫實(shí)驗(yàn)程序,完成實(shí)驗(yàn)效果。提高部分要求學(xué)生在完成基本部分后,有余力的學(xué)生可對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)并編寫相應(yīng)的程序改善接口的性能。每一個(gè)層次的實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場演示。
4實(shí)驗(yàn)考核
實(shí)驗(yàn)評分標(biāo)準(zhǔn)分為實(shí)驗(yàn)操作部分、現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)部分組成。學(xué)生抽簽決定實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容,并進(jìn)行現(xiàn)場演示,教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程、結(jié)果以及對現(xiàn)場的提問回答情況等形式進(jìn)行現(xiàn)場評分,以激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性,達(dá)到教學(xué)目的。實(shí)驗(yàn)操作部分占實(shí)驗(yàn)總成績的比例為50%,現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)所占比例為30%,實(shí)驗(yàn)報(bào)告占20%,其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生重點(diǎn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)過程中遇到什么問題,以及解決此問題的思路和方法以及實(shí)驗(yàn)的心得體會,避免抄襲和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式化。
5充分利用多媒體
在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,充分利用多媒體,提升教學(xué)效果。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情,對于在實(shí)驗(yàn)過程中難懂的知識點(diǎn),可以采用動畫進(jìn)行直觀形象的演示,使學(xué)生更加能夠領(lǐng)會實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和目的,便于理解和記憶。
6結(jié)論
《計(jì)算機(jī)接口技術(shù)》是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程,對于此門課程的教學(xué)也是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和探索的過程。對于本門課程的改革實(shí)踐,實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有了很大改善,學(xué)生主動性、學(xué)習(xí)熱情有所提高。此課程是一門公認(rèn)的教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程[3]。隨著時(shí)代的發(fā)展,計(jì)算機(jī)接口技術(shù)課程也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn),需要不斷完善教學(xué)體系,更新教學(xué)內(nèi)容,尋求新的教學(xué)方法,提高教學(xué)效果,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,提高學(xué)生的綜合能力、科學(xué)素質(zhì),為社會培養(yǎng)更多高素質(zhì)的復(fù)合型人才。本課程的改革是一項(xiàng)長期艱巨的任務(wù),需要不斷探索和完善。
作者:鄢艷紅 單位:廣州中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院
參考文獻(xiàn):
《微機(jī)原理與接口》是我院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程、電氣工程、機(jī)械電子工程等多個(gè)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,它是一門實(shí)用性和動手性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)硬件類課程。在以往的教學(xué)中,微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師講課為主,學(xué)生以驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)為主,無法提高學(xué)生在該課程實(shí)驗(yàn)的積極性和創(chuàng)造性,造成學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維能力下降。
我院結(jié)合自身的實(shí)際情況,對微機(jī)原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革,逐漸探索并總結(jié)出了一種獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及手段,并取得了良好的效果。
1.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)
《微機(jī)原理與接口》課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課,設(shè)置本課程的目的是使學(xué)生從理論和實(shí)踐上掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)、工作原理及典型接口技術(shù),建立微機(jī)系統(tǒng)整體概念,使學(xué)生具有運(yùn)用現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)進(jìn)行軟、硬件開發(fā)的初步能力。精心選擇和更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,本著將驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的原則編寫實(shí)驗(yàn)教材。我校根據(jù)各專業(yè)的特點(diǎn)和理論教學(xué)的情況,將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成3個(gè)層次。
(1)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
緊跟理論教學(xué)進(jìn)程,以單元實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)軟硬件工作原理及常用接口芯片的功能和使用方法。在內(nèi)容上主要安排了一些驗(yàn)證性和簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。比如流水燈顯示實(shí)驗(yàn),通過對8255A芯片實(shí)現(xiàn)LED燈的流水顯示,從而使學(xué)生了解和掌握8255A芯片的編程方法。在此基礎(chǔ)上,可讓學(xué)生進(jìn)一步設(shè)計(jì)一些簡單的功能,如8255A芯片的選通輸入/輸出方式及雙向輸入/輸出方式操作,從而鞏固學(xué)生對8255A芯片的理解。其它還有接口電路譯碼、中斷、串行接口、A/D和D/A轉(zhuǎn)換等實(shí)驗(yàn),通過這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),學(xué)生加深了對所學(xué)知識的理解。
(2)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
在較好地完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指教師給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)要求,讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和編寫程序,并最終實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。比如在學(xué)生完成8255A并行接口實(shí)驗(yàn)和8259A中斷控制器實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)通過中斷來控制8255A的輸入和輸出。要實(shí)現(xiàn)這樣的功能必須將8255A并行接口芯片和8259A中斷控制器芯片組合使用,讓學(xué)生自行搭建線路并編寫相應(yīng)的程序。這樣既能鞏固學(xué)生前面所學(xué)的知識,又可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。
(3)綜合性實(shí)驗(yàn)
綜合性實(shí)驗(yàn)的目的是要將學(xué)生學(xué)過的主要功能部件有機(jī)地結(jié)合起來,形成一個(gè)有意義的整體,使學(xué)生掌握微機(jī)系統(tǒng)整合的基本方法。該類實(shí)驗(yàn)一般較復(fù)雜,也比較難實(shí)現(xiàn),因此我院將該類實(shí)驗(yàn)安排在課程設(shè)計(jì)階段。綜合性實(shí)驗(yàn)是由教師給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢W(xué)生根據(jù)所掌握的知識,通過不同的方法和不同的途徑來完成實(shí)驗(yàn)。例如溫度監(jiān)控系統(tǒng)、交通燈控制系統(tǒng)等。通過這類綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴沟脤W(xué)生對微機(jī)原理與接口這門課程有一個(gè)全新的認(rèn)識。
在綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生必須運(yùn)用自己掌握的知識進(jìn)行分析和探討,學(xué)習(xí)主動、目的明確,通過不同的途徑和方法來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模欣趧?chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2.教學(xué)方法的改革
實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)與指導(dǎo)方法也要相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大體上都是“課堂預(yù)習(xí)―課堂實(shí)驗(yàn)―課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的模式,在這樣的模式中教師始終處于主導(dǎo)地位,學(xué)生總是按教師的指導(dǎo)或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書走,機(jī)械地照搬實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的連線圖和程序,這樣無法發(fā)揮學(xué)生的想象力和主觀能動性。
本人的實(shí)際教學(xué)中,采用了“精講―示例―設(shè)問―點(diǎn)撥”的教學(xué)方法,發(fā)現(xiàn)效果良好。精講就是在實(shí)驗(yàn)前教師要充分給學(xué)生講清楚實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識,讓學(xué)生心中有數(shù);示例就是針對實(shí)驗(yàn)問題引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)該怎么走,盡量減少走彎路的現(xiàn)象;設(shè)問就是要引導(dǎo)學(xué)生提出問題、分析問題,最終解決問題,增強(qiáng)學(xué)生的好奇心;點(diǎn)撥就是針對不同的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中提出的問題及暴露的問題,給出必要的提示。這四個(gè)環(huán)節(jié)是緊密相連的,它改變了原來學(xué)生完成任務(wù)了事的被動模式,通過系統(tǒng)而有計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)了學(xué)生的原創(chuàng)力。
3.提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,提高實(shí)驗(yàn)效率
提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成功的保證。我院于2007年購買了西安唐都科教儀器有限公司的TD-PITC32位微機(jī)原理與接口教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)40套,它是基于PCI總線擴(kuò)展的32位微機(jī)原理與接口教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過PCI總線擴(kuò)展卡將32位PCI擴(kuò)展總線連接到實(shí)驗(yàn)平臺上,通過邏輯電路轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)32位系統(tǒng)總線,可以完成32位微機(jī)原理、32位微機(jī)接口技術(shù)、PCI總線技術(shù)與Windows下驅(qū)動程序開發(fā)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在具體開展實(shí)驗(yàn)課時(shí),我院實(shí)行小班制,即40人為一班,保證每人一臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備。良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境既增加了學(xué)生鍛煉的機(jī)會,同時(shí)也培養(yǎng)了他們獨(dú)立解決問題的能力。
4.改進(jìn)考核方式,調(diào)動學(xué)生積極性
考核方式是教學(xué)過程中一個(gè)重要輔助手段,發(fā)揮考核方式的導(dǎo)向和監(jiān)督作用是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利進(jìn)行的有力保證。為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性,讓學(xué)生重視微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)課,我院將考核方式作了相應(yīng)改進(jìn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,由指導(dǎo)教師對學(xué)生進(jìn)行全面考核,按5分制(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評定成績。評分依據(jù)包括以下幾個(gè)方面:
(1)平時(shí)成績。包括平時(shí)考勤、遵守紀(jì)律、學(xué)習(xí)中的工作態(tài)度、預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)程序的編寫情況、提問、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成等。
(2)考試成績。包括完成依次隨機(jī)抽取的實(shí)驗(yàn)的操作能力、完成能力、完成結(jié)果及總結(jié)報(bào)告等。
(3)實(shí)驗(yàn)總成績。70%平時(shí)成績+30%實(shí)驗(yàn)考試成績。
其他注意事項(xiàng):教師要把關(guān),確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)是由實(shí)驗(yàn)者做出的。對弄虛作假者給予不及格的成績。
5.提供開放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,增加學(xué)生實(shí)踐機(jī)會
良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不僅要滿足課內(nèi)教學(xué)的需要,還要為一些優(yōu)等生進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供方便。因此,我院實(shí)行開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,每周實(shí)驗(yàn)室開放3天,并且配備專業(yè)教師值班。建立開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,包括教學(xué)時(shí)間開放、教學(xué)內(nèi)容開放、實(shí)驗(yàn)元器件開放。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下,學(xué)生被教師限制在多個(gè)限定條件下,不能發(fā)揮自己的才能和創(chuàng)造性。我院允許學(xué)生結(jié)合課程學(xué)習(xí)和自己的時(shí)間安排,根據(jù)自己的興趣提出實(shí)驗(yàn)題目和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,并可在一個(gè)較寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成。教師積極鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出自己的思路和實(shí)驗(yàn)構(gòu)想,盡力創(chuàng)造條件引導(dǎo)和支持他們開展有意義的實(shí)驗(yàn)研究,對于學(xué)生創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)成果給予獎勵(lì)。設(shè)置這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件,有利于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識和創(chuàng)造能力。
6.結(jié)語
高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,掌握科學(xué)的方法和培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度至關(guān)重要。只有不斷總結(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境,探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方法,提高自身業(yè)務(wù)素質(zhì)與管理水平,才能培養(yǎng)出滿足社會需求的高素質(zhì)的人才來。
參考文獻(xiàn):
[1]張紅云.微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007.6.
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1.生源基礎(chǔ)不同。高職院校不同于其他類型的高校,它的生源由兩部分組成,即普通高中學(xué)生和職業(yè)高中學(xué)生,由于課程安排,教學(xué)重點(diǎn)的差異,計(jì)算機(jī)課的基礎(chǔ)相差比較大,特別是普高學(xué)生在高中階段沒有接受過《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程的教育,而職業(yè)高中階段計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了微機(jī)原理的基礎(chǔ)課程。在教學(xué)中,有同學(xué)反映,有些內(nèi)容沒有聽懂就講過去了,而有的同學(xué)卻說這部分在職高學(xué)過,可以一帶而過。可見兩種生源在同一班級學(xué)習(xí),給《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)加大了難度。
2.大班授課。由于班級容量較大,如有些班級接近200人,許多學(xué)生反映聽課效果不好,積極性不高,可見,大班授課嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。
3.重理論,輕實(shí)踐。《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,現(xiàn)有《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)往往比較有限,但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容卻涉及匯編語言的編程、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)等眾多內(nèi)容,所以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只能是按部就班的固定題目和模式,達(dá)不到訓(xùn)練學(xué)生分析問題、動手解決問題的能力的目的,有限的時(shí)間還使得實(shí)驗(yàn)中普遍存在抄襲現(xiàn)象,很難保證課程實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。作者在教學(xué)過程中多次聽到學(xué)生有這樣的疑問,“學(xué)《微機(jī)原理與應(yīng)用》有什么用”、“什么是《微機(jī)原理與應(yīng)用》”等。計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展快,實(shí)踐性強(qiáng),應(yīng)用面廣,我們教育的目的是培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)實(shí)的計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ),而更重要的是把所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際的工作中,在實(shí)際工作中找到《微機(jī)原理與應(yīng)用》的有用之處。因此在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)過程中加強(qiáng)學(xué)生動手能力,培養(yǎng)其創(chuàng)新意識,應(yīng)該是我們教學(xué)的基本指導(dǎo)思想。
4.硬件投入缺乏。《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程包括顯示程序?qū)嶒?yàn)、中斷特性及8259單一中斷應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253實(shí)驗(yàn)、中斷應(yīng)用實(shí)驗(yàn)等諸多的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)需要用到一些實(shí)驗(yàn)裝置,可是由于相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境較差、實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏,只能在機(jī)房讓學(xué)生做一些匯編程序,這嚴(yán)重影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。
5.師資不足。高職計(jì)算機(jī)教師隊(duì)伍里從事計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)的較多,而由于《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程知識點(diǎn)眾多、內(nèi)容龐雜、課程枯燥,學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣,往往教師出力不討好,學(xué)生出不了好成績,造成計(jì)算機(jī)教師普遍對計(jì)算機(jī)硬件,如微機(jī)原理與應(yīng)用、接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)等課程缺少熱情。所以,如何提高計(jì)算機(jī)教師硬件教學(xué)的熱情是一個(gè)比較重要的問題。
二、高職院校《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革對策
1.分小班授課,因材施教。所謂分小班授課,即將原來的一百多人一班分成30~40人一班上課,把同一層次的分在一班,如:將普高學(xué)生和職高學(xué)生分別編班,以利于在教學(xué)過程中加強(qiáng)分類指導(dǎo),分級教學(xué),因材施教,使不同基礎(chǔ)的學(xué)生都得到提高。
2.更新教學(xué)內(nèi)容,優(yōu)化教學(xué)模式。針對課程的硬件、軟件和接口三部分內(nèi)容,采用不同的教學(xué)模式。硬件部分和指令部分由于知識點(diǎn)眾多,采用授課的教學(xué)模式;軟件部分采用講授和實(shí)踐相結(jié)合的模式,通過編程實(shí)踐使學(xué)生掌握匯編語言的指令和編程特點(diǎn),而不是一味的死記指令格式;接口部分可采取講授為主的教學(xué)模式,輔助以相關(guān)接口實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生在微機(jī)系統(tǒng)及綜合應(yīng)用方面的能力。這樣通過轉(zhuǎn)變教學(xué)模式,逐漸變成以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo),改變了現(xiàn)有的教學(xué)方式。
3.采用先進(jìn)的教學(xué)手段。采用現(xiàn)代化教學(xué)手段,采用大屏幕投影、電子教室、電子教案、CAI課件和機(jī)房授課的方法,利用現(xiàn)代化教學(xué)手段加大課程的信息量,同時(shí)輔以黑板教學(xué),實(shí)物展示(如:講到接口處可以拿一芯片),使學(xué)生對所學(xué)知識產(chǎn)生直觀映像,很快進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。
4.鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合。對計(jì)算機(jī)專業(yè)而言,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)過程中一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。為培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識,可以加上提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié),每次實(shí)驗(yàn)均應(yīng)有相應(yīng)的預(yù)習(xí)報(bào)告,以使學(xué)生不盲目地僅為完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而做實(shí)驗(yàn),而是要求他們做完一個(gè)實(shí)驗(yàn)后便有一定的收獲,得到一定的能力訓(xùn)練。每次實(shí)驗(yàn),老師提出要求,而選題、設(shè)計(jì)、擬定實(shí)施方案、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最后給出具有一定見解的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,這些都由學(xué)生自己獨(dú)立完成。為保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,端正學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的態(tài)度,調(diào)動學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的積極性,應(yīng)該加大實(shí)驗(yàn)考試成績在課程總成績中的比重,側(cè)重考核學(xué)生的實(shí)際動手能力。這樣可極大地提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)的重視程度。
1 理論教學(xué)改革
該課程主要介紹計(jì)算機(jī)中微處理器的工作原理、匯編語言和接口技術(shù),課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容多而廣,而幾年幾次調(diào)整對微機(jī)原理理論課時(shí)的壓縮,要求在有限的時(shí)間內(nèi)上好一堂課,突出課程的重點(diǎn)、講清課程的難點(diǎn)、保證教學(xué)質(zhì)量,是擺在教師面前的一個(gè)重要課題。
1.1注重知識的前沿性
8086/8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu),為實(shí)施16位微機(jī)為主、32位微機(jī)為輔的教學(xué)體系,兼顧基礎(chǔ)性和先進(jìn)性、前沿性要求,應(yīng)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理的安排。但對當(dāng)今新型的微處理器也作了很好的介紹,盡管PC機(jī) 的存儲容量已經(jīng)成幾何級數(shù)增加,外設(shè)也越來越豐富,但它們的基本存儲單元的工作原理并沒有變,構(gòu)成存儲器的原理沒有變,存儲器與CPU的接口原理和方法也沒有變,PC機(jī)與外設(shè)的接口方法沒有變,中斷的工作原理和處理方法亦沒有變,因此,在教材講解過程中仍然以16位為主。采用對比法介紹32位微處理器的區(qū)別,比如80386芯片中的保護(hù)虛地址方式,在80486以上芯片中增加的數(shù)字協(xié)處理器指令等。
1.2合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
我校開設(shè)本課程的專業(yè)有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、測量控制與自動化、機(jī)械工程和材料工程4個(gè)專業(yè)。不同專業(yè)教學(xué)大綱課時(shí)的安排也是不相同的通常一個(gè)老師要同時(shí)授課2不同專業(yè)的學(xué)生,要求合理安排教學(xué)內(nèi)容。例如:對于機(jī)械工程和材料工程的學(xué)生要加強(qiáng)指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)方法(模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù))的學(xué)習(xí)。針對測量控制與自動化和計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生這部分內(nèi)容在前序課程匯編語言有詳細(xì)介紹,可與相關(guān)課程的教師溝通,劃分好各課程的邊界關(guān)系,以減少重復(fù)。本課程中可將此部分內(nèi)容壓縮講解其重點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生去回憶或者復(fù)習(xí)。測量控制與自動化同時(shí)也要加強(qiáng)對數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的學(xué)習(xí)。
1.3 采用多種教學(xué)方法
形象、生動的比喻有助于學(xué)生對枯燥、抽象內(nèi)容的理解;微機(jī)原理的概念抽象,學(xué)生難以理解。我們可以考慮把這些概念和現(xiàn)實(shí)中的事情聯(lián)系起來,用現(xiàn)實(shí)的事例來比喻那些枯燥的概念,讓學(xué)生較輕松的接受。例如:中斷的概念書本上介紹了很長一段。學(xué)生一看就覺得繁瑣,那我們就可以去比如上課時(shí)突然有個(gè)電話。那上課這段時(shí)間是我們正在完成的一個(gè)事件,在上課途中來個(gè)電話,那么如果接了電話這個(gè)事件,說明產(chǎn)生了中斷,如果沒有接電話,說明不響應(yīng)這個(gè)中斷時(shí)間。也就是說電話這個(gè)事件它必須是個(gè)緊急的電話。也就是它的優(yōu)先級要高于我們正在上課的這個(gè)事件,否則不響應(yīng)。
歸納法、對比法等把復(fù)雜、枯燥的問題簡單化、形象化,使學(xué)生容易接受新知識。在認(rèn)真分析后面幾章有關(guān)接口技術(shù)的介紹,主要是對芯片的學(xué)習(xí),涉及的芯片有8237、8259、8255、8253等等,芯片種類繁多,很容易讓學(xué)生覺得枯燥乏味、抽象難學(xué),于是就會有避重就輕的畏難情緒。因此要注意各種芯片的歸納,可以有效的將各種知識點(diǎn)串起來。芯片的學(xué)習(xí)只要芯片內(nèi)部寄存器的組成、外部引腳功能、芯片的初始化編程三方面的內(nèi)容,在介紹各芯片時(shí)都可以采用“兩側(cè)分析法”。因?yàn)榻涌谛酒奶幱贑PU和外設(shè)之間。與CPU連接即是和系統(tǒng)的三大總線來分析它的引腳功能,和外設(shè)的連接是區(qū)分與它們的功能的不同。其次要采用新舊知識對比法,例如:我們要求掌握的芯片有8237A.這種芯片的學(xué)習(xí)可以參考CPU的學(xué)習(xí)加以對比,這是因?yàn)樗鼈兌伎梢猿蔀橄到y(tǒng)的主控制,控制系統(tǒng)總線,所以在8237學(xué)習(xí)時(shí)會介紹它的引腳功能、工作時(shí)序都和CPU類比記憶。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
微機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)包括兩部分:軟件實(shí)驗(yàn)通過編寫程序、上機(jī)調(diào)試、運(yùn)行的過程,來提高學(xué)生程序閱讀和編寫的能力;硬件實(shí)驗(yàn)主要是通過對接口芯片的編程控制,來培養(yǎng)學(xué)生硬件設(shè)計(jì)和接口程序編寫的能力.通過實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解,提高學(xué)生的動手和綜合運(yùn)用能力。
2.1精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
長期以來《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)是以驗(yàn)證型為主的。實(shí)驗(yàn)課時(shí),教師統(tǒng)一講解,學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟按部就班地完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上有詳細(xì)的電路連接圖和編寫程序,有些學(xué)生就直接按照書本的程序編寫、調(diào)試,沒有對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。這樣雖然能保證學(xué)生完成實(shí)驗(yàn),但無法充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極行,不能使學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)中的真正內(nèi)涵,很難綜合應(yīng)用所學(xué)知識,抑制了學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。因此采取由淺入深、由簡到繁的步驟實(shí)現(xiàn)理論知識傳授到實(shí)際應(yīng)用、綜合能力逐步提高的過程轉(zhuǎn)變。例如:中斷實(shí)驗(yàn)要求每次響應(yīng)外部中斷IRQ7時(shí),顯示字符7,中斷10次后程序退出。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心就讓學(xué)生學(xué)會中斷向量的裝入以及學(xué)會屏蔽和開放中斷的程序編寫;在此可以將書本上給出的題目加以改動,將響應(yīng)中斷變?yōu)镮RQ6,顯示字符6,中斷5次退出,這時(shí)學(xué)生不再盲目的按照書本程序來做,將會認(rèn)真去思考如何編寫改動后的題目,進(jìn)行程序設(shè)計(jì),從而達(dá)到對獨(dú)立應(yīng)用知識能力的培養(yǎng)。
2.2創(chuàng)建開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)境
為了提高學(xué)生綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),解決實(shí)踐教學(xué)時(shí)間短這一難題,我校嘗試創(chuàng)建開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)境,提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。實(shí)驗(yàn)室一般是在課程快要結(jié)束時(shí)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué),在前面半學(xué)期和期末結(jié)束的幾周實(shí)驗(yàn)室都是空閑的,可以用來建立開放性的實(shí)驗(yàn),允許各個(gè)專業(yè)、年級的學(xué)生結(jié)合課程學(xué)習(xí)及自己的專業(yè)特點(diǎn)、時(shí)間安排或興趣愛好提出實(shí)驗(yàn)題目、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案或?qū)嶒?yàn)構(gòu)想,并可在一個(gè)較寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和時(shí)間內(nèi)完成,實(shí)驗(yàn)室全天開放,供學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間,這就彌補(bǔ)了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)爭時(shí)間的問題。設(shè)置這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件,有利于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新能力。讓學(xué)生根據(jù)自己的能力、興趣自己動手連接硬件,編寫一些自己喜愛的模擬實(shí)用程序,如電子發(fā)生器實(shí)驗(yàn)、模擬報(bào)警系統(tǒng)的中斷控制器實(shí)驗(yàn)、模擬交通紅綠燈的定時(shí)器實(shí)驗(yàn)等。以充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。
2.3實(shí)驗(yàn)成績的考核
對實(shí)踐教學(xué)的每一環(huán)節(jié)都應(yīng)該制定詳細(xì)的教學(xué)目標(biāo)、任務(wù)和考核方式。目前,在我院教師中存在的普遍現(xiàn)象就是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績作為最終實(shí)驗(yàn)成績。這樣的考核方式導(dǎo)致很多學(xué)生缺乏實(shí)踐的積極性,來到課堂的不積極主動,沒來做實(shí)驗(yàn)的交了報(bào)告也能過關(guān),因此,實(shí)踐一直處于一個(gè)不被學(xué)生重視的位置。例如,在每一實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),做出如下考核形式:編寫出正確的程序占60%;實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%;平時(shí)表現(xiàn)及出勤占10%;并且每次實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按照這樣考核形式執(zhí)行,如果有一半以上的實(shí)驗(yàn)任務(wù)沒有完成,最終考核指標(biāo)沒有達(dá)標(biāo)就需要重修,給學(xué)生一定的壓力,使學(xué)生能夠認(rèn)真對待該環(huán)節(jié),提高實(shí)踐效率。
3 結(jié)束
總之,微機(jī)原理及應(yīng)用所涉及的知識內(nèi)容多而廣,要求教師不斷改進(jìn)教學(xué)方法以提高教學(xué)質(zhì)量,從而使學(xué)生具有一定的計(jì)算機(jī)硬件的開發(fā)能力和應(yīng)用知識的能力,為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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“接口技術(shù)”是計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的一門專業(yè)任選課。在學(xué)習(xí)“接口技術(shù)”課程時(shí),需要有較多的硬件基礎(chǔ)知識,在芯片級上理解微機(jī)的工作原理,還要較為熟練地掌握匯編語言對硬件的編程使用方法,這樣才能夠很好地學(xué)習(xí)和掌握接口芯片的工作原理,并理解接口技術(shù)在計(jì)算機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用狀況。[1]
計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生通常學(xué)習(xí)的重心會傾向于編程語言、軟件設(shè)計(jì)等課程,對偏向硬件的“接口技術(shù)”課程,學(xué)生要想真正地學(xué)習(xí)和掌握好是有相當(dāng)難度的。在很多時(shí)候,他們完成該課程的學(xué)習(xí)只是為了應(yīng)付考試拿到學(xué)分,對于接口技術(shù)的應(yīng)用,甚至是接口技術(shù)的基本概念都是模糊不清的。
1現(xiàn)狀分析
筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)分析,導(dǎo)致計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)“接口技術(shù)”課程教學(xué)效果不良的原因大致可以歸為以下幾個(gè)。
1.1課程本身枯燥難學(xué)
“接口技術(shù)”屬于偏硬件類課程,綜合了應(yīng)用微機(jī)原理、匯編語言、接口技術(shù)及數(shù)字電路等知識,涉及到中斷、定時(shí)計(jì)數(shù),串/并行通信、模-數(shù)/數(shù)-模轉(zhuǎn)換等芯片的結(jié)構(gòu)和原理,覆蓋的知識面較廣,對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合技術(shù)要求較高[2]。對大多數(shù)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的同學(xué)而言,這門課程的內(nèi)容抽象、枯燥乏味、不易學(xué)習(xí),從而容易導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降,主動性差等問題。
1.2硬件基礎(chǔ)及匯編語言的基礎(chǔ)較差
“接口技術(shù)”對學(xué)生的硬件基礎(chǔ)要求較高,要完全理解計(jì)算機(jī)的基本工作原理以及計(jì)算機(jī)各部件的基本結(jié)構(gòu)和聯(lián)系。該課程中若要進(jìn)入實(shí)用階段,則必須使用匯編語言來進(jìn)行編程,而匯編語言是一種面向硬件的低級程序設(shè)計(jì)語言,沒有相當(dāng)?shù)挠布A(chǔ)也很難學(xué)習(xí)和掌握。
計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生在大學(xué)四年中主要學(xué)習(xí)的課程都是偏向于軟件設(shè)計(jì)的,對于微機(jī)的硬件工作原理方面內(nèi)容存在著一定的偏見,相應(yīng)接觸也較少,理解起來更為困難,且大多數(shù)學(xué)生很難順利地使用匯編語言完成一定的代碼編寫任務(wù),這樣一來匯編語言的基礎(chǔ)也是影響學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的一個(gè)關(guān)鍵。
1.3學(xué)生認(rèn)識上的忽視
在計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃上,“接口技術(shù)”課程是學(xué)生在大四上學(xué)期的一門專業(yè)任選課。目前的課程教學(xué)中,講解的側(cè)重點(diǎn)在常見接口芯片的原理與結(jié)構(gòu),以及一些普通的應(yīng)用。這些內(nèi)容看似與計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)聯(lián)系不夠緊密,再加上課程中零
作者簡介:毋琳(1978-),女,河南焦作人,講師,碩士,研究方向?yàn)槿斯ぶ悄?秦勉(1980-),女,河南開封人,助教,研究方向?yàn)橥ㄐ判盘柼幚?呂超(1978-),男,山東萊蕪人,工程師,研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)工程。
碎的知識點(diǎn)較多,學(xué)生為了應(yīng)付考試只是簡單地死記硬背相關(guān)知識,而忽視了對知識的理解,從而嚴(yán)重影響教學(xué)效果。
處于這個(gè)時(shí)期的學(xué)生,大多數(shù)都在為考研、找工作等將來的去向和前途問題忙得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn),對專業(yè)課的學(xué)習(xí)自然有些分心。該課程具有的難度,對熱衷于軟件編程的計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生來說,無論教師在課堂上如何強(qiáng)調(diào)課程的重要性,很自然地就會形成“只為了拿學(xué)分,以后也無用”的錯(cuò)誤觀念。有了這樣的內(nèi)因主導(dǎo),學(xué)生學(xué)習(xí)起來也就理所當(dāng)然地不太用心,應(yīng)付了事。
1.4實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置及設(shè)備的問題
“接口技術(shù)”是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程,許多知識只有通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)才能真正的理解。在教學(xué)計(jì)劃中,除了理論教學(xué)外,還要安排適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué),以強(qiáng)化教學(xué)效果。
接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)中,目前采用的是Intel 8088系列的16位箱式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了多種接口芯片的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),其ROM中固化有與每個(gè)實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的匯編實(shí)驗(yàn)程序,軟件系統(tǒng)中還配備有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等指導(dǎo)性內(nèi)容。學(xué)生在完成這些實(shí)驗(yàn)時(shí),直接按照指導(dǎo)說明,連接各種線路,調(diào)用固化程序運(yùn)行,觀察結(jié)果寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可。[3]
以上的實(shí)驗(yàn)方法固然可以使學(xué)生很容易地驗(yàn)證理論課上所學(xué)的知識,但由于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中仍然是一個(gè)按部就班的被動者,需要他們自己動手設(shè)計(jì)的內(nèi)容是少之又少,這樣的實(shí)驗(yàn)課缺乏最重要的自主創(chuàng)新環(huán)節(jié),也就失去了實(shí)驗(yàn)課程真正的意義。面對所有學(xué)生同樣內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也會使教師難以了解學(xué)生掌握應(yīng)用知識的狀況。
2改革設(shè)想
“接口技術(shù)”雖然是一門偏向硬件設(shè)計(jì)的課程,但它作為“匯編語言”、“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的后繼專業(yè)課程,也是學(xué)生有效提高專業(yè)技能和動手創(chuàng)造能力的一門重要課程。因此,要真正提高課程的教學(xué)質(zhì)量,就必須在教學(xué)指導(dǎo)思想、教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)組織方法等方面進(jìn)行一系列改革,主要可以考慮從以下幾個(gè)方面著手。
2.1從思想上扭轉(zhuǎn)錯(cuò)誤認(rèn)識
“接口技術(shù)”課程教學(xué)效果不佳的主要問題在于學(xué)生思想認(rèn)識上的錯(cuò)誤,如果改變了這個(gè)內(nèi)因,就有可能通過其他改革手段來改善教學(xué)。
長久以來,國內(nèi)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的教學(xué)模式都是以“重軟件、輕硬件”為指導(dǎo)思想的,這導(dǎo)致很多學(xué)生在完成學(xué)業(yè)之后仍然不清楚計(jì)算機(jī)主機(jī)箱內(nèi)部的硬件有哪些,到了工作單位有和硬件相關(guān)的工作和研究更是插不上手,即使是在新硬件的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件的研發(fā)也會有很大的困難,從而也阻礙了學(xué)生的就業(yè)前景和發(fā)展。因此,必須扭轉(zhuǎn)學(xué)生不重視硬件的錯(cuò)誤思想,要為學(xué)生樹立計(jì)算機(jī)整機(jī)的硬件思想,并在此基礎(chǔ)上來學(xué)習(xí)軟件的開發(fā)和設(shè)計(jì),才能真正使軟件開發(fā)能力成為其以后學(xué)習(xí)工作的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
要做到上面說的這一點(diǎn),就需要在“接口技術(shù)”課程的教學(xué)過程中,以強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ),注重實(shí)際能力為主要關(guān)注點(diǎn),靈活地組織教學(xué),以“是什么,有什么作用,如何工作,如何設(shè)計(jì),發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景”為主線來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),鼓勵(lì)學(xué)生自主地思考,并勇于創(chuàng)新。[4]
2.2改善教學(xué)方式
適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式始終都是推動教學(xué)質(zhì)量的重要手段,特別是在像“接口技術(shù)”這樣的課程中,需要充分的教學(xué)互動來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情,更需要合理地設(shè)置各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。
在“接口技術(shù)”課程中,學(xué)生所面臨的第一個(gè)問題就是不了解接口到底是什么,接口技術(shù)到底是做什么的。這是一個(gè)很基本的問題,但在實(shí)際教學(xué)中經(jīng)常有學(xué)生直到學(xué)期末也搞不清楚這個(gè)概念。究其根本,該課程是在學(xué)生完成諸多軟件類課程之后開設(shè)的,學(xué)生面對突然轉(zhuǎn)變的課程類型會有相當(dāng)?shù)哪吧?不知如何學(xué)習(xí)和理解。這就需要在第一節(jié)課中,利用形象生動的例子讓學(xué)生建立直觀的印象,從而使學(xué)生自己探索著理解其中的基本概念。
除了要使學(xué)生對接口技術(shù)留下深刻的第一印象,教師還應(yīng)幫助學(xué)生將這種狀態(tài)持續(xù)到整個(gè)學(xué)期中。根據(jù)“接口技術(shù)”課程的特點(diǎn),運(yùn)用多媒體教學(xué),設(shè)計(jì)生動、形象的教學(xué)課件是必不可少的環(huán)節(jié)。教學(xué)課件不能僅僅是板書的代替,而要以基本概念的展示為主線,強(qiáng)化重點(diǎn)內(nèi)容的講解,輔以Flash等動畫表示,使有限的課堂時(shí)間得以充分地利用。當(dāng)然,在教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)充分考慮學(xué)生的理解力,在適當(dāng)?shù)牡胤竭€應(yīng)配合上即興的板書來靈活講述。
學(xué)習(xí)離不開復(fù)習(xí),但學(xué)生往往會因?yàn)楦鞣N原因忽略了復(fù)習(xí)。為了強(qiáng)化教學(xué)效果,可以在課堂中抽出很少的時(shí)間共同復(fù)習(xí)。在每次課開始前先簡單復(fù)習(xí)本次課需要用到的知識,結(jié)束時(shí)簡單總結(jié)本次課的內(nèi)容。在完成一個(gè)章節(jié)或一個(gè)部分的學(xué)習(xí)后,用1~2道典型的例題將前續(xù)知識融會貫通。這樣的授課模式可以使學(xué)生強(qiáng)制性地進(jìn)行復(fù)習(xí),得到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。
2.3改革實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容
至于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),教師要根據(jù)教學(xué)的進(jìn)展?fàn)顩r,設(shè)計(jì)出不同于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)ROM中固化實(shí)驗(yàn)的新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將“接口技術(shù)”課程的實(shí)驗(yàn)由淺到深、由簡單到復(fù)雜逐步過渡。例如,在設(shè)計(jì)8255A芯片實(shí)驗(yàn)時(shí),可以將模擬交通燈控制系統(tǒng)作為一個(gè)簡單的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),在該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,添加已學(xué)過的定時(shí)計(jì)數(shù)器8253芯片的配合,實(shí)現(xiàn)硬件定時(shí)的交通燈控制系統(tǒng)。若學(xué)生可完成,還可以繼續(xù)添加數(shù)碼顯示的功能,采用倒計(jì)時(shí)顯示等待時(shí)間,更加接近實(shí)際使用中的情況。或者,還可以使該實(shí)驗(yàn)與中斷控制器8259A配合,實(shí)現(xiàn)中斷方式的隨機(jī)交通燈控制系統(tǒng)。
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中,建立開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境也是一個(gè)很好的加強(qiáng)學(xué)生動手能力的形式。在教學(xué)時(shí)間開放、教學(xué)內(nèi)容開放、實(shí)驗(yàn)元器件開放的環(huán)境下,學(xué)生可以結(jié)合課程學(xué)習(xí)及自己的專業(yè)特點(diǎn)、時(shí)間安排、興趣愛好提出實(shí)驗(yàn)題目、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案或?qū)嶒?yàn)構(gòu)想,并
可在一個(gè)較寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和可靈活選擇的時(shí)間范圍內(nèi)完成。這種類型的實(shí)驗(yàn)方式有利于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)造意識,教師應(yīng)予以積極地配合,并盡力創(chuàng)造條件引導(dǎo)和支持。
2.4改革課程的考核方式
高校課程的考核方式可能會在很大程度上影響學(xué)生的學(xué)習(xí)方向。由于更加注重理論考核的課程,學(xué)生更傾向于把時(shí)間花在課本理論知識的記憶和理解中,相應(yīng)的動手時(shí)間就會大大減少。因此,只有改革“接口技術(shù)”課程的考核方式,才能夠使學(xué)生的學(xué)習(xí)精力轉(zhuǎn)向?qū)碚撝R的應(yīng)用上。具體的考核方式可以分為學(xué)習(xí)態(tài)度、理論知識、動手能力等不同的方面,并可以適當(dāng)加大動手能力環(huán)節(jié)的分值比例,可通過檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評定成績。
3結(jié)語
“接口技術(shù)”課程作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的“非核心”課程,常被學(xué)生忽視其在以后工作中的重要性。筆者在實(shí)際的教學(xué)工作中,根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律,從學(xué)生知識基礎(chǔ)、心理特點(diǎn)和接受能力出發(fā),通過教與學(xué)的相互作用,已部分實(shí)踐以上的改革設(shè)想,引導(dǎo)學(xué)生積極思考、大膽實(shí)踐,得到了較好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn):
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Teaching Reform of Interface Technology Courses for Computer Application
WU Lin1 , QIN Mian1 , LV Chao2
(1. Department of Computer and Information Engineering, Henan University, Kaifeng 475004, China;