随着计算机技术的快速发展和新信息的迅猛增加，微机类课程也成为我校自动化类专业学生不可缺少的实用性较强的一大类课程。多年来，我校以精品课程建设为龙头，在《微机原理及接口技术》等单门课程的改革方面进行了许多有益的尝试，并取得了一定的成效。但是这些课程中，很多内容具有重复性或较强的相似性，采用传统分散的教学模式和教学方法往往会浪费很多的时间。另外，从实验设计的角度分析，单纯地从一门课去设计综合性、设计性实验，很难达到较好的效果。 一、存在的问题 （一）教学过程中，《微机原理及接口技术》的教学内容仍然主要围绕8086/8088这一16位微机系列进行，《单片机原理及应用》课程的教学内容主要围绕8051这一8位机进行。然而，随着微型计算机技术的飞速发展，嵌入式计算机系统时代已经到来，社会对嵌入式开发人员的需求量日趋上升，原有的以8位或16位微机为主的计算机硬件教学使得微机教学与技术发展严重脱节，学生很难理解和掌握32位微机基本技术，不能适应微型计算机嵌入式系统发展与应用的需要。 （二）在学习《微机原理及接口技术》课程之前，学生已经具备了基本的电路、信号与系统等知识作为基础，然而学生接触的电脑基本上都是在Windows操作系统之下，学生脑子里离不开操作系统这个概念。后续课程《自动化科技创新训练》所用到的32位的嵌入式系统又是在嵌入式操作系统的基础上应用的。而目前的《微机原理及接口技术》课程仅涉及DOS/BIOS的部分中断调用，却绕开了其他有关操作系统这个基本概念，没有起到应有的承前启后的桥梁作用。 （三）在理论教学中，内容体系讲求系统性、完整性，这就造成了每一门微机类课程教学内容面面俱到、自成体系、部分教学内容在不同的课程中重复覆盖等现象。例如，《微机原理及接口技术》及《单片机原理及应用》中的计算机体系结构、CPU、存储器和接口技术等内容、《微机原理及接口技术》及《计算机控制系统》中的输入输出通道、人机交互通道等内容相重复或脱节，脉络不清，缺乏全盘优化考虑。 从培养学生计算机硬件应用能力的总目标出发，在我校自动化专业教学计划中建立起规范的微机类课程群的教学体系，制定合理的人才培养方案，以适应社会对人才的需求是自动化专业本科教学改革的必经之路。 二、微机类课程群教学内容改革 基于课程群的内涵和我校自动化专业的特点，将2011版教学计划中自动化专业的微机类主干课程《微机原理及接口技术》、《单片机原理及应用》、《计算机控制系统》及一门实践型课程《自动化科技创新训练》建立成微机类课程群，其主要任务是使学生获得微型计算机硬、软件方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生在计算机硬件设计方面的应用能力。 （一）课程内容分解与融合 将存在有机联系的课程组成课程群后，必须对课程的内容和教学环节进行综合性改革并实行统一管理和建设，才能从根本上解决问题[1]。 第一,课程群教学内容的改革。因为传统的以8086为教学模型机的体系与实际应用存在严重脱节的现象，学生在课堂上学完处理器后基本上不会再有任何应用8086的场合[2][3]，因此，在课程群建立时，首先尝试将现有《微机原理及接口技术》课程主要的教学背景机由原先的8086系列机改成32位的ARM嵌入式微型计算机。另外，为了在本科生中有效开展ARM嵌入式系统的课程教学、课程设计和毕业设计等教学活动,我们认真研究了嵌入式系统技术的现状,跟踪世界嵌入式系统技术的发展,合理选择三星公司的S3C2410ARM处理器芯片作为教学机型,比较好地体现出嵌入式系统的典型性、基础性和实用性的选型目标要求。 第二，教学计划及内容的调整。目前，在我校2011版教学计划中，微机类课程群中的主干课程《微机原理及接口技术》和《单片机原理及应用》在自动化专业大三上学期同时开设，让学生在同一时间段内同时消化两门课程是一个棘手的问题。为了解决这一问题，任课教师除了通过协商在排课时间顺序上错时外，还对课程内容知识点的相关性进行了分析。为了延续传统的《微机原理及接口技术》的平台作用，我们在介绍ARM嵌入式系统原理之前,先详细介绍微机的模型机,使学生建立起微机的基本概念再进行ARM的微处理器基本结构及编程和各功能模块的学习，最后通过对一个具体的实时操作系统的剖析和裁剪的实例引入操作系统的原理。将传统的汇编指令的寻址方式、存储器扩展芯片、82系列接口芯片及模拟量输入输出通道等内容放在《单片机原理及应用》课程中进行讲述，而将ARM汇编指令直接放在课外扩展实验环节进行。该方案可将有限的学时主要用于ARM的内核基本结构及编程学习上,使学生达到掌握ARM内核的基本要求。在《计算机控制系统》课程中不再重复讲述相应的输入输出通道、人机交互通道等内容，而是直接应用前述相关的知识点来构建控制系统。在《自动化科技创新训练》课程中，学生可根据所设计的项目需求来自主选择控制用处理器，并利用已掌握的知识点构建整个控制系统。 通过梳理课程群内相关知识点之间的关系，学生能够合理利用有限的学时来高效地进行课程内容的学习。这一举措在自动化11级微机类课程的教学实践中取得了良好的教学效果。 （二）实验内容的设计 实践教学不仅仅是理论教学的附庸,从培养学生实践能力和创新精神的角度来看,它甚至比理论教学更为有效。我校历来重视培养学生综合运用知识、设计和创新的能力，对于自动化专业的学生而言，微机类课程群具有很强的实践性,其目的在于让学生掌握微型控制器的体系结构、硬件结构与功能、系统设计的理论基础知识，提高学生的动手能力。在课程内容分解与融合后，合理设计实验内容对增强学生微机类动手能力至关重要[4]。 针对微机类课程群的特点，笔者依据层次递进、减少重复等原则来设计实验，构建了一套全新的实验实践教学体系: 第一,构建以专业实验室为支撑的专业实践平台。建立了工业控制实验室、机电一体化实验室及创新实验室等专业实验室,目前拥有嵌入式和单片机实验设备各20套，并且配套相应的信号发生器、示波器、万用表等仪器。针对微机类课程群的发展趋势和对学生工程设计能力的要求，在专业实验室开设的实验中，已修课程的知识点中相关的内容全部以学生课外自主调试、复习总结为主，建议学生在新学课程相关知识点实验前自行掌握。而且，微机类课程群的综合性、设计性实验比例达90％左右，只给出实验要达到的基本要求和简单框图,具体的软、硬件设计由学生自己决定，给学生留下了更多的想象和钻研空间，提高了学生对微机技术的兴趣。 第二，搭建以培养学生的自主实验能力和创新能力为目的的创新实践平台。依托学院创办的开放性的工程实验中心,采用规范化的管理方法,实行课余时间开放制度,面向学生开放,学生根据自己的兴趣和能力设计实验，合理使用各种开发设备。同时，鼓励和组织学生参加各项科技大赛,目前，自动化专业的学生已获全国大学生电子竞赛、北京市大学生电子竞赛、机器人大赛及节能车大赛等数项奖项。另外，实验中心今年还购置了20套ARM嵌入式系统开发板，为ARM实训平台的建立及微机类课程群创新性教学打下了良好的基础。 第三，改革实验教学模式。传统的实验教学与理论教学有时存在脱节现象，部分学生往往只是单纯地完成实验，却不知道如何用理论知识来分析和解释实验结果，或者不清楚单个实验在整门课程中的作用，那就很难综合应用所学的知识。因此，我们对实践性较强的微机类课程尝试采用了随课实验的形式，即这些课程中的指令部分、接口部分等内容在实验室内进行讲授，学生一边学习理论知识，一边进行实验调试，任课教师现场进行实验指导，极大地提高了学生的学习注意力，并激发了学生的思考能力，从而提高了微机类课程的教学效果和质量。 三、微机类课程教学方法探索 有效性的课堂教学是保证学生获得知识和技能的保障，教学过程中要探索多种教学方法，动态协调教材知识结构、学生认知结构和课堂教学结构的关系，提高课堂教学的有效性[5]。面向嵌入式课程群的微机类课程旨在培养学生软硬件应用及开发能力，该课程群具有知识点多、内容抽象等特点，需要多种教学方法来保障课堂教学的效果。 （一）重视课程体系的绪论课 微机类课程群中课程之间存在一定的联系，帮学生梳理清楚这种内在的联系是课程群授课时的一个基本任务。因此，我们在单门课程的绪论课中除了介绍相关的应用背景、课程要求及安排外，主要引入了该课程的作用、学习过程中要用前述的哪些知识点、又能为后续提供哪些知识点等等。这样，绪论课就很好地达到了承上启下、激发学生学习兴趣的目的。 （二）通过启发式教学激发学生学习的热情 在教学过程中，通过启发式教学能让学生对所学的相关知识点进行复习及拓展，引导学生自主进行相关知识的实验调试及总结，领会微机类课程知识点的作用及应用方法，体会微机设计精心构思、巧妙设计及学能有用所带来的乐趣，从而激发学生掌握新知识的热情，对于帮助学生理解和掌握所学知识具有很好的作用。 （三）以互动式教学来保障知识点的掌握 上课时不是简单的满堂灌，而是根据学生上课的情况及知识的掌握情况及时调整上课进度，通过在课堂上适时提问、随堂进行实验练习等多种形式实现互动式教学。讲解时遇到以前学过的知识点，则首先以提问的方式让学生思考和回答，在复习巩固已学知识的同时，引出新的教学内容。为了提高学生的兴趣和关注度，学生在课堂互动中的表现均在平时成绩中加以体现。 （四）以举例式和开放式教学来释疑 对于一些难以理解的概念比如中断等，结合实际生活中随处可见的微机应用实例及其解决方法，降低学生们对这些概念的陌生感和恐惧感，让学生们在不知不觉中兴致盎然地接受这些概念，并产生自己尝试解决的意愿，进一步激发学习热情。 （五）以对比式教学突出原理的普遍性 为了强调微机基本原理以及硬件共性的知识点，必须从系统的观点分析各课程之间的相似知识点，通过展开适当的对比模式的教学，让学生能真正理解课程群中各知识点的相似性，为学生自学和创新能力的培养提供一个良好的指导。比如将嵌入式的接口和传统的8086接口进行对比，使学生理解片内接口和片外接口的概念；在指令寻址方式中通过对比、比较，学生对汇编语言程序设计方法有了更深层次的理解和掌握。除此之外，课程群内部各课程因其自成体系的原因，有些知识点从宏观上看，方法十分相似，但从细节上分析又有不同的地方，以系统的存储器扩展为例，在《微机原理及接口技术》部分知识的讲解中，重点应该讲述利用作为数据/地址分时复用总线来完成对存储器单元地址的确定，而在《单片机原理及应用》部分则强调用相应口线作为数据/地址分时复用总线完成低位地址的设计，而高位地址则用另一口线完成的方法。通过对比教学方法，学生很容易理解相关联课程中所介绍的知识点之间的内在联系。 （六）合理使用多媒体教学手段 采用多媒体教学手段将抽象的知识点如指令的执行过程、中断机制等以动画形式讲授，可以增强内容的趣味性和易理解性，另外，将教师最新的相关研究成果或学生竞赛作品等以图片或动画的形式融入课堂教学中，不仅能增强授课的效果，而且能帮助学生树立学以致用的科学态度。 四、教师队伍建设 微机类课程群的教师既有从教多年的老教师，也有刚毕业的年轻教师。现有教学团队包括教授1名、副教授3名、讲师1名和实验教师2名。为了将教师队伍的建设与课程群的建设有机结合起来，我们进行了三个方面的工作：其一，老教师将年轻教师纳入自己的科研团队，参加学科的相关科研活动，了解该学科的最新前沿动态，有助于年轻教师对教材相关内容的理解，并应用于教学过程中；其二，加强相关课程教师间的交流，包括同一课程及前后衔接紧密的课程内容教学方式的交流探讨，使得每一个教师对整个课程群有透彻的了解；其三，鼓励年轻教师在提高自身学术水平的同时多参与学术交流，将其他学校特别是重点大学本学科的研究方向带回来，促进本学科的发展。 五、总结 近两年来，我校自动化专业的学生不仅能高效地完成微机类课程的相关实验和设计，而且在大学生科技创新项目、毕业设计等环节中采用微机类控制系统完成设计任务及实物调试的比例明显增加，连续两年我院学生以微控制器为核心设计的作品“四旋翼飞行器”荣获全国大学生物联网大赛特等奖2项。教学实践成果证明，该课程群的建设有效促进了自动化专业的学生对嵌入式微机的组织与体系结构方面知识的掌握和运用，充分证明了课程群建设的有效性。 由于我们在自动化专业建设微机类课程群的时间较短，后续需要开展的工作还有很多。在今后的教学改革中，我们将在有效利用现有的仪器设备和师资等资源、提高实验教学层次方面继续进行课程群教学改革的实践。相信通过一系列的教学改革措施，一定会加强自动化专业的学生对嵌入式微机的掌握运用，为后续课程的学习及毕业设计打下坚实的基础。

文章来源：小型微型计算机系统 网址: http://xxwxjsjxt.400nongye.com/lunwen/itemid-13736.shtml

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