工科计算机硬件课程的融合

精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 1 / 6 工科计算机硬件课程的融合 工科计算机硬件课程的融合 “微机原理与接口技术”“单片机原理与应用”等涉及计算机硬件的课程是高校自动化、测控、电气、电子、通信等专业的重要专业基础课程。这些课程有较强的理论性和实践性，课程信息量大、知识点多、概念抽象，学生普遍反映学习困难，不容易掌握。随着电子技术、计算机技术的发展，高校教育要求教授给学生的知识更加宽泛。这样就难免要添加许多新的课程，例如，“嵌入式系统”原本是研究生的课程，但是现在各大高校都在本科阶段开设。在相同学制下，要加入紧跟技术发展的新课程 ，就必然要压缩传统课程的教学学时。笔者从事高校教学工作十余年，连续讲授“微机原理与接口技术”和“单片机原理与应用”这两门课程超过八年，提出将两门课程的教学融合为一门课程的教学研究思路，以达到降低学时但不减弱讲授内容的教学目的。 1 课程对比分析 在两个学期分别安排上述两门课程是传统教学设置方式，这种思路源于强调各门课程的完整性和独立性，但是导致的最终结果就是在两门课程中部分内容出现了交叉重复。我们希望能将两门课程融合为一门课程来讲解，达到不同内容要讲清、相同内容要讲透的目的，这需要对两门课程进行全方位 的对比。 精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 2 / 6 程结构和教学意义对比 “微机原理与接口技术”课程主要介绍微型计算机的基本组成，以 088 为重点讲解微型计算机的 储器、中断系统和常用输入输出接口的工作原理及接口的设计方法；此外，还适当介绍 32 位 相关技术。学习该课程后，学生基本掌握计算机的组成及工作原理、常用接口芯片的使用方法，建立微型计算机的整机概念，并对现代高档微型计算机及其先进技术有所了解和认识。 “单片机原理与应用”课程主要以某一系列的单片机（国内通常讲授 主介绍其基本原 理、发展过程、汇编语言及程序设计，详细讲授单片机的扩展技术、输入输出通道接口、交互通道的配置与接口、单片机应用系统设计的基本方法及设计原理。为后续课程的学习及今后单片机的应用、分析、设计和开发提供必要的技术基础。 对上述两门课程的结构和意义进行分析得出：两门课程的讲授结构都是以处理器为中心，介绍整个系统的组成和基本原理，讲授接口的使用方法和设计方法。那么，我们能否将两门课程进行详细对比，用对比的方法来同时讲授两门课程呢？ 点讲授内容的对比 上述两门课程讲授的结构是相同的，但是在具体内容上 ，两者又有着明显的区别。我们完全可以在讲授中，以这精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 3 / 6 些区别作为重点让学生用对比的形式进行同一知识点、不同实例特性的学习，这更能提高学生的学习兴趣和学习效率。课程的重点讲授内容比较如表 1 所示。 通过表 1 可以看出两门课程在讲授中完全可以针对一个知识节点，通过对比来同时讲授两种主控器的特点。从内容上看，这两门计算机硬件课程具有融合成一门课程进行教学的条件，但是需要我们认真研究出一个教学上的突破口，来实现课程融合。 2 课程的融合研究 程融合主线 想要将两门课程进行融合，我们需要找到融合的主线，由主线贯穿教学的始终，支撑起课程的思想和内容。这个主线就应该是两者的最大共性和最大的异性，用它们来进行对比讲解，就能达到事半功倍的效果。 针对两门课程，最大的共性就是对寄存器的操作。不管是 行程序还是对外设编程进行数据的输入输出，其实都是对若干寄存器的设置与操作。 8086 通过片内 14 个 16 位寄存器， 51 单片机通过片内的特殊功能寄存器完成对程序、数据、堆栈的访问； 8086 访问外部设备，需要进行接口的扩展，需要对外部接口的寄存器进行设置和操作；而 51 单片机使用片内接口时，只需要对片内的特殊功能寄存器进 行操作，只有在扩展本身不具有的功能接口时，才需要对外部接精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 4 / 6 口的寄存器进行设置和操作。 我们也要找到两者的最大差异，就是各自的结构体系。8086 是冯诺依曼结构的代表，使用分段定义的形式来管理数据和程序存储空间，而且 8086 没有片内片外存储空间的区别，只有存储空间和端口地址的区分； 51 单片机则是哈佛结构的代表，严格界定数据空间和程序空间，区分片内片外存储空间，需要使用不同的指令来访问数据或程序空间，使用不同指令来访问片内片外数据存储区域。 通过对比两门课程最大的共性和异性，学生能很快抓住两者的主要特点， 在充分掌握两个处理器的系统知识后，对于接口部分的学习就会简单很多。接口扩展的片选方法两者是相同的，包括线选、部分译码和全译码方式，所以教师在介绍接口的寄存器定义时，只需强调当主控制器是不同处理器时，按各自的地址管理方式通过端口地址访问来进行设置和操作即可。这样的对比教学，可以让学生对两门课程的主控器特点都加以认识和学习，实现强化共同点，突出不同点的融合目的。 学方法及实验安排 在教学手段和方法上，我们需要摆脱传统的灌输式教学方式，考虑如何激发学生的学习兴趣，启发学生的思维，发挥学生的创造性， 这是改进教学方法的重点和难点。实行启发式和讨论式教学，利用多媒体课件提升课堂效果，这些都精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 5 / 6 是目前高校教学的常用改革方式。但是，随着通信技术的发展，教师要充分发挥新媒体在知识传播上的巨大作用，利用计算机、手机和学生随时交流并给予指导，帮助学生在网络中寻找感兴趣的学习资料，引导学生自主学习。针对这两门课程的融合教学，可以推荐讲授 真软件，该软件对 8088/8086 处理器和 51 单片机都可以进行系统设计和仿真，培养学生的电子电路设计能力，这也是学习计算机硬件课程应该具备的一种技能。如学生使用该软件遇到问 题时，可以上网查询正确的解决办法，这能培养学生网络筛选查阅相关资料的自学能力。 要将两门课程融合，还需要对实验项目和内容进行合理的安排。以讲授内容为基础，我们可以安排两两成对的 5 组实验：编程语言和编程环境实验、综合程序编程实验、中断管理编程实验、定时 /计数配合并行接口的综合实验、接口扩展综合实验。每组实验都分别用两个处理器为主控单元来完成，在综合实验部分可以安排学生设计 8086 和 51 单片机之间的串行通信实验，让学生体会：虽然针对不同处理器实现控制的手段不同，但用不同的手段来实现共同的控制要求才是学习计算 机硬件课程的目标。如果教学计划允许，可以在课程学习结束后，安排两周的课程设计。在此环节，老师可以讲授系统设计的方法，随后给出若干设计要求，让学生自主选择一个主控器来完成设计任务，达到让学生初步融会精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 6 / 6 贯通所学知识的目的。 时安排与分配 大部分学校对“微机原理与接口技术”课程通常设置 72学时，其中有 5 8 个实验占 10 16 学时；“单片机原理与应用”课程通常设置 56 学时，实验也有 5 8 个，占 10 16学时。课程融合的目的之一就是为了减少课时数，如果我们安排 16 周，每周 6 学时，那么就有 96 学时，其中实 验为 20学时。最后再安排两周的课程设计。这样的课程设置，可以使我们用一个学