形象教學(xué)法在“微機原理”課中的應用論文
摘要：微型計算機原理課程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性均很強的課程，具有內容龐雜，知識點(diǎn)多且零散，前后內容有所交錯等特點(diǎn)。本文就課程內容的組織編排和形象化教學(xué)法在CPU工作過(guò)程、尋址方式、存儲器結構和指令等教學(xué)中的應用給予詳細的說(shuō)明，實(shí)踐證明，這樣的教學(xué)方式取得很好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：微機原理理論教學(xué)教學(xué)過(guò)程形象化方法
《微機原理》課程是高等院校理工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的計算機技術(shù)基礎課程，特別對于測控技術(shù)、電子信息、通信工程及電類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生來(lái)說(shuō)，是學(xué)生學(xué)習和掌握計算機硬件知識和匯編語(yǔ)言程序設計及常用接口技術(shù)的入門(mén)課程�！段C原理》課程是一門(mén)理論性、實(shí)踐性及應用性均很強的課程，該課程的主要任務(wù)是使學(xué)生從理論和實(shí)踐上掌握現代微型計算機的系統基本組成和工作原理、編程技術(shù)、硬件的連接，建立微機系統的整體概念，使學(xué)生掌握微機電子控制系統軟、硬件開(kāi)發(fā)的基本方法，且具有初步的開(kāi)發(fā)能力。
由于《微機原理》課程的知識點(diǎn)比較零散、抽象、理論性很強，學(xué)生普遍感到摸不著(zhù)，看不見(jiàn)，不好學(xué)。以往學(xué)習成績(jì)很不理想，更不用說(shuō)能夠把所掌握的軟、硬件開(kāi)發(fā)的知識有效地運用到簡(jiǎn)單系統的開(kāi)發(fā)上，為此，筆者從合理組織教學(xué)內容，精心設計教學(xué)過(guò)程，采用多種教學(xué)手段和方法，特別將形象化教學(xué)法應用到理論教學(xué)過(guò)程中，收到了良好的教學(xué)效果。
一、教學(xué)內容的合理組織
本課程以Intel8086微處理器為背景，從應用角度，結合典型微機系統設計系統闡述微機的基本原理；微處理器、微型計算機和微機系統的基本概念；詳細介紹計算機運算基礎、微處理器的內部編程結構、半導體存儲器的分類(lèi)、基本組成、存儲容量的擴展及其設計、指令系統及匯編語(yǔ)言程序設計的基本方法、輸入/輸出系統的基本概念、I/O接口的編址方式以及控制方式；中斷的基本概念及中斷技術(shù)。簡(jiǎn)單介紹常用可編程I/O接口芯片的特點(diǎn)和使用技巧，以達到《微機原理及應用》課程的完整性。
本課程涉及內容多且零散、前后內容有所交錯，學(xué)生初次接觸時(shí)往往覺(jué)得難學(xué)，所接收到的知識比較散，理不出個(gè)頭緒來(lái)，因而，在教學(xué)過(guò)程中將相關(guān)的內容科學(xué)地組合到一起，以CPU—存儲器—接口這樣的微機系統結構為基礎，以“CPU尋址獲取待處理的數據—計算——輸出”這樣簡(jiǎn)單工作原理模型為主線(xiàn)，以“必需、夠用”為原則，將課本上那些零散的知識點(diǎn)連接起來(lái)，使得學(xué)生即可以對相關(guān)內容進(jìn)行總體上的把握，又可對某一個(gè)具體的知識點(diǎn)進(jìn)行縱向的擴展和橫向的比較，對本課程知識的掌握大有益處。
二、教學(xué)過(guò)程的設計
理論課教學(xué)的實(shí)施主要是在課堂上通過(guò)教師進(jìn)行知識傳授。教師在教學(xué)的過(guò)程中，扮演著(zhù)極為重要的角色，教師對教學(xué)內容的準備，重點(diǎn)、難點(diǎn)的處理，課上的教學(xué)藝術(shù)直接影響著(zhù)教學(xué)效果。通常，教師要經(jīng)歷“教學(xué)準備、教學(xué)過(guò)程的設計、課中處理教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，上課過(guò)程利用各種教學(xué)手段和方法集中學(xué)生的注意力，并設法保持學(xué)生的注意力，引導學(xué)生跟上教師的思路。教師在掌控教學(xué)過(guò)程中是要事先做好課堂教學(xué)過(guò)程的設計，這一過(guò)程我們主要通過(guò)引導提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題來(lái)實(shí)現。用由表及里，解刨麻雀的方法，由簡(jiǎn)單問(wèn)題逐步深入，引出核心知識點(diǎn)。
例如，第1章緒論中通過(guò)學(xué)生們對PC機的認知開(kāi)始講解微型計算機系統的概念及組成，進(jìn)而脫掉外衣，去掉打印機、顯示器等外圍設備，呈現給學(xué)生的是微型計算機，再去掉存儲設備、外圍接口，就剩下整個(gè)系統的控制中心－微處理器，這樣講述微處理器、微型計算機、微型計算機系統的概念，學(xué)生容易記憶，其效果：第一同學(xué)們由熟悉的系統開(kāi)始認知，較易理解概念及它們之間的區別；第二，引出本課程的重點(diǎn)。其效果遠比介紹微處理器加設備再加外設的方式要好。
設計用對比的、發(fā)展的方式介紹8086、80386、PentiumIV微處理器的特點(diǎn)、組成，深入研究各類(lèi)微處理器的內在規律與聯(lián)系，使學(xué)生懂得學(xué)習和掌握本課程的核心內容和知識就能夠動(dòng)態(tài)地吸收新技術(shù)、新知識，能夠主動(dòng)地追趕上學(xué)科發(fā)展的步伐，。即完成了對微處理器發(fā)展的講解，相應地也調動(dòng)了學(xué)生學(xué)習本課程的積極性，打消了學(xué)生那種“為什么用奔騰學(xué)86”的抱怨。
在講解微計算機的組成一節，我們將微型計算機看作一臺簡(jiǎn)單的計算器，有存儲器、微處理器（控制器）、運算器、輸入/輸出接口組成，這些部分則由總線(xiàn)（控制總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)）連接起來(lái)，并通過(guò)對簡(jiǎn)單算式（3+2）*6的處理，將其工作過(guò)程簡(jiǎn)述為“得到運算數據——計算——輸出運算結果”三個(gè)步驟，得到要運算的數據即尋址，計算和三步驟的協(xié)調則由微處理器（好比人的大腦）控制，按照匯編程序指令執行，計算則在微處理器控制下，由運算器完成，輸出運算結果則由輸入/輸出接口送出。在講解上述內容的過(guò)程中，一方面引出微處理器組成及工作原理、存儲器、尋址（找數據）、指令、匯編程序設計、輸入＼輸出接口、總線(xiàn)時(shí)序等完成整個(gè)運算過(guò)程所涉及的內容，即本課程的主要內容；一方面學(xué)生們就會(huì )不自覺(jué)地想探究：存儲如何存儲的數據，存儲后的數據，大腦怎樣找到，計算機的大腦的結構是怎樣設計的，各部分結構如何完成運算和控制協(xié)調功能？計算的中間結果如何處理？等等。我們這樣設計教學(xué)過(guò)程，不僅引起學(xué)生的探究欲望，而且將本課程核心內容和知識點(diǎn)有機的結合起來(lái)，使學(xué)生對微型計算機系統工作過(guò)程有一個(gè)完整的、系統的概念。
由于學(xué)生通常較容易理解、掌握信號與系統、數字信號處理這一類(lèi)邏輯推導性和規律性很強的課程，而對微機系統這樣多部分協(xié)調工作的抽象的概念理解困難，我們通過(guò)這樣的設計課程內容和授課過(guò)程，讓學(xué)生從全局的高度理解系統，進(jìn)而研究局部?jì)热荨?/p>
接下來(lái)，講述的是存儲器尋址方式、匯編語(yǔ)言程序調試軟件、指令系統和匯編程序設計方法。工作模式配置、三總線(xiàn)和總線(xiàn)周期（讀寫(xiě)時(shí)序）、I＼O口尋址方式、接口技術(shù)、存儲芯片。最后以總結本課程核心內容和知識點(diǎn)的方式，介紹CPU的引腳。
一般的教材將存儲器、指令系統、尋址方式和CPU結構分別放在不同的章節。Intel8086CPU編程結構中，有通用寄存器AX、BX、CX、DX和專(zhuān)用寄存器BP、SP、DI、SI和指令指針寄存器IP和段寄存器等14個(gè)16位寄存器可供程序員使用，這14個(gè)寄存器貫穿了整個(gè)課程內容_工作過(guò)程、尋址、指令系統、匯編語(yǔ)言程序設計、I/O接口，因此將這14個(gè)寄存器的.功能和用法是本課程教學(xué)的關(guān)鍵。我們在進(jìn)行80x86微處理器結構的講解時(shí)，將存儲器的結構及編址內容、部分指令、尋址方式、段定義偽指令加入進(jìn)來(lái)，例如，在講解累加器AX的作用后，學(xué)生們會(huì )產(chǎn)生疑問(wèn)：AX的值是如何來(lái)的？為此，我們引入MOVAX，1234H，同時(shí)交代這是立即數尋址方式，也為寄存器賦值；作為與立即數尋址的表示式的對比，引入MOVAX，「1234H」表示直接尋址存儲器內容，引入尋址方式作為講解AX寄存器實(shí)例設計的教學(xué)過(guò)程，即給學(xué)生明析的AX概念，同時(shí)為后續章節的講解作了鋪墊。
在講解專(zhuān)用寄存器、段寄存器和地址加法器功能時(shí)，引入存儲器編址。存儲器是分段的，段地址和有效地址分別存儲在段寄存器DS、ES、SS、CS和專(zhuān)用寄存器BP、DI、SI、SP中，這時(shí)可以介紹存儲器的其他尋址方式（相對尋址、間接尋址）；而存儲器的分段的地址如何找到？物理地址＝段地址x16+偏移地址，目的在于學(xué)生可以聯(lián)系實(shí)際應用來(lái)理解段寄存器、通用寄存器、地址加法器的功能；介紹存儲器的同時(shí)，引導學(xué)生探究存儲器段如何分配，CPU如何知道？可以簡(jiǎn)單介紹段定義偽指令，目的是讓學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中不斷完善對微機系統的理解，將抽象問(wèn)題逐步明朗化。達到更好的理解和掌握CPU編程結構中各部件的功能和實(shí)際作用。后續的各部分章節則再系統講解相應內容－指令系統、存儲器、匯編語(yǔ)言設計。引入實(shí)例更加深入學(xué)生對CPU內部組成元件的理解和和掌握，也為后續章節的學(xué)習埋下伏筆。
本理論課教學(xué)過(guò)程的設計思想是盡可能地將零散的知識點(diǎn)有機地結合起來(lái)，遵循重系統輕局部、重工作過(guò)程的原則逐步使抽象的系統概念明朗化，使學(xué)生容易理解、容易掌握。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，一般在講解匯編語(yǔ)言程序設計時(shí)，同學(xué)們已基本掌握了微型機的工作過(guò)程，取得了較好的教學(xué)效果。
三、形象化教學(xué)法的應用
課堂教學(xué)效果的提高除了合理的組織教學(xué)內容，設計教學(xué)過(guò)程外，還采用多種教學(xué)方法，特別是形象化教學(xué)法。
形象化教學(xué)法即用日常熟悉的、簡(jiǎn)單的、容易理解的現象解釋陌生的、復雜的、抽象的、不易了解事物和不易理解的概念�；驊靡曨l形象化地將復雜的工作過(guò)程和抽象的概念展示出來(lái)。形象化教學(xué)法有效的提高了學(xué)生對抽象概念和事物的理解。
在“微機原理”課程中，存儲器編址和尋址方式是學(xué)生不易理解的難點(diǎn)，我們將存儲器比作一幢辦公大樓，每個(gè)房間好比存儲器的每個(gè)存儲單元，為了方便使用和管理，通常辦公樓房間的門(mén)牌號是按樓層號＋序號進(jìn)行編排的，每個(gè)樓層有不同的單位或職能部門(mén)。存儲器的存儲單元地址的編排也類(lèi)似，段地址好似樓層號，不同的段有不同的用途；偏移地址好似門(mén)牌號中的序號，由于我們到了相應樓層后，只找序號就可以找到相應的房間，因此偏移地址也稱(chēng)為有效地址。例如，辦公樓201房間有4位老師，其中2是樓層號，01是本樓層房間序號，房間的內容為4位老師；相應的，若存儲器地址為21000H，2000H為段地址，存儲在CPU內部的數據段寄存器DS中，1000H為該段的一個(gè)存儲單元，存儲在通用寄存器中，存儲單元內部存儲的是數據或是一個(gè)存儲單元的有效地址數據。于是段寄存器中的數據和通用寄存器中的數據通過(guò)CPU內部地址累加器輸出地址信息21000H，這樣CPU執行部件就可以在內存找到相應的數據。通過(guò)這樣形象化的比擬，學(xué)生很容易理解段地址、偏移地址（有效地址）、物理地址的概念。有了對存儲器地址和存儲單元內容的理解，就很容易的理解各種尋址方式，這樣也可以對看不見(jiàn)的存儲器內部結構有清析的概念，同時(shí)借助DEBUG軟件可以很好地掌握各種尋址方式下存儲器的變化。
形象化教學(xué)法在尋址方式教學(xué)中的應用是采用多媒體動(dòng)畫(huà)展示，例如，堆棧PUSH和出棧POP這一對指令的學(xué)習中，以前很多同學(xué)掌握了堆棧的物理意義和作用以及壓棧＼出棧的原則“選進(jìn)后出或后進(jìn)先出”，但是遇到如下程序段，就感到疑惑：先進(jìn)為什么先出了？
PUSHAX
PUSHBX
POPAX
POPBX
其中AX＝1234H，BX＝5678H，對于這樣的問(wèn)題，除了強調指令的用法，我們還用多媒體動(dòng)畫(huà)的形式展示，屏幕左面為動(dòng)漫存儲器的變化，右邊為逐條顯示指令，這樣每顯示一條指令，左邊圖像顯示變化，這樣形象、直觀(guān)的講解指令，同學(xué)們很容易了解到堆棧指令將寄存器內容壓入堆棧段，出棧則是將內存中的內容送入指令中的寄存器，同時(shí)也可很好的理解SP指針加減2的變化規律。
四、結論
總之，通過(guò)合理設計教學(xué)過(guò)程，組織教學(xué)內容，采用形象化教學(xué)方法，學(xué)生基本能夠掌握微型計算機原理課程的核心內容和知識點(diǎn)，特別是在存儲器編址和尋址方式這一難于理解的部分。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的摸索，微機原理課的教學(xué)效果得到明顯提高，學(xué)生的學(xué)習熱情也得到提高。以下為近幾年測評的結果。05－06通信工程平均成績(jì)74分，06－07和07－08年采用形象化教學(xué)法、合理的設計教學(xué)過(guò)程，學(xué)生平均成績(jì)分別為82分和83分，而且不及格人數也從05－06年以前的6、7人下降為3人，普遍成績(jì)明顯提高。因此，筆者認為合理的內容安排和教學(xué)過(guò)程的組織，采用形象化教學(xué)方法可以極大地提高“微機原理”課的理論課教學(xué)效果。
參考文獻
1.閻波.關(guān)于微機系統原理與接口技術(shù)課程的改革與探索.電子科技大學(xué)學(xué)報社科版,2005;7(增刊)
2.盧桂琳.簡(jiǎn)化微型機工作過(guò)程的模型的教學(xué)方法在〈微型機原理〉教學(xué)中的應用.中國科技信息,2007;(5)
3.羅明東.當代教育改革新探索[M].昆明：云南科技出版社，2001
4.戴梅萼.微型計算機技術(shù)及應用.清華大學(xué)出版社
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