“微機(jī)原理與接口”課程在不同專業(yè)中的定位及講授藝術(shù)研究

“微機(jī)原理與接口”課程在不同專業(yè)中的定位及講授藝術(shù)研究摘要：作為高等工科院校電類各專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)電一體化、過(guò)程裝備與控制等工科專業(yè)必修的課程之一，文章分析了目前“微機(jī)原理”課程的教學(xué)現(xiàn)狀；從培養(yǎng)應(yīng)用型人才的角度出發(fā)，論證和探討了課程在不同專業(yè)中的定位及講授藝術(shù)。關(guān)鍵詞：微機(jī)原理；施教對(duì)象；講授藝術(shù)1引言“微機(jī)原理與接口”課程（以下簡(jiǎn)稱“微機(jī)原理”）一直作為高等院校電類各專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)電一體化、過(guò)程裝備與控制、化工儀器儀表等工科專業(yè)必修的課程之一（電類為專業(yè)基礎(chǔ)課）。近年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)及其相關(guān)的技術(shù)以超常的速度跟進(jìn)，新技術(shù)新設(shè)備層出不窮，使得微機(jī)原理課程的內(nèi)容越來(lái)越多；另外，計(jì)算機(jī)及其相關(guān)產(chǎn)品越來(lái)越多地沖擊著人們的工作方式和生活方式，高等院校中越來(lái)越多的理工科專業(yè)要求開設(shè)微機(jī)原理（計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)）課程。然而，正是微機(jī)原理課程教學(xué)內(nèi)容量大,教學(xué)對(duì)象面廣,各類專業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)差別較大，使得非計(jì)算機(jī)、非電專業(yè)的學(xué)生感到抽象難學(xué)；另外，部分學(xué)校課程名稱及授課內(nèi)容較混亂，如同是微機(jī)原理課程,有的班級(jí)上80X86,有的班上8051（多為機(jī)械專業(yè)等非電專業(yè)，建議課程名稱應(yīng)統(tǒng)一為“微機(jī)原理及接口技術(shù)”和“單片機(jī)原理及應(yīng)用”）；第三，在教學(xué)時(shí)數(shù)上課時(shí)差別教大，多為:計(jì)算機(jī)專業(yè):60—80學(xué)時(shí)；電類專業(yè)：60—75學(xué)時(shí)；機(jī)械類專業(yè)：40—50學(xué)時(shí)；第四，基礎(chǔ)知識(shí)差別大：計(jì)算機(jī)專業(yè)有先導(dǎo)課“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”、“計(jì)算機(jī)組成原理”，還有平行開設(shè)的“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”；電類專業(yè)有模電/數(shù)電等先導(dǎo)課程；其他理工類專業(yè)（如機(jī)械類專業(yè)）卻只有僅僅是把電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、電機(jī)學(xué)、變流技術(shù)等整合為一門課的電工學(xué)，以及“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”?？梢娪邢迣W(xué)時(shí)下微機(jī)原理課程要在不同施教對(duì)象中按照“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用”的宗旨，因材施教并非一件易事。此外，由于計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)發(fā)展很快，而且硬件新技術(shù)、匯編語(yǔ)言新版本大多和原有的基礎(chǔ)技術(shù)一脈相承，所以有些老師覺得講授最新的更好，而有些老師則認(rèn)為還是講授基礎(chǔ)性知識(shí)好，兩者難于統(tǒng)一。本課題研究小組經(jīng)過(guò)大量的研究實(shí)踐，在本校教學(xué)中大膽進(jìn)行改革，把“微機(jī)原理與接口”課程（“計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)”）分成3~4個(gè)授課層次（如A、B、C、D類）分別制定出不同的教學(xué)大綱來(lái)執(zhí)行，因材施教，各取所需。2在計(jì)算機(jī)專業(yè)中把握好整體與個(gè)體、取與舍的辯證關(guān)系微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得微機(jī)原理課程包羅了太多的內(nèi)容：除了指導(dǎo)委員會(huì)確定的七個(gè)基本知識(shí)單元（微處理器、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)、輸入和輸出、I/O接口技術(shù)和微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)）之外，32位、64位CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)及多級(jí)流水線工作原理、虛地址下的尋址過(guò)程、高檔CPU新增指令及MASM32匯編語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)范（乃至WIN32編程等）、段頁(yè)存貯管理及芯片組、總線標(biāo)準(zhǔn)（EISA、PCI、USB等）等新內(nèi)容也不能不涉及。如果仍然僅以8086CPU來(lái)講授，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，未免過(guò)于落后，因?yàn)?086CPU和現(xiàn)用的Pentium相比，至少已經(jīng)淘汰了三代；另外，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了先導(dǎo)課“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”、“計(jì)算機(jī)組成原理”，“計(jì)算機(jī)”和“80X86微機(jī)”二者是整體與個(gè)體、一般與特殊的關(guān)系，并且一般還有與“微機(jī)原理”同步開設(shè)的“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”（一般開設(shè)順序多為：匯編語(yǔ)言→微機(jī)原理→接口技術(shù)[→單片機(jī)應(yīng)用]），因此，在有限學(xué)時(shí)下，象數(shù)制、原碼、補(bǔ)碼加減原理、ALU原理、16位匯編語(yǔ)言等部分完全應(yīng)從簡(jiǎn)處理，而應(yīng)重點(diǎn)講授80386/80486/Pentium內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理、存貯管理技術(shù)（包括段頁(yè)式存貯管理、Cache原理與訪問(wèn)管理、虛擬存貯管理）、I/O接口及外設(shè)接口（硬、軟盤驅(qū)動(dòng)器接口、網(wǎng)絡(luò)與通信接口、打印機(jī)接口等）、芯片組技術(shù)，總線標(biāo)準(zhǔn)與接口技術(shù)（ISA、PCI、USB等）等，尤其是8086/8088時(shí)代的接口芯片多數(shù)已淘汰，新的芯片組在結(jié)構(gòu)和功能上已與早期芯片具有本質(zhì)區(qū)別，所以將原來(lái)側(cè)重芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改為側(cè)重芯片應(yīng)用是必由之路。這樣才符合“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用”的培養(yǎng)目標(biāo)。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)專業(yè)的“微機(jī)原理”教學(xué)大綱的制訂絕對(duì)不是孤立的，比如32位匯編語(yǔ)言和Win32編程如果在“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”大綱中要求掌握的話，“微機(jī)原理”大綱就可另辟重點(diǎn)。3在電類各專業(yè)中把握好一般到特殊、基礎(chǔ)與應(yīng)用的辯證關(guān)系“微機(jī)原理與接口”是電類各專業(yè)處于核心地位的專業(yè)基礎(chǔ)課，本專業(yè)的學(xué)生在此之前有些雖沒有學(xué)過(guò)“組成原理”、“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等課，但諸如匯編語(yǔ)言、中斷、定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)、存貯器擴(kuò)展、串并口擴(kuò)展、總線標(biāo)準(zhǔn)等都是后備課如“單片機(jī)原理與接口”、“計(jì)算機(jī)控制”、“可編程控制器PLC”、“DSP數(shù)字信號(hào)處理”等課（電類專業(yè)一般為：微機(jī)原理及接口技術(shù)60—80學(xué)時(shí)→單片機(jī)原理及應(yīng)用40—60學(xué)時(shí)）以及日后從事科研所必需的，尤其是“單片機(jī)原理與接口”和“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”的學(xué)習(xí)必須以“微機(jī)原理及接口技術(shù)”奠基。事實(shí)上，從“微機(jī)原理”到“單片機(jī)原理”是一般到特殊的關(guān)系，“單片機(jī)原理”是“微機(jī)原理”的后補(bǔ)課程，兩門課都是實(shí)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)好了微機(jī)原理，單片機(jī)原理是稍學(xué)即會(huì)。象微機(jī)原理中的地址、寄存器、鎖存器、控制字、堆棧、中斷、定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)等概念可在單片機(jī)原理課程學(xué)習(xí)中直接應(yīng)用；但是，工業(yè)過(guò)程控制中用的更多的是單片機(jī)控制和PLC控制（即使象網(wǎng)絡(luò)控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制其終端實(shí)現(xiàn)也一般用單片機(jī)或PLC控制），所以和單片機(jī)共有的匯編語(yǔ)言、CPU結(jié)構(gòu)原理，存儲(chǔ)器擴(kuò)展、并/串行口擴(kuò)展、總線、LED及鍵盤的接口等內(nèi)容的講述要不厭其煩，舉一反三，而前述的計(jì)算機(jī)專業(yè)所側(cè)重的高檔CPU的段頁(yè)式存貯管理、Pentium結(jié)構(gòu)及芯片組、硬、軟驅(qū)接口、MASM32及Win32編程技術(shù)等雖不能不提，但應(yīng)適當(dāng)從簡(jiǎn)，不要讓學(xué)生感到既多又雜，抽象難學(xué)，甚至出現(xiàn)畏難情緒，要知道，基本原理部分如果不理解透徹，單片機(jī)應(yīng)用及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)就無(wú)所適從，而且直接影響著畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。4在非電、非計(jì)算機(jī)理工類專業(yè)中把握好基本原理與一般原理、開與合的辯證關(guān)系由于微機(jī)（單片機(jī)、PLC）作為智能化機(jī)電產(chǎn)品的大腦與心臟，在超精密加工、數(shù)控機(jī)床、機(jī)電一體化、機(jī)器人技術(shù)中有著日益廣泛的應(yīng)用，使得微機(jī)原理（有的學(xué)校開設(shè)微機(jī)原理課，但實(shí)際講授內(nèi)容為“單片機(jī)原理”）也成為機(jī)電一體化、過(guò)程裝備等機(jī)類專業(yè)學(xué)生必修的一門課程，但是在授課過(guò)程中我們明顯感到兩點(diǎn)：第一，學(xué)生與微機(jī)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，因?yàn)樗麄儍H僅是把電路、模電、數(shù)電、電機(jī)學(xué)、變流技術(shù)等整合成一門電工學(xué)去學(xué)的，觸發(fā)器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器等知識(shí)中的部分，甚至全部?jī)?nèi)容都是蜻蜓點(diǎn)水、點(diǎn)到為止，沒有深入學(xué)習(xí)；第二，在機(jī)械類專業(yè)中“微機(jī)原理”課程學(xué)時(shí)很有限，一般在40-50學(xué)時(shí)之間；基于上述原因，學(xué)過(guò)兩周該課的大多數(shù)同學(xué)反映，該課抽象難懂，神秘莫測(cè)。所以一開始應(yīng)把數(shù)制及典型單元電路的原理講清楚以揭開CPU的神秘面紗；要有重點(diǎn)有選擇地講清其原理，如門控電路及控制字，一位ALU的結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)CPU取指令和執(zhí)行指令的過(guò)程、步驟。另外，對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生來(lái)講，他們掌握單片機(jī)原理可能比8086原理更重要，所以在8086原理講完后，最好花幾個(gè)課時(shí)介紹8051等單片機(jī)，8051和80X86同為Intel/r/