形象教學(xué)法在“微機原理”課中的應(yīng)用

1、形象教學(xué)法在“微機原理課中的應(yīng)用摘要微型計算機原理課程是一門理論性和理論性均很強的課程，具有內(nèi)容龐雜，知識點多且零散，前后內(nèi)容有所交織等特點。本文就課程內(nèi)容的組織編排和形象化教學(xué)法在PU工作過程、尋址方式、存儲器構(gòu)造和指令等教學(xué)中的應(yīng)用給予詳細(xì)的說明，理論證明，這樣的教學(xué)方式獲得很好的教學(xué)效果。關(guān)鍵詞微機原理理論教學(xué)教學(xué)過程形象化方法?微機原理?課程是高等院校理工科專業(yè)的一門重要的計算機技術(shù)根底課程，特別對于測控技術(shù)、電子信息、通信工程及電類相關(guān)專業(yè)本科生來說，是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計算機硬件知識和匯編語言程序設(shè)計及常用接口技術(shù)的入門課程。?微機原理?課程是一門理論性、理論性及應(yīng)用性均很強的課程，該

2、課程的主要任務(wù)是使學(xué)生從理論和理論上掌握現(xiàn)代微型計算機的系統(tǒng)根本組成和工作原理、編程技術(shù)、硬件的連接，建立微機系統(tǒng)的整體概念，使學(xué)生掌握微機電子控制系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)的根本方法，且具有初步的開發(fā)才能。由于?微機原理?課程的知識點比擬零散、抽象、理論性很強，學(xué)生普遍感到摸不著，看不見，不好學(xué)。以往學(xué)習(xí)成績很不理想，更不用說可以把所掌握的軟、硬件開發(fā)的知識有效地運用到簡單系統(tǒng)的開發(fā)上，為此，筆者從合理組織教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計教學(xué)過程，采用多種教學(xué)手段和方法，特別將形象化教學(xué)法應(yīng)用到理論教學(xué)過程中，收到了良好的教學(xué)效果。一、教學(xué)內(nèi)容的合理組織本課程以Intel8086微處理器為背景，從應(yīng)用角度，結(jié)合典型

3、微機系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)闡述微機的根本原理；微處理器、微型計算機和微機系統(tǒng)的根本概念；詳細(xì)介紹計算機運算基儲微處理器的內(nèi)部編程構(gòu)造、半導(dǎo)體存儲器的分類、根本組成、存儲容量的擴展及其設(shè)計、指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計的根本方法、輸入/輸出系統(tǒng)的根本概念、I/接口的編址方式以及控制方式；中斷的根本概念及中斷技術(shù)。簡單介紹常用可編程I/接口芯片的特點和使用技巧，以到達(dá)?微機原理及應(yīng)用?課程的完好性。本課程涉及內(nèi)容多且零散、前后內(nèi)容有所交織，學(xué)生初次接觸時往往覺得難學(xué)，所接收到的知識比擬散，理不出個頭緒來，因此，在教學(xué)過程中將相關(guān)的內(nèi)容科學(xué)地組合到一起，以PU存儲器接口這樣的微機系統(tǒng)構(gòu)造為根底，以“PU尋址獲取

4、待處理的數(shù)據(jù)計算輸出這樣簡單工作原理模型為主線，以“必需、夠用為原那么，將課本上那些零散的知識點連接起來，使得學(xué)生即可以對相關(guān)內(nèi)容進展總體上的把握，又可對某一個詳細(xì)的知識點進展縱向的擴展和橫向的比擬，對本課程知識的掌握大有好處。二、教學(xué)過程的設(shè)計理論課教學(xué)的施行主要是在課堂上通過教師進展知識傳授。教師在教學(xué)的過程中，扮演著極為重要的角色，教師對教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備，重點、難點的處理，課上的教學(xué)藝術(shù)直接影響著教學(xué)效果。通常，教師要經(jīng)歷“教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)過程的設(shè)計、課中處理教學(xué)重點、難點，上課過程利用各種教學(xué)手段和方法集中學(xué)生的注意力，并設(shè)法保持學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生跟上教師的思路。教師在掌控教學(xué)過程中是

5、要事先做好課堂教學(xué)過程的設(shè)計，這一過程我們主要通過引導(dǎo)提出問題、分析問題、解決問題來實現(xiàn)。用由表及里，解刨麻雀的方法，由簡單問題逐步深化，引出核心知識點。例如，第1章緒論中通過學(xué)生們對P機的認(rèn)知開始講解微型計算機系統(tǒng)的概念及組成，進而脫掉外衣，去掉打印機、顯示器等外圍設(shè)備，呈現(xiàn)給學(xué)生的是微型計算機，再去掉存儲設(shè)備、外圍接口，就剩下整個系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)開始認(rèn)知，較易理解概念及它們之間的區(qū)別；第二，引出本課程的重點。其效果遠(yuǎn)比介紹微處理器加設(shè)備再加外設(shè)的方式要好。設(shè)計用比照的、開展的方式介紹80

6、86、80386、PentiuIV微處理器的特點、組成，深化研究各類微處理器的內(nèi)在規(guī)律與聯(lián)絡(luò)，使學(xué)生懂得學(xué)習(xí)和掌握本課程的核心內(nèi)容和知識就可以動態(tài)地吸收新技術(shù)、新知識，可以主動地追趕上學(xué)科開展的步伐，。即完成了對微處理器開展的講解，相應(yīng)地也調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性，消除了學(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(jié)，我們將微型計算機看作一臺簡單的計算器，有存儲器、微處理器控制器、運算器、輸入/輸出接口組成，這些局部那么由總線控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線連接起來，并通過對簡單算式3+2*6的處理，將其工作過程簡述為“得到運算數(shù)據(jù)計算輸出運算結(jié)果三個步驟，得到要運算的數(shù)據(jù)即尋址

7、，計算和三步驟的協(xié)調(diào)那么由微處理器好比人的大腦控制，按照匯編程序指令執(zhí)行，計算那么在微處理器控制下，由運算器完成，輸出運算結(jié)果那么由輸入/輸出接口送出。在講解上述內(nèi)容的過程中，一方面引出微處理器組成及工作原理、存儲器、尋址找數(shù)據(jù)、指令、匯編程序設(shè)計、輸入輸出接口、總線時序等完成整個運算過程所涉及的內(nèi)容，即本課程的主要內(nèi)容；一方面學(xué)生們就會不自覺地想探究：存儲如何存儲的數(shù)據(jù)，存儲后的數(shù)據(jù)，大腦怎樣找到，計算機的大腦的構(gòu)造是怎樣設(shè)計的，各局部構(gòu)造如何完成運算和控制協(xié)調(diào)功能？計算的中間結(jié)果如何處理？等等。我們這樣設(shè)計教學(xué)過程，不僅引起學(xué)生的探究欲望，而且將本課程核心內(nèi)容和知識點有機的結(jié)合起來，使學(xué)生

8、對微型計算機系統(tǒng)工作過程有一個完好的、系統(tǒng)的概念。由于學(xué)生通常較容易理解、掌握信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理這一類邏輯推導(dǎo)性和規(guī)律性很強的課程，而對微機系統(tǒng)這樣多局部協(xié)調(diào)工作的抽象的概念理解困難，我們通過這樣的設(shè)計課程內(nèi)容和授課過程，讓學(xué)生從全局的高度理解系統(tǒng)，進而研究局部內(nèi)容。接下來，講述的是存儲器尋址方式、匯編語言程序調(diào)試軟件、指令系統(tǒng)和匯編程序設(shè)計方法。工作形式配置、三總線和總線周期讀寫時序、I口尋址方式、接口技術(shù)、存儲芯片。最后以總結(jié)本課程核心內(nèi)容和知識點的方式，介紹PU的引腳。一般的教材將存儲器、指令系統(tǒng)、尋址方式和PU構(gòu)造分別放在不同的章節(jié)。Intel8086PU編程構(gòu)造中，有通用存放器

9、AX、BX、X、DX和專用存放器BP、SP、DI、SI和指令指針存放器IP和段存放器等14個16位存放器可供程序員使用，這14個存放器貫穿了整個課程內(nèi)容_工作過程、尋址、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、I/接口，因此將這14個存放器的功能和用法是本課程教學(xué)的關(guān)鍵。我們在進展80 x86微處理器構(gòu)造的講解時，將存儲器的構(gòu)造及編址內(nèi)容、局部指令、尋址方式、段定義偽指令參加進來，例如，在講解累加器AX的作用后，學(xué)生們會產(chǎn)生疑問：AX的值是如何來的？為此，我們引入VAX，1234H，同時交代這是立即數(shù)尋址方式，也為存放器賦值；作為與立即數(shù)尋址的表示式的比照，引入VAX，1234H表示直接尋址存儲器內(nèi)容，引

10、入尋址方式作為講解AX存放器實例設(shè)計的教學(xué)過程，即給學(xué)生明析的AX概念，同時為后續(xù)章節(jié)的講解作了鋪墊。在講解專用存放器、段存放器和地址加法器功能時，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存放器DS、ES、SS、S和專用存放器BP、DI、SI、SP中，這時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)絡(luò)實際應(yīng)用來理解段存放器、通用存放器、地址加法器的功能；介紹存儲器的同時，引導(dǎo)學(xué)生探究存儲器段如何分配，PU如何知道？可以簡單介紹段定義偽指令，目的是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷完善對微機系統(tǒng)的理解，將

11、抽象問題逐步明朗化。到達(dá)更好的理解和掌握PU編程構(gòu)造中各部件的功能和實際作用。后續(xù)的各局部章節(jié)那么再系統(tǒng)講解相應(yīng)內(nèi)容指令系統(tǒng)、存儲器、匯編語言設(shè)計。引入實例更加深化學(xué)生對PU內(nèi)部組成元件的理解和和掌握，也為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)埋下伏筆。本理論課教學(xué)過程的設(shè)計思想是盡可能地將零散的知識點有機地結(jié)合起來，遵循重系統(tǒng)輕局部、重工作過程的原那么逐步使抽象的系統(tǒng)概念明朗化，使學(xué)生容易理解、容易掌握。經(jīng)過理論，一般在講解匯編語言程序設(shè)計時，同學(xué)們已根本掌握了微型機的工作過程，獲得了較好的教學(xué)效果。三、形象化教學(xué)法的應(yīng)用課堂教學(xué)效果的進步除了合理的組織教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計教學(xué)過程外，還采用多種教學(xué)方法，特別是形象化教學(xué)

12、法。形象化教學(xué)法即用日常熟悉的、簡單的、容易理解的現(xiàn)象解釋陌生的、復(fù)雜的、抽象的、不易理解事物和不易理解的概念?；驊?yīng)用視頻形象化地將復(fù)雜的工作過程和抽象的概念展示出來。形象化教學(xué)法有效的進步了學(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，我們將存儲器比作一幢辦公大樓，每個房間好比存儲器的每個存儲單元，為了方便使用和管理，通常辦公樓房間的門牌號是按樓層號序號進展編排的，每個樓層有不同的單位或職能部門。存儲器的存儲單元地址的編排也類似，段地址好似樓層號，不同的段有不同的用途；偏移地址好似門牌號中的序號，由于我們到了相應(yīng)樓層后，只找序號就可以找到相應(yīng)的房間

13、，因此偏移地址也稱為有效地址。例如，辦公樓201房間有4位教師，其中2是樓層號，01是本樓層房間序號，房間的內(nèi)容為4位教師；相應(yīng)的，假設(shè)存儲器地址為21000H，2000H為段地址，存儲在PU內(nèi)部的數(shù)據(jù)段存放器DS中，1000H為該段的一個存儲單元，存儲在通用存放器中，存儲單元內(nèi)部存儲的是數(shù)據(jù)或是一個存儲單元的有效地址數(shù)據(jù)。于是段存放器中的數(shù)據(jù)和通用存放器中的數(shù)據(jù)通過PU內(nèi)部地址累加器輸出地址信息21000H，這樣PU執(zhí)行部件就可以在內(nèi)存找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過這樣形象化的比擬，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(nèi)容的理解，就很容易的理解各種尋址方式

14、，這樣也可以對看不見的存儲器內(nèi)部構(gòu)造有清析的概念，同時借助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(yīng)用是采用多媒體動畫展示，例如，堆棧PUSH和出棧PP這一對指令的學(xué)習(xí)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那么“選進后出或后進先出，但是遇到如下程序段，就感到疑惑：先進為什么先出了？PUSHAXPUSHBXPPAXPPBX其中AX1234H，BX5678H，對于這樣的問題，除了強調(diào)指令的用法，我們還用多媒體動畫的形式展示，屏幕左面為動漫存儲器的變化，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、直觀的講解指令，同學(xué)們很容易理解到堆棧指令將存放器內(nèi)容壓入堆棧段，出棧那么是將內(nèi)存中的內(nèi)容送入指令中的存放器，同時也可很好的理解SP指針加減2的變化規(guī)律。四、結(jié)論總之，通過合理設(shè)計教學(xué)過程，組織教學(xué)內(nèi)容，采用形象化教學(xué)方法，學(xué)生根本可以掌握微型計算機原理課程的核心內(nèi)容和知識點，特別是在存儲器編址和尋址方式這一難于理解的局部。經(jīng)過幾年來的探究，微機原理課的教學(xué)效果得到明顯進步，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也得到進步。以下為近幾年測評的結(jié)果。0506通信工程平均成績74分，0607和0708年采用形象化教學(xué)法、合理的設(shè)計教學(xué)過程，學(xué)生平均成績分別為82分和83分，而且不及格人數(shù)也從0506年