问题驱动和实例贯穿模式的微机接口技术课程教学改革

　　文章编号：1672-5913（2017）05-0048-04

　　中图分类号：G642

　　0 引 言

　　微机接口技术是一门以硬件知识为主，软硬件结合的课程，它的原理性、实践性、综合性都很强。课程内容涉及I/O端口地址译码技术、中断系统、存储器接口以及常用I/O接口硬件（并行接口、串行接口、定时器/计数器、数/模转换和模/数转换等）的功能、内部结构、外部信号、工作原理及编程应用。由于课程内容繁杂、概念抽象、知识点分散却又紧密联系和相互交叉，既需要从系统的角度理解各个部分的逻辑关系，又要理论联系实际，因此，对于一贯“欺软怕硬”的学生来说，该课程是一根难啃的骨头。在传统的“重理论、轻应用”的教学模式下，不少学生更是感觉该课程枯燥难懂，思路不清晰，实际应用能力差，工程化能力不足。因此，有必要将新的教学模式引入到微机接口技术的教学过程中。

　　1 基于“问题驱动、实例贯穿”的教学模式

　　近年来，国内外一些学者先后提出将“实例化”教学法、“问题驱动”教学法等应用于微机原理与接口技术课程教学中[1-4]。“实例化”教学法是指教师选择实用而不复杂的产品作为实例，引出相关理论知识，引导学生理解、模仿，将零散知识点串联起来，从而达到活学活用的教学目的。“问题驱动”教学法是教师以设计的问题为基础，以学生为中心， 以引导为手段，采取互动协作和自主探索等方式开展学习、解决实际问题的教学方法。然而，在教学实践中发现，单纯使用“实例化”教学法从实际应用出发，能激发学生学习兴趣，让学生了解解决问题大概的方法，但由于理论基础不足，学生对实例的具体理解与模仿比较困难；而单一运用“问题驱动”教学法时，虽然能够使学生在解决一个个分解的问题过程中掌握理论知识，但是学生的综合应用能力还是不足。因此，我们尝试将“实例化”和“问题驱动”教学法相结合，采用“问题驱动、实例贯穿”的教学模式，以实例开发过程为框架，以问题驱动为线索，达到优势互补，教学相长，提高教学质量的目的。

　　在“问题驱动、实例贯穿”教学模式下，教师要选取既典型又不复杂的案例，贯穿课堂教学的每一个环节，通过案例引入新知识，作为学习模板，融会贯通知识点；围绕实例的开发过程作为框架，以“问题驱动”为线索，将大问题划分为具体的、细化的小问题，引导学生按照提出问题―分析问题―解决问题的方法进行主动学习。

　　2 课堂教学改革

　　2.1 以实例开发过程为框架

　　“问题驱动、实例贯穿”教学法是以实例的开发过程作为框架，比如学习接口芯片应用，首先通过实例功能分析引入相关接口芯片的用途、性能等；接着按照芯片选用、接口电路设计、软件设计3个开发步骤，分?e引入芯片的相关原理与应用。接口芯片应用学习框架如图1所示。

　　实例的选取很关键，要既典型又不过于复杂，如果实例太复杂，教师难以展开教学，学生难以入门；如果实例太简单，就起不到融会贯通知识点、提高学生综合应用能力的效果。那些既可以简化又能延伸的实例比较合适，比如在学习定时计数芯片8254时，使用一组灯光控制的实例，灯光可以设置为亮1秒钟再暗1秒钟，闪烁10次后熄灭，由此引出计数和定时的概念；然后讲解简化了的实例“实现亮1秒钟再暗1秒钟” 的开发过程，再进一步研究整个实例；最后扩展为“设置8个灯光不同的亮灭规则，比如流水灯”等综合实例。这样由一个实例把一类问题由浅入深地搞透。有些实例之间还可以联系起来，比如，8255芯片学习中，使用8255的输出功能和软件延时的方法实现定时计数章节中的灯光闪烁的实例，引导学生比较不同方法的区别，进一步结合两种方法，用第三种方法实现实例。

　　除了整块章节知识点可以使用一个贯穿的、灵活的实例，也可以在一个小的知识点使用多个实例。比如，学习CPU与接口交换数据的方式，提出控制交通灯、打印文件、报警系统、批量传送数据等4个实例，让学生匹配合适的交换方式。通过实例开发过程的比较，引导学生从应用的角度对接口理论有清晰的感性认识。

　　2.2 以问题驱动为线索

　　“问题驱动”是指教学过程是在实例框架下，以问题为线索来展开。实例的开发过程实际上是解决问题的过程，问题要一步步解决，需把大问题划分为小问题。教师在进行问题划分时，既要注重课程知识点的涵盖，也要注重问题之间的关联性，使学生能循序渐进、环环相扣地消化吸收课程的基础理论和方法。因此，老师事前要充分准备，适时提出问题，引导学生通过思考、模仿、讨论等方式来理解和分析问题；最后老师根据课堂情况，进行反馈强化，针对性地进行讲解，最终引导学生解决问题。

　　课堂上，常常通过问题引入知识点。比如：“打上课铃后定时45分钟，就打下课铃，这是定时。数数上课时有几个同学在低头玩手机，这是计数。那么请同学们举例说说计算机应用、工业控制领域有哪些定时和计数的应用呢？”“你们的主机或笔记本有并行接口吗？通常什么外设是通过并口和计算机连接的？”，通过问题的讨论，老师了解了学生对相关知识的认识程度，引导学生分类归纳整理。

　　当进一步理解概念时，通过问题来启发同学们观察、对比从而进行更深入的理解。比如，理解定时与计数的关系，“拍照时候我们数1、2、3，假设每1秒钟数一下，数到几秒就拍呢？”“请大家观察并口示意图、串口示意图，找找串并口的区别在哪里？”

　　随着课程内容的推进，围绕预设的各种问题进行启发、展开讨论和总结。比如从“串口并口速度谁更快”延伸出“串久必并、并久必串”的演变过程，从“8254芯片使用哪几种工作方式可以作为分频器使用”引出8254芯片6种工作方式的归纳比较。

　　3 “问题驱动、实例贯穿”教学模式在课堂教学中的综合应用 　　以模数转换器章节为例，讨论“问题驱动、实例贯穿”模式在课堂教学中的实施过程。

　　模数转换器是模拟信号源与计算机系统之间的桥梁，无论在生活还是生产中都有广泛的应用。在简单介绍模数转换器的多种实际应用后，选取一个和生活息息相关的实例“健康监控系统”作为贯穿课堂的实例：假设需要监控人体的体温、血氧饱和度、血压、脉搏、体表湿度、心率、心电图、脑电图等8个健康参数，要求设计硬件系统以及使用软件实现实时监控，如图2所示。

　　围绕这个“健康监控系统”的功能，我们引入模数转换的概念、主要参数指标。接着，围绕实例的开发过程，以选用芯片、硬件电路设计、软件编程的开发步骤为框架，将模数转换器芯片ADC0809的内部结构、外部引脚、工作原理等基本知识点串联起来。整个学习过程中，以问题驱动为线索，引导学生结合实例，从实际出发，考虑在每个开发步骤中，要解决哪些问题，将问题分解成容易解决的小问题，解决这些问题要用到什么知识，使用怎样的方法去解决等。

　　实例开发第一步是选用芯片。设问，首先要考虑什么问题呢？引导学生理清输入输出是选择芯片的重要依据。进一步考虑细节，实例当中需要监控8路模拟量，是否需要8个模数转换芯片呢？为了提示引导学生思考，采用类比教学法：学生寝室有8个同学，是否需要8个卫生间呢？由此强调“复用”这一系统设计常用思想，引出ADC0809基本知识。ADC0809基本知识包括内部结构、外部引脚以及分解为7个步骤的工作原理等知识点，它们之间是紧密联系的。于是，在一张幻灯片上，以内部结构图为背景，结合引脚信号，顺着ADC0809工作的7个步骤，进行动态演示，一步步有重点地讲解，在此过程中，又不断设问或引导学生。比如，怎样让ADC0809知道，用户当前选择的是IN3第3路模拟量而不是IN1、IN2的模?M量呢？我们选择IN3第3路模拟量，地址就应该是多少？ADC0809已经明确要做什么了，但怎样知道什么时候可以开始工作？尤其是讲解几个关键的控制信号，可以用比喻教学法。比如，CPU去锁存器里面取数据，就像你去同学寝室拿东西，要先敲门一样，CPU要给锁存器一个打开锁存的OE信号。在讲解EOC信号时，设问“CPU是如何确认A/D转换的完成”引出ADC0809输出数据的3种传送方式。这3个方法有什么区别呢？大家可以想象这样一个场景，你去甜品店买冰激凌，一个冰激凌的制作时间是3分钟，那么你打算采取什么方式去取冰激凌呢？这里再次用到类比教学法进一步促使学生讨论，归纳出3种数据传送方法的特点及适用场景。

　　实例开发第二步是设计硬件电路。这里以实例作为模板。首先强调，ADC0809作为接口在系统当中的地位，一边接入多路模拟量，一边连接到CPU。紧接着设问“不同的数据传送方法对电路设计有什么影响吗？”明确上述问题的基础上，先以最简单的延时等待法为例，沿着ADC0809的7个工作步骤，引导同学们理清信号之间的关系，讨论相关信号应该如何连接，最终得到电路设计图。这个步骤是开发中的难点，分析要清晰、细致。期间不断设问、让学生设问：如EOC信号用上了吗？模拟通道地址选择信号是来自于地址线还是数据线？启动信号和读写信号是什么关系？搞清楚延时等待法的解决方法后，设问“采用其他数据传送方法时，电路设计有哪些不同呢？”要求学生根据之前的原理等基础知识，自己完成电路设计图并进行比较。

　　实例开发第三步，在硬件电路设计基础上进行软件编程。秉着先易后难的原则，可以先简化问题，把实例进行简化、拆分。在掌握基本方法后再将实例延伸，引导学生进一步思考。因此，首先讨论只输入一路模拟量的情况。将实例简化为“假设健康监控系统需要监测老人的血氧信息，已知ADC0809芯片的端口地址为84H，转换时间为100μS，要从输入通道IN3读入血氧信息。采用延时等待法，请画出硬件连接图，并写出相应程序”。这里要学生将之前学习的ADC0809工作原理进行应用，设问：根据工作原理，哪些信号需要进行控制？站在CPU的角度，哪些操作是输入操作？哪些是输出操作？请同学们依据工作步骤的先后关系，绘制程序流程图，选择相应的命令，分析软件编程的过程。再修改例题，将延时等待法改为中断法，程序该如何改写呢？最后，再从简化的例题回到原来的实例，如果要循环监控8路模拟信息，硬件电路需要改吗？程序需要怎么修改？这些问题作为作业布置给同学们。

　　在整个课堂教学过程中，以“健康监控系统”实例开发过程为框架，以问题为索引，辅以类比法、比喻法等多样的教学方法，抓住学生的注意力和主动性，极大地提升了教学效果和学生的学习能力。

　　4 结 语

　　微机原理与接口技术这门课程难度较高，“问题驱动、实例贯穿”教学法强调以实际应用为目的、以实例贯穿教学、以解决问题为线索，课堂教学改革带来了实效：①通过实例贯穿，缩短课堂与应用的距离，调动学生的学习积极性，提高学生理论与实践的综合应用能力，让学生做到活学活用；②通过问题驱动的、以学生为主体的教学模式，培养学生自主学习的能力、分析问题和解决实际问题的能力，以及相互协作的团队精神与创新能力；③通过“问题驱动、实例贯穿”联合教学模式实现教学过程优化，增强师生互动，帮助学生克服学习困难，从而提高教学质量。

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