形象教學法在“微機原理”課中的應用論文
形象教學法在“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理論性和實踐性均很強的課程，具有內容龐雜，知識點多且零散，前後內容有所交錯等特點。本文就課程內容的組織編排和形象化教學法在CPU工作過程、定址方式、儲存器結構和指令等教學中的應用給予詳細的說明，實踐證明，這樣的教學方式取得很好的教學效果。
關鍵詞：微機原理理論教學教學過程形象化方法
《微機原理》課程是高等院校理工科專業的一門重要的計算機技術基礎課程，特別對於測控技術、電子資訊、通訊工程及電類相關專業本科生來說，是學生學習和掌握計算機硬體知識和組合語言程式設計及常用介面技術的入門課程。《微機原理》課程是一門理論性、實踐性及應用性均很強的課程，該課程的主要任務是使學生從理論和實踐上掌握現代微型計算機的系統基本組成和工作原理、程式設計技術、硬體的連線，建立微機系統的整體概念，使學生掌握微機電子控制系統軟、硬體開發的基本方法，且具有初步的開發能力。
由於《微機原理》課程的知識點比較零散、抽象、理論性很強，學生普遍感到摸不著，看不見，不好學。以往學習成績很不理想，更不用說能夠把所掌握的軟、硬體開發的知識有效地運用到簡單系統的開發上，為此，筆者從合理組織教學內容，精心設計教學過程，採用多種教學手段和方法，特別將形象化教學法應用到理論教學過程中，收到了良好的教學效果。
一、教學內容的合理組織
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、微處理器的內部程式設計結構、半導體儲存器的分類、基本組成、儲存容量的擴充套件及其設計、指令系統及組合語言程式設計的基本方法、輸入/輸出系統的基本概念、I/O介面的編址方式以及控制方式；中斷的基本概念及中斷技術。簡單介紹常用可程式設計I/O介面晶片的特點和使用技巧，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、前後內容有所交錯，學生初次接觸時往往覺得難學，所接收到的知識比較散，理不出個頭緒來，因而，在教學過程中將相關的內容科學地組合到一起，以CPU—儲存器—介面這樣的微機系統結構為基礎，以“CPU定址獲取待處理的資料—計算——輸出”這樣簡單工作原理模型為主線，以“必需、夠用”為原則，將課本上那些零散的知識點連線起來，使得學生即可以對相關內容進行總體上的把握，又可對某一個具體的知識點進行縱向的擴充套件和橫向的比較，對本課程知識的掌握大有益處。
二、教學過程的設計
理論課教學的實施主要是在課堂上透過教師進行知識傳授。教師在教學的過程中，扮演著極為重要的角色，教師對教學內容的準備，重點、難點的處理，課上的教學藝術直接影響著教學效果。通常，教師要經歷“教學準備、教學過程的設計、課中處理教學重點、難點，上課過程利用各種教學手段和方法集中學生的注意力，並設法保持學生的注意力，引導學生跟上教師的思路。教師在掌控教學過程中是要事先做好課堂教學過程的設計，這一過程我們主要透過引導提出問題、分析問題、解決問題來實現。用由表及裡，解刨麻雀的方法，由簡單問題逐步深入，引出核心知識點。
例如，第1章緒論中透過學生們對PC機的認知開始講解微型計算機系統的概念及組成，進而脫掉外衣，去掉印表機、顯示器等外圍裝置，呈現給學生的是微型計算機，再去掉儲存裝置、外圍介面，就剩下整個系統的控制中心－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，學生容易記憶，其效果：第一同學們由熟悉的系統開始認知，較易理解概念及它們之間的區別；第二，引出本課程的重點。其效果遠比介紹微處理器加裝置再加外設的方式要好。
設計用對比的、發展的方式介紹8086、80386、PentiumIV微處理器的特點、組成，深入研究各類微處理器的內在規律與聯絡，使學生懂得學習和掌握本課程的核心內容和知識就能夠動態地吸收新技術、新知識，能夠主動地追趕上學科發展的步伐，。即完成了對微處理器發展的講解，相應地也調動了學生學習本課程的積極性，打消了學生那種“為什麼用奔騰學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單的計算器，有儲存器、微處理器（控制器）、運算器、輸入/輸出介面組成，這些部分則由匯流排（控制匯流排、地址匯流排、資料匯流排）連線起來，並透過對簡單算式（3+2）*6的處理，將其工作過程簡述為“得到運算資料——計算——輸出運算結果”三個步驟，得到要運算的資料即定址，計算和三步驟的協調則由微處理器（好比人的大腦）控制，按照彙編程式指令執行，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/輸出介面送出。在講解上述內容的過程中，一方面引出微處理器組成及工作原理、儲存器、定址（找資料）、指令、彙編程式設計、輸入＼輸出介面、匯流排時序等完成整個運算過程所涉及的內容，即本課程的主要內容；一方面學生們就會不自覺地想探究：儲存如何儲存的資料，儲存後的資料，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調功能？計算的中間結果如何處理？等等。我們這樣設計教學過程，不僅引起學生的探究慾望，而且將本課程核心內容和知識點有機的結合起來，使學生對微型計算機系統工作過程有一個完整的、系統的概念。
由於學生通常較容易理解、掌握訊號與系統、數字訊號處理這一類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調工作的抽象的概念理解困難，我們透過這樣的設計課程內容和授課過程，讓學生從全域性的高度理解系統，進而研究區域性內容。
接下來，講述的是儲存器定址方式、組合語言程式除錯軟體、指令系統和彙編程式設計方法。工作模式配置、三匯流排和匯流排週期（讀寫時序）、I＼O口定址方式、介面技術、儲存晶片。最後以總結本課程核心內容和知識點的方式，介紹CPU的引腳。
一般的教材將儲存器、指令系統、定址方式和CPU結構分別放在不同的章節。Intel8086CPU程式設計結構中，有通用暫存器AX、BX、CX、DX和專用暫存器BP、SP、DI、SI和指令指標暫存器IP和段暫存器等14個16位暫存器可供程式設計師使用，這14個暫存器貫穿了整個課程內容_工作過程、定址、指令系統、組合語言程式設計、I/O介面，因此將這14個暫存器的.功能和用法是本課程教學的關鍵。我們在進行80x86微處理器結構的講解時，將儲存器的結構及編址內容、部分指令、定址方式、段定義偽指令加入進來，例如，在講解累加器AX的作用後，學生們會產生疑問：AX的值是如何來的？為此，我們引入MOVAX，1234H，同時交代這是立即數定址方式，也為暫存器賦值；作為與立即數定址的表示式的對比，引入MOVAX，「1234H」表示直接定址儲存器內容，引入定址方式作為講解AX暫存器例項設計的教學過程，即給學生明析的AX概念，同時為後續章節的講解作了鋪墊。
在講解專用暫存器、段暫存器和地址加法器功能時，引入儲存器編址。儲存器是分段的，段地址和有效地址分別儲存在段暫存器DS、ES、SS、CS和專用暫存器BP、DI、SI、SP中，這時可以介紹儲存器的其他定址方式（相對定址、間接定址）；而儲存器的分段的地址如何找到？物理地址＝段地址x16+偏移地址，目的在於學生可以聯絡實際應用來理解段暫存器、通用暫存器、地址加法器的功能；介紹儲存器的同時，引導學生探究儲存器段如何分配，CPU如何知道？可以簡單介紹段定義偽指令，目的是讓學生在學習過程中不斷完善對微機系統的理解，將抽象問題逐步明朗化。達到更好的理解和掌握CPU程式設計結構中各部件的功能和實際作用。後續的各部分章節則再系統講解相應內容－指令系統、儲存器、組合語言設計。引入例項更加深入學生對CPU內部組成元件的理解和和掌握，也為後續章節的學習埋下伏筆。
本理論課教學過程的設計思想是儘可能地將零散的知識點有機地結合起來，遵循重系統輕區域性、重工作過程的原則逐步使抽象的系統概念明朗化，使學生容易理解、容易掌握。經過實踐，一般在講解組合語言程式設計時，同學們已基本掌握了微型機的工作過程，取得了較好的教學效果。
三、形象化教學法的應用
課堂教學效果的提高除了合理的組織教學內容，設計教學過程外，還採用多種教學方法，特別是形象化教學法。
形象化教學法即用日常熟悉的、簡單的、容易理解的現象解釋陌生的、複雜的、抽象的、不易瞭解事物和不易理解的概念。或應用影片形象化地將複雜的工作過程和抽象的概念展示出來。形象化教學法有效的提高了學生對抽象概念和事物的理解。
在“微機原理”課程中，儲存器編址和定址方式是學生不易理解的難點，我們將儲存器比作一幢辦公大樓，每個房間好比儲存器的每個儲存單元，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＋序號進行編排的，每個樓層有不同的單位或職能部門。儲存器的儲存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，由於我們到了相應樓層後，只找序號就可以找到相應的房間，因此偏移地址也稱為有效地址。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，若儲存器地址為21000H，2000H為段地址，儲存在CPU內部的資料段暫存器DS中，1000H為該段的一個儲存單元，儲存在通用暫存器中，儲存單元內部儲存的是資料或是一個儲存單元的有效地址資料。於是段暫存器中的資料和通用暫存器中的資料透過CPU內部地址累加器輸出地址資訊21000H，這樣CPU執行部件就可以在記憶體找到相應的資料。透過這樣形象化的比擬，學生很容易理解段地址、偏移地址（有效地址）、物理地址的概念。有了對儲存器地址和儲存單元內容的理解，就很容易的理解各種定址方式，這樣也可以對看不見的儲存器內部結構有清析的概念，同時藉助DEBUG軟體可以很好地掌握各種定址方式下儲存器的變化。
形象化教學法在定址方式教學中的應用是採用多媒體動畫展示，例如，堆疊PUSH和出棧POP這一對指令的學習中，以前很多同學掌握了堆疊的物理意義和作用以及壓棧＼出棧的原則“選進後出或後進先出”，但是遇到如下程式段，就感到疑惑：先進為什麼先出了？
PUSHAX
PUSHBX
POPAX
POPBX
其中AX＝1234H，BX＝5678H，對於這樣的問題，除了強調指令的用法，我們還用多媒體動畫的形式展示，螢幕左面為動漫儲存器的變化，右邊為逐條顯示指令，這樣每顯示一條指令，左邊影象顯示變化，這樣形象、直觀的講解指令，同學們很容易瞭解到堆疊指令將暫存器內容壓入堆疊段，出棧則是將記憶體中的內容送入指令中的暫存器，同時也可很好的理解SP指標加減2的變化規律。
四、結論
總之，透過合理設計教學過程，組織教學內容，採用形象化教學方法，學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，特別是在儲存器編址和定址方式這一難於理解的部分。經過幾年來的摸索，微機原理課的教學效果得到明顯提高，學生的學習熱情也得到提高。以下為近幾年測評的結果。05－06通訊工程平均成績74分，06－07和07－08年採用形象化教學法、合理的設計教學過程，學生平均成績分別為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，普遍成績明顯提高。因此，筆者認為合理的內容安排和教學過程的組織，採用形象化教學方法可以極大地提高“微機原理”課的理論課教學效果。
參考文獻
1.閻波.關於微機系統原理與介面技術課程的改革與探索.電子科技大學學報社科版,2005;7(增刊)
2.盧桂琳.簡化微型機工作過程的模型的教學方法在〈微型機原理〉教學中的應用.中國科技資訊,2007;(5)
3.羅明東.當代教育改革新探索[M].昆明：雲南科技出版社，2001
4.戴梅萼.微型計算機技術及應用.清華大學出版社