微机系统与接口课程是高等学校最重要的技术基础课程之一

微机系统与接口

摘　要　“微机系统与接口”类课程是高等学校电子信息与电气学科最重要的技术基础课程之一。本文介绍了东南大学校级平台课——“微机系统与接口”课程改革和建设的指导思想，系统地论述了课程改革和建设的思路及主要措施，总结分析了取得的成果，并介绍了有关的经验和体会。

一、前言

微型计算机（Micro－computer）是当今世界发展最快的高技术之一，它构成了全球信息技术（IT）广泛应用最重要的基础，并已广泛深入到人类生活的各个角落，极大地改变了人们的日常生活方式、环境乃至观念。伴随着这一发展，近二十年来，“微机系统与接口”（“微机原理”）类课程一直是工科专业，尤其是电子信息与电气类专业最重要的技术基础课之一。

然而，与近十年来国内外计算机和网络技术的高速发展、计算机软件应用与教学水平同步提高形成对比的是，计算机硬件类原理与应用教学在课程体系结构、教学内容和方法上明显陈旧，课程的基础性、实践性有明显“相对弱化”的趋势，造成学生对硬件实践重要性的认识不断减弱，与硬件相关的动手实践能力不断弱化，难以满足国家信息化和工业化建设对大批不仅掌握计算机软件知识，而且掌握计算机硬件应用和系统设计能力的高级科技人才的需求。因此迫切需要进行强有力的“微机系统与接口”类课程改革创新和建设。

作为东南大学电工电子教学基地建设的一部分，结合1997—2000年东南大学“面向21世纪教育部高等工程教育项目——电工电子系列课程教学内容与课程体系改革的研究与实践”课题的研究工作和实验环境建设，东南大学“微机系统与接口”课程组以实践教学改革为突破口，开发建设了高水平的实验环境“东南大学计算机硬件应用实验中心”，并以此集中实验环境为依托，在全校范围组织、建设一支跨院系的素质好、教学水平高、结构合理的师资队伍，建设校一级的平台课。参加建设的7个系（无线电系、电子系、自动控制系、生医系、电气系、仪器系等6个电类系和机械系）也从最初的松散联合到逐步紧密结合，共享各类教学资源，配合网络课程建设、多媒体教学手段的建设、32位先进微机技术应用，在教材、教学模式（包括实验教学）、教学内容、教学方法和手段以及考试方法等方面进行了一系列特色鲜明的改革和创新，取得了丰硕的成果。

本文详细地介绍东南大学校级平台课——“微机系统与接口”课程改革和建设的思路、目的和意义，系统地论述课程理论与实践教学改革建设的主要措施，最后扼要总结取得的成果和经验。

二、改革与建设思路

“微机系统与接口”（原名“微型计算机原理及应用”）是目前工科（非计算机）专业学生计算机硬件应用教学的重要基础课程。课程内容包括理论和实践两部分，是东南大学电工电子类及机电类专业的校级平台主干课程之一，是学生学习后续课程、毕业设计和今后工作的重要技术基础。课程教学内容繁杂，在基础性、先进性和前沿性方面要求很高，并有着很强的工程实践性，对于培养形式逻辑思维、改善计算机实践应用能力有很大的作用。

“微机系统与接口”在东南大学整个计算机系列课程中的位置如图1，在计算机技术应用教学中担负着承上启下的作用。课程的改革与建设总思路是:

（1）随着微型计算机的飞速发展，计算机硬件教学中的基础性和先进性、前沿性的矛盾比较突出。16位微机是基础，理应加强；32位微机是主流，也应突出。为此，我们通过多年的探索，提出了以16位微机为主、以32位微机为辅的教学体系，较好地兼顾了基础性和先进性、前沿性要求。

（2）考虑到计算机硬件教学的特点、难点和国内工科学生普遍动手少、动手能力差的背景，为了突出理论必须联系实际，强调实践的重要性，并与后续的微机综合设计课程相衔接，一方面建立高水平的实验教学基地——东南大学“计算机硬件应用实验中心”，另一方面采取理论课与实践课分设的基本体系结构，理论教学与实践教学内容互补。实践课独立设课并增加了实践学时和内容，不仅更突出实践课的重要性，确保了学时不被占用，更让学生有更多的实践机会。

图1　“微机系统与接口”课程地位

（3）按校级平台课的建设要求，我校6个电类系和机械系、计算机硬件应用实验中心共8个单位的任课教师构成教学团队，由课程总负责人、各系联系人和实验室负责人分别负责课程总体、各系具体理论教学与实验教学。具体为:理论课由各专业系教师任教，实验课除了理论课教师（兼）外，主要由实验中心的实验教师、工程师担任，辅导主要由助教与研究生担任。不同专业背景的教师之间的知识有较好的互补性，可以不断地相互交流，教学方法、手段可以相互借鉴，有利于资源共享，共同提高。

三、理论教学与改革

1.科学安排的教学内容

实施16位微机为主、32位微机为辅的教学体系，兼顾基础性和先进性、前沿性要求，需要对教学内容进行科学合理的安排。

在实际教学内容安排中，通过适当压缩16位微机的指令细节及陈旧的MSDOS部分内容，强调汇编语言程序设计中数据结构、逻辑处理和程序流控制方法，讲清与高级语言关系以及函数调用接口，并舍弃繁杂的算术计算功能。增加的32位微机的基本教学内容（国内目前只有极少数学校讲授），采用对比教学法，目的是使学生对微机与新型操作系统的关系、微机系统与接口技术的最新发展有概念上的理解，为今后的进一步深入学习打下基础。

作为校级平台课，面向不同专业，在统一教学大纲的同时，还需针对各专业的特点，保持各专业的特色，灵活掌握。如无线电系，硬件基础好，开展10学时的32位微机的理论教学，强调复杂数字接口技术；而自动控制系则为6学时的32位微机，强调测控接口技术。

2.积极灵活的教学形式

在教学方法上积极引进现代教育技术，从2001年起全部采用电子幻灯片教学，同时根据需要提供给学生复习，每年修改完善一次；课堂教学主要术语采用双语标识，以便学生进一步阅读外文资料，逐步增加外文资料的阅读量；相关材料全部上网，包括各种外文的原版资料；充分利用网络技术（个人网页、电子邮件），配合网上答疑，多途径扩大与学生的答疑交流；提供部分课教学录像（网上公开）。此外还提供了灵活的网络教学环境，包括初具规模的网络教学，完整的各类上网资料如教学大纲、实验大纲、考试大纲、电子教案、习题等，以及其他丰富的各种参考资料、参考网站链接等。

3.多模式考试方式改革探索

在理论考试方法上则尝试通过理论考试、口试、答疑、作业与读书报告等多方面考查学生对课程的掌握情况，理论考试采取考试大纲公开，考题侧重概念和方法，明确放弃对教材中手册资料的死记硬背；按考试大纲要求，逐步完善考试题库建设，调整补充考试方法，增加阅读研究型考试（报告），扩大学生知识面和专业阅读能力。

从2004年开始，我们尝试校级平台课内的统一考试。考虑到在统一各专业教学大纲的同时，还需针对各专业的特点，保持各专业的特色，所以统一考试的内容70%相同，其余30%各系灵活掌握。

四、实验室建设与实践教学改革

1.实验环境开发

“微机系统与接口”属于计算机硬件类基础教学课程，重要的是能让学生在实验设备上进行更多的动手训练。实践环节使学生通过实验手段掌握微型计算机实现技术、计算机系统构成、接口技术及其应用编程方法，也使学生系统科学地接受分析问题和解决问题的训练。

基于以上的分析，对该课程教学条件的改善首先集中在实践课上。从1996年起，学校连续投资近200万元，研制开发了一整套（9种）居国内领先水平的计算机硬件应用实验设备（获江苏省高校自制教学仪器四个二等奖，可完成单元实验10个，综合设计实验4个和综合测试实验10个），建成居国内领先水平的“东南大学计算机硬件应用实验中心”，并编写出版了一套（2种）含更多实验内容、富有特色的配套实验教材，极大地改善了实践教学条件。

2.强化的实践教学

实践课在本课程教学中起着极其重要的作用。为此，一方面理论课与实践课分设，增加了实践学时和内容，并单独考核，突出实践课的重要性；另一方面给学生提供先进的实验平台（居国内领先水平的计算机硬件应用实验设备），提供内容新颖、强调动手的实验内容（题目），极大地提高了学生的硬件应用能力与动手能力，取得了非常好的教学效果。

单元实验与综合设计实验类似于（但在内容与要求上要略高于）一般的“微机原理及应用”课程配套实验及课程设计，包括典型环境、典型接口芯片、典型单元控制方法，使学生通过实验和设计掌握微机硬件基本知识、基本操作技能，熟悉理解汇编语言编程、硬件I/O控制、实时系统基本概念，培养基本的硬件动手能力和目标代码级软件调试能力。

综合测试实验提供了各类应用系统的原型，如乒乓球比赛、移动射击靶比赛、反应测试仪、抢答计时器、电子琴、猜数字游戏、比赛计算器、模拟电梯、可变参数波形发生器、实验装置自检系统等共10种，每种测试仅给出设计要求与设计提示，并分别规定基本和提高性要求部分，主要用于测试和锻炼提高学生的设计与创新能力，要求学生在现有实验平台基础上自行设计选择软、硬件实现方案。实验效果表明，综合测试对于学生对硬件原理和单元实验的理解和掌握，尤其是综合应用能力培养效果很好。

3.灵活的实践环节

实践课独立设课并增加实践学时（32学时）和内容，不仅更突出实践课的重要性，更让学生有更多的实践机会，也使实践课内容安排非常灵活，避免了受理论课进程的约束和时间上安排的困难，并使学生有更多的时间做充分的实验前准备，有效地调动了学生的学习积极性，使实践效果更好。目前，理论课绝大部分专业安排在大三上学期（周学时3），实践课则分两部分，分别安排在大三上学期的中后阶段（验证性实验，周学时2）与大三下学期的前半阶段（综合实验，周学时2），验证性实验内容一般比理论课内容延后1～2周。

4.教材与师资队伍的建设

课程教材的选用考虑到理论课与实践课分设的基本体系结构，采用理论和实践两本教材配合使用。由于国内经典理论教材非常多，在选用上只需按教学大纲尽量选用最新版的经典理论教材，所以教材的建设重点集中在实验教材方面。为此我们推出了具有自己特色的实验教材，既补充了理论教材的不足，又增强了创新教学的内容。

自编的配套实验教材《微机硬件应用实践——原理与接口》不仅包括基础性原理知识、原理与接口验证性实验，还引入具有我校独创特色的综合设计和综合测试，强化了学生对计算机硬件基础技术的学习和创新能力培养。由于提供了10个不同的综合设计测试题目，每个综合设计测试题目仅给出设计要求与设计提示，规定了基本要求和提高性要求部分，不仅激发了学生的兴趣，也促进学生积极思考，很好地激发出学生的学习潜能，也从实践方面全面弥补了理论教材的不足。

按校级平台课的建设思路进行教师队伍建设，目前已形成一支由教授、副教授、讲师、助教与实验室人员组成的素质好、教学水平高的教学团队，尤其是理论课主讲教师队伍，职称分布、知识结构、学缘结构、专业分布、年龄层次均十分合理。此外，新的教学人员的培养和资质也将按课程教学要求纳入总体管理中。

校级平台课面向不同专业的学生，教师的专业背景与方向均不同（目前15位主讲教师毕业于8所大学的9个学科专业，从事7个学科专业的教学与科研工作）。采用校级平台课的模式，各系（各专业）的教学内容既有统一又各有特色，教师既有集中又有分散，既有合作又有分工。而不同专业背景的教师建设共同的课程的模式，从整体上看利大于弊。采用校级平台课的模式，不同专业背景的教师之间的知识有较好的互补性，可以不断地相互交流，教学方法、手段可以相互借鉴，再加上我们坚持既有统一又各有特色、资源共享、共同提高，使各系的教学质量均有提高，同时不同系的新老教师互助，有利青年教师成长。

5.建设成果

七年多的教学实践检验证明，东南大学“微机系统与接口”课程组开展的改革和建设措施科学合理，效果显著，与国内高校同类课程相比，课程建设和改革成果卓著，达到国内领先水平，为全面培养高素质的创新人才打下了扎实的基础。开展课程教学改革后，校级平台课覆盖我校6个电类系和机械系，受益本科学生每届40个班近1 500人；理论课与实践课分开，时间和内容均可灵活安排，相互不受约束，可获得各自最佳的教学效果，再通过合理安排理论和实践课程内容，使两部分有机地结合起来，促进了学生自主学习能力的发展，从而极大地提高了非计算机专业学生的硬件应用能力与动手能力，取得了非常好的教学效果。全国有百余所高校先后来校观摩了我校的改革成果，给予了非常高的评价。课程改革和建设成果也作为“计算机硬件应用系统教学改革研究和实践”成果的一部分获得了2000年度江苏省高等教育教学特等奖和2001年度国家级教学成果二等奖。在此基础上的进一步改革建设，也使课程先后被评为省级二类优秀课程（2000年，2002年）、省级一类优秀课程和国家级精品课程（2004年）。