论文基于虚拟仿真环境的微机原理和接口技术课堂教学改革和实践，该文是教学改革有关专升本毕业论文范文和课堂教学改革和微机原理和虚拟仿真环境有关论文范文检索.
黄景涛,徐迎曦,邱联奎,曹哲
（河南科技大学电气工程学院,河南洛阳471023）
摘 要：鉴于微机原理与接口技术课程内容抽象、知识点琐碎、难以理解的特点,探索基于虚拟仿真环境的课堂教学改革实践.借助虚拟仿真平台EMU8086,充分发挥虚拟仿真技术的优势,设计教学案例,有效利用虚拟仿真环境进行教学设计,以更加直观、形象的方式讲解微型计算机的工作原理和指令执行过程,提高学生兴趣,提高课堂教学效果,有助于达成使学生初步具备软、硬件系统设计与开发能力的课程教学目标.
关键词：虚拟仿真；EMU8086；微机原理及接口技术；课堂教学
中图分类号：TP36 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）06-0108-02
基金项目：河南科技大学教育教学改革项目（2012Y-010）
作者简介：黄景涛（1977-）,男,河南汝州人,博士,副教授,微机原理与接口技术课程主讲教师,主要从事复杂过程优化与控制方面的研究.
一、引言
《微机原理与接口技术》课程是电气信息类专业的专业基础核心课程之一,是电气工程及其自动化、自动化、计算机科学与技术、电子信息工程、信息工程、电子信息科学与技术、物联网技术等本科专业的重要专业基础课.作为学习计算机硬件原理与指令系统及其应用最主要的课程之一,对提高学生的计算机硬件应用能力至关重要,是学习后续专业课程的重要基础.
微机原理与接口技术实践性强,而教学内容却高度抽象,长期以来,存在着教师难教、学生难学的现象.实际课堂教学中演示实验设备匮乏,当前实验教学大多以集成实验箱为实验平台,不便于课堂理论教学过程中演示互动.在实验教学环节中,开设的实验综合性不够,往往忽视硬件设计、软件调试过程的协同,且有实验过程“操作化”的趋势,相当一部分学生仅仅简单模仿,知其然而不知其所以然.久而久之,学生的学习积极性随着教学过程的进行而降低,将这门实践性很强的课程也视为普通理论课,课程教学效果不够理想.为此,不少教师在教学过程中也进行了一些改革探索[1-5].
随着虚拟仿真技术的发展,在课堂上进行实践演示成为可能.借助于计算机仿真技术将微型计算机内部编程结构、工作原理、指令系统及接口技术等抽象内容以图形化方式动态展示,通过课堂现场演示,学生更易接受,从而加深对微型计算机系统硬件结构、工作原理及指令执行过程的理解,掌握其特点和规律.
EMU8086仿真环境有机集成了汇编语言程序设计和接口技术,界面友好,适合作为课堂教学辅助手段.通过在课堂理论教学中融入虚拟仿真实验案例,也弥补了实验教学环节在实验场地、时间安排方面的不足,可有效改善理论教学与实践环节间的互动.学生在课堂理论教学过程中通过虚拟实验过程便可了解相应理论知识在实际微机系统中的作用与用法.虚拟仿真环境的引入,借助合适的教学案例,以问题为导向,逐步实现课堂教学向着以学生分析解决问题能力提高为目标的模式转变.
二、微机系统虚拟仿真环境
EMU8086（Micro- processor Emulator）集成了源程序编辑、代码编译、Debug等功能,是一款运行于Windows环境下的16位微处理器8086虚拟仿真器.该仿真器具有丰富的帮助文档,是一个学习微型计算机内部工作原理、理解计算机工作过程的高效辅助工具.程序可在仿真器中单步执行或连续执行,其可视化的人机交互方式让使用者操作更容易.在指令执行过程中,用户可观察CPU内部各寄存器、标志以及相关存储器中的内容随指令执行的变化情况.仿真器中执行的程序运行于软件虚拟的系统中,可有效避免指令执行时影响到运行EMU8086的计算机硬件系统.而且该虚拟仿真环境完全兼容Intel系列微处理器,不受实际计算机硬件配置的限制,便于在课堂教学中演示,以更直观地展现CPU的工作原理和指令的执行过程.
三、基于虚拟仿真环境的课堂教学与实践
基于虚拟仿真环境EMU8086,以解决问题为导向,结合实际应用设计教学案例,将相关知识点融合贯通,更符合人的认知过程.从解决问题出发,可引导学生明确思路,在解决问题的过程中学习知识,能有效激发学习主动性,使学生学习过程更有成就感.随着问题的解决,自然而然地加深了对相关知识的理解和掌握,切实提高学生运用所学知识解决问题的能力.
1.指令执行过程剖析.《微机原理及接口技术》课程教学内容主要包括硬件原理、指令系统和接口技术三大部分内容,主要内容概念抽象、难以理解,导致学生厌学.虚拟仿真技术可形象地将抽象的概念以直观的形式展现,基于EMU8086这一虚拟仿真工具,结合实际应用设计教学案例,使学生在解决问题中学习知识、掌握概念、总结规律,培养学生主动分析问题、解决问题的能力,通过虚拟仿真实验提供学生的学习热情,进一步使学生建立面向问题的系统化思维模式.
在指令系统教学中,学生对于指令往往采取死记硬背的方式,缺乏面向解决问题的思维方法,一方面指令系统显得零散难记,另一方面,即便背下了指令及语法,也难以在需要时正确使用.长期这样,会使学生对课程失去兴趣.而借助虚拟仿真环境,可将这一过程系统化、形象化,便于将看似零散的知识点串起来.比如,微处理器中实现表达式“6-8+7”的处理过程,如图１所示,借助仿真环境EMU8086,在课堂上演示源程序编辑、汇编、链接、指令的单步运行,学生可观察任何一条指令执行过程中,CPU内部所有寄存器、标志位的动态变化情况,从而理解状态标志的作用.
在观察指令执行过程时,可同时看到指令汇编后对应的十六进制机器码,以及指令、操作数在存储器中的存储情况,能够直观形象地展示微型计算机工作过程.在实际课堂教学中,教师只需以合适的案例提出问题,引导学生分析问题,通过课堂问答逐步形成解决方案,并在教师机上进行现场仿真实验.
2. 接口技术抽象概念直观化.“实践、认识、再实践、再认识”是人们认识与解决问题的基本方法和规律.基于虚拟仿真环境,构建问题模型,设计实验项目,通过课堂演示使抽象内容形象化,再现知识形成的过程.引导学生主动思考,探寻解决问题的思路方法,在这个过程中,掌握重点、理解难点.以典型的模拟交通灯仿真实验为例,传统的实验方法是基于物理实验箱,需要在特定的时间、特定实验室进行专门的实验操作,由于多数实验箱的集成度高,实验过程对于学生来说往往只是接几根线、运行一下程序而已,难以达到使学生理解掌握利用计算机通过接口电路实现对设备的控制这一教学目标.而且难以在课堂教学中适时地进行演示.
而借助虚拟仿真环境,可方便地在课堂上进行仿真实验,通过对仿真实验过程的分析,对比源程序,更利于学生理解设计系统时“软”、“硬”配合的思想.如图2所示,仿真实验中能动态显示十字路口交通灯的亮灭情况,同时源程序、机器码、CPU内部寄存器、接口电路内寄存器等的实时状态可方便地进行对比分析.借助于虚拟仿真环境,学生可直观地理解微机解决实际问题的方法,可直接观察接口电路在实现CPU与外设交换信息中的作用过程,使学生更好地理解计算机与外设交换信息的方式,将涉及到的知识点相互关联,使学生建立面向解决问题的思维方式,学以致用,树立微机系统软件与硬件必须协同配合才能实现预期目标的系统设计思想.
通过实际案例,使显得零碎的知识得到融合,使学生在学习过程中知其然且知其所以然.利于培养学生以解决问题为导向,将所学知识付诸实践.培养学生应用微机解决问题的初步分析能力和系统设计能力.
四、结论
借助虚拟仿真技术,可更好地将《微机原理与接口技术》课程中碎片化的知识融会贯通.通过案例化虚拟仿真实验演示,一方面可切实提高学生主动学习的积极性,活跃课堂气氛；另一方面,通过抽象内容的形象化展现,引导学生主动思考,培养学生掌握分析问题、解决问题的方法.教学过程以帮助学生运用相关知识解决实际问题为目标,使学生在问题解决的过程中获得现实体验,而不仅仅是抽象的程序、结论,探索实践以学生为中心的教学模式.教学实践表明,基于虚拟仿真环境,可有效提升课堂教学效果,有助于培养学生的创新意识,提供实践动手能力.
参考文献：
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参考文献：
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