计算机接口技术课程实验教学探讨
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计算机接口技术课程实验教学探讨
摘要：计算机接口技术课程中的实验非常重要，根据不同实验目的将实验分为验证型实验、扩展型实验和综合型实验。
针对这三类实验，结合多年的教学经验，给出了计算机接口技术实验教学改革分三步走的策略。
通过具体的实例，强调了验证型实验要注重于过程监控，扩展型实验要注重于激发兴趣，综合型实验要注重于挖掘创新能力。
关键词：计算机接口技术；教学改革；验证型实验；扩展型实验；综合型实验
计算机接口技术是一门理论严谨、技术性强，对实验技能要求很高的硬件课程，主要介绍微处理器的基本工作原理以及常用接口芯片的内部结构、外部引脚特性、工作方式等内容[1]。
与其他硬件课程类似，该门课程的理论知识点分散，学起来很枯燥，需要通过实验来帮助学生掌握和巩固所学的理论知识。
我校一直很重视计算机硬件类课程的教学，早在1999年就建立了计算机接口技术实验室，并于2006年进行了扩建和升级，购进了30套清华大学科教仪器厂生产的TPC2003A计算机接口实验箱，基本满足了一人一台实验设备的教学要求。
充足的实验设备和良好的实验环境为加强该门课的实验教学提供了坚实的物质保障。
目前，我校的计算机接口技术课程的总学时为48学时，其中实验占20学时。
实验教学日益突出，要达到最佳的实验效果，一个必不可少的前提就是一定要明确实验的目的，根据不同的实验目的向学生提出不同的要求。
2实验的分类
计算机接口技术课程根据不同的实验目的，把实验分为三类：验证型实验、扩展型实验和综合型实验。
2.1验证型实验
验证型实验通常是针对某个芯片，对其功能做一个验证。
对于这类实验，学生只需依照实验指导书中给出的电路图在实验箱上做简单的连线，很容易就能完成实验的硬件环境搭建，而实验程序通常也是现成的，学生只需在集成环境中调出并运行就能得到很直观的实验现象。
验证型实验对于学生理解该芯片的工作原理有一定的帮助。
2.2扩展型实验
扩展型实验在验证型实验的基础上，对其电路连线或实验程序做一些简单修改，再去观察和分析所得到的实验现象。
由于需要修改实验电路或实验程序，这就要求学生一定要比较清楚地理解整个实验过程，从另一个方面来讲，也起到了督促学生认真学习的作用。
2.3综合型实验
由于扩展型实验只是针对一个芯片的实验电路或实验程序做一些简单地修改，不涉及多个芯片的协同工作。
在学完本门课程所涉及的接口芯片后，学生可以把所学的知识综合起来，在实验箱上自己动手去设计一个包含多个芯片的综合实验，培养自己的创新能力知识综合运用能力。
这三类实验在整个教学过程中各自行使着自己的“使命”，同时又相辅相成，互相依赖。
在实验的教学过程中，根据我校学生的具体情况，我们分步骤地进行了教学改革。
3实验教学改革
我们采取分三步走的策略对于计算机接口技术课程的实验教学进行改革。
1) 加强对验证型实验过程的监控，提高实验质量。
验证型实验的主要目的是对某一接口芯片的工作原理进行简单验证，完全依照实验指导书的要求来做，非常简单，很容易完成。
如果不对这类实验的实验过程进行监控，实验效果就很难保证。
在实际的教学过程中，就曾经出现过这样的现象：有的学生在完成8259中断实验后，在进行实验分析时，竟然写出“8259是一个定时计数芯片，实验结果是指示灯闪烁”。
而实际的实验现象需要通过屏幕来解读，并未涉及到指示灯，芯片8259是中断控制器不是定时计数器。
出现这种错误的原因就是该生没有认真研读实验指导书，只是机械地按照实验指导书的要求做完了实验，实验现象转眼就忘，课后无法实现对实验现象的正确分析，所写实验报告质量非常差。
为了达到预期的实验效果，必须加强对实验过程的监控，首先是要求学生在做验证型实验之前进行预习，了解实验步骤，并对实验程序进行解读。
对于一些简单的实验，比如译码实验，实验程序只有简单地几句，可以安排学生在实验课前自己去阅读；对于稍微复杂一些的实验程序，可以在实验课前由教师带领学生粗略地解读一下，以提高学生预习的效率。
教学实践表明，这种方法对保证实验效果，提高实验报告的质量非常有效。
为了进一步提高学生对验证型实验的重视程度，近几年我们又对实验指导书做了相应的修改，把实验程序中有关芯片工作方式的设定等核心语句去掉，只在相应的空白处给出注释，让学生在预习时根据注释自己补上。
这样既考查了学生对芯片工作方式的理解程度，又在一定程度上起到了督促学生认真预习的作用。
2) 引导学生积极思考，利用扩展型实验来激发学生的学习兴趣。
在验证型实验中，学生基本还是处于被动的状态，可供发挥的余地不大，在一定程度上损伤了学生的积极性。
为此，在学生完成验证型实验后，我们会为学生出一到两个思考题，要求学生在验证型实验的基础上，通过对实验电路或实验程序的简单修改来实现一个新功能，此即为扩展型实验。
通过扩展型实验，可以进一步加强学生对所验证芯片的理解，同时也让学生有一定程度的自由发挥，增强他们的成就感。
如在串行接口芯片8250的验证型实验中，要求从键盘输入一个字符，将该字符的ASCII值加1后通过8250以串行方式输出，再以串行方式将所输出的值接收回来[2]。
实验结果就是从键盘输入一个字符，在屏幕上显示该字符及其后继字符。
做完该验证型实验，我们给学生出的思考题是要求从键盘输入小写字母，在屏幕上显示该字母及其所对应的大写字母。
针对该思考题，学生可以做一个扩展型实验，在不改变电路连线的前提下，只需将实验程序中的汇编语言指令“INCAL”改为“SUBAL，20H”即可。
定时计数器8253有6种工作方式，分别称为方式0、方式1、…、方式5，其中方式3也称为方波发生器，工作在该方式下的8253能够实现对输入脉冲的分频[1]。
8253的验证型实验就是在方式3下对频率为1MHz的脉冲信号进行106分频，产生1Hz的方波，实验现象通过实验箱上的指示灯加以展示。
对于该验证型实验，我们要求学生做两个扩展型实验：一是将输入的脉冲信号改为2MHz，观察指示灯闪烁的频率，并解释原因；二是输入脉冲的频率保持为1MHz不变，改变分频系数(即计数器的初值)，观察实验现象，并进行分析。
前一个扩展型实验只需在验证型实验的基础上改变一条连线，而后一个扩展型实验则只需修改实验程序中的两条赋值语句。
实践表明，学生在课上做扩展型实验时表现得很活跃，实验效果非常好。
3) 挖掘学生的创新能力，自己动手设计综合型实验。
验证型实验和扩展型实验，基本上还都是针对某一个芯片或部件做功能型的验证，一般不会涉及到其他芯片。
在学完该门课程后，学生会学到十来个接口芯片，但这些芯片在学生眼里还是各自为政，未能形成一个有机的整体。
为了帮助学生把这些琐碎的知识串起来，我们让学生自己动手设计一些涉及多个芯片的综合实验，这对挖掘学生的创新能力，激发学生学习这门课的兴趣有很大的帮助。
在做综合实验时，我们只是给学生出一个思考题，要求学生在实验箱上实现
某一功能。
学生需要自己选择芯片、设计连线和编写实验程序，整个过程完全是开放的。
学生可以自由地发挥，甚至可以设计出一个与教师给出的思考题完全不一样的综合实验。
由于在综合实验中学生完全是主动的，所以他们的积极性很高，每届学生都会有人设计出一些令人眼前一亮的综合实验。
下面是我们在TPC2003A实验箱上开发的一个综合实验(图1)：利用8253、8255、数码管实现一个秒表。
