1、  現(xiàn)代教育思想與多媒體在微機(jī)原理教學(xué)中的實(shí)踐與研究   摘要：本文以 現(xiàn)代 教育 思想為指導(dǎo)，闡述了在微機(jī)原理教學(xué)中利用多媒體教學(xué)手段所進(jìn)行的實(shí)踐與 研究 。關(guān)鍵詞：多媒體教學(xué)；現(xiàn)代教育思想；微機(jī)原理；模擬；虛擬；交互式；自主 學(xué)習(xí) ；網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)1引言 計(jì)算 機(jī)多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)媒體的根本不同點(diǎn)在于，前者具有融合性、集成控制性、非線性化、無(wú)結(jié)構(gòu)性、相互交涉性、可編輯性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，把它運(yùn)用于教育教學(xué)上，對(duì)教學(xué)信息進(jìn)行有效的組織與管理有多種形式，在構(gòu)建理想的教學(xué)環(huán)境，培養(yǎng)發(fā)散性思維和多維空間聯(lián)想，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的獲取與保持，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力

2、等具有多方面的效果。先進(jìn)的教學(xué)媒體，只有在先進(jìn)的教育思想的指導(dǎo)下，才具有正確的路線和方向，具有活的靈魂，具有廣闊的創(chuàng)作天地。如果承襲落后的教學(xué)思想，沿用陳舊的教學(xué) 方法 ，簡(jiǎn)單的進(jìn)行媒體更換，難以擺脫低層次的徘回。可以說(shuō)多媒體教學(xué)課件水平的高低， 應(yīng)用 價(jià)值的大小，除了要掌握多媒體技術(shù)以外，更取決于教師和設(shè)計(jì)人員現(xiàn)代教育 理論 的修養(yǎng)和綜合素質(zhì)。這就如同產(chǎn)品的加工和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之間的關(guān)系。2主要研究 內(nèi)容 及創(chuàng)新點(diǎn)2.1變抽象的講解為形象的演示將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為形象的畫面，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)處理的第一步。如果將形象的畫面動(dòng)起來(lái)，讓學(xué)生在動(dòng)態(tài)的變化中認(rèn)識(shí)事物的 發(fā)展 過(guò)程和變化 規(guī)律 ，這樣的知識(shí)就不是僵

3、化的，而是生動(dòng)的，這樣的教學(xué)就不是乏味的，而是趣味盎然的了。以微機(jī)原理中“補(bǔ)碼”這個(gè)基本概念為例。課件是用時(shí)鐘校準(zhǔn)這個(gè)生活中的常識(shí)為例，講解微機(jī)原理中“補(bǔ)碼”這個(gè)概念的。畫面上設(shè)有“倒撥”和“正撥”按鈕，點(diǎn)擊某個(gè)按鈕，指針就會(huì)按逆時(shí)針或順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)針每轉(zhuǎn)動(dòng)一格，顯示的數(shù)字也隨之變化，最后達(dá)到時(shí)鐘校準(zhǔn)這個(gè)目的。圖1是“倒撥”時(shí)針進(jìn)程中的一個(gè)畫面，圖中以80x86cpu的編程結(jié)構(gòu)為背景，首先提問(wèn)：“mpu內(nèi)只有加法器，沒(méi)有減法器，如何實(shí)現(xiàn)減法操作呢？請(qǐng)看鐘表對(duì)時(shí)”。這時(shí)畫面上的鐘表和指針把學(xué)生的注意力已經(jīng)全部吸引過(guò)來(lái)了。圖2特別強(qiáng)調(diào)時(shí)針指向12點(diǎn)時(shí)，2數(shù)相加的結(jié)果=0，進(jìn)位1舍掉。圖3是點(diǎn)擊

4、“推論” 按鈕，很 自然 地引出“補(bǔ)碼”這個(gè)概念，并回答一開(kāi)始提出的“如何實(shí)現(xiàn)減法操作”這個(gè) 問(wèn)題 。“堆棧操作”原理是微機(jī)原理中最重要也是最基本的原理之一，因?yàn)樗菍?shí)現(xiàn)子程序調(diào)用和中斷服務(wù)程序這2項(xiàng)極其重要的功能的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)教學(xué)的一般做法是，教師在黑板上畫出堆棧內(nèi)存分布圖，然后進(jìn)行詳盡的講解 ，費(fèi)勁口舌然而效果并不那么理想。圖4以堆放積木為例，直觀而又形象地演示了把寄存器ax、bx、cx的內(nèi)容壓棧保護(hù)，然后執(zhí)行其它程序，接著按相反順序把堆棧內(nèi)容彈出到cx、bx、ax過(guò)程的一幕，然后自然而然的得出后進(jìn)先出和數(shù)據(jù)保護(hù)這2個(gè)結(jié)論。同樣圖5是把堆棧內(nèi)容彈出到bx、cx、ax的順序進(jìn)行操作的一幕，最后

5、可以把bx、cx的當(dāng)前內(nèi)容與堆棧操作前的內(nèi)容相比較，引出利用堆棧操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞這一重要原理。這樣，在傳授和接受知識(shí)的過(guò)程中，教師感到輕松愉快，學(xué)生也興趣濃濃。如圖1所示。2.2模擬逼真的虛擬情景隨著微 電子 技術(shù)的高速發(fā)展，cpu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的教學(xué)模式“教師-黑板-教科書-學(xué)生”已不適應(yīng)大力發(fā)展素質(zhì)教育的需要。特別是現(xiàn)代cpu多以雙流水線或多流水線并行作業(yè)，盡管教科書上采用更詳盡的解釋，教師用板書作草圖更細(xì)致入微的講解，但某些關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)仍無(wú)法描述清楚，甚至前后矛盾(比如一些教科書上關(guān)于ip指針的描述就是如此)。現(xiàn)代cpu工作原理從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)還是地址流、數(shù)據(jù)流和控制信息在結(jié)構(gòu)內(nèi)

6、部的流動(dòng)、變化和相互作用。運(yùn)用多媒體技術(shù)模擬這三者之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在windows操作系統(tǒng)的支持下，只需一只鼠標(biāo)就能感受到這種“虛擬-真實(shí)”的場(chǎng)景。以下面動(dòng)態(tài)演示中的幾幕來(lái)說(shuō)明：圖6是cpu執(zhí)行2+3操作中的一幕(操作碼04),可以看到執(zhí)行部件eu在加法器中已完成加法運(yùn)算, 和正在內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上傳輸，在執(zhí)行加法操作的過(guò)程中，biu正把下一條往存儲(chǔ)器送數(shù)指令mov 104h,al，從代碼段陸續(xù)取到預(yù)取指令隊(duì)列(代碼a2 04 01). 此時(shí)取指令指針ipx=108h, 執(zhí)行指令指針ip=104h。圖7是cpu執(zhí)行往存儲(chǔ)器送數(shù)指令中的一幕，eu對(duì)指令譯碼生成存儲(chǔ)器的偏移地址(0104h)送給biu

7、。圖8是biu把這個(gè)偏移地址和數(shù)據(jù)段ds的內(nèi)容(×16)送到了地址加法器，從而生成啟動(dòng)外部存儲(chǔ)器的物理地址。圖9是cpu執(zhí)行call指令中的一幕，這時(shí)biu已生成把返回地址壓棧的物理地址(500feh),正通過(guò)內(nèi)部地址總線向總線接口部件傳輸，與此同時(shí)eu正把指令中的相對(duì)位移量(1234h)送入加法器上方的暫存器，為生成子程序入口的偏移地址作準(zhǔn)備。圖10顯示的是，返回地址(1053h)送入外部存儲(chǔ)器的堆棧區(qū)的對(duì)應(yīng)單元，總線接口部件發(fā)出寫信號(hào)(/wr), 返回地址(1053h)寫入堆棧指針sp指向的字單元。注意，與上述過(guò)程發(fā)生的同時(shí)，eu在加法器中生成了子程序入口偏移地址(2287h)，

8、正通過(guò)內(nèi)部16位數(shù)據(jù)總線，傳送給biu，以便生成程序跳轉(zhuǎn)的物理地址，即子程序入口地址。那么，在傳統(tǒng)教學(xué)中是如何講述這一段內(nèi)容的呢？是這樣的：首先把返回地址壓棧，然后生成子程序入口地址，接著程序轉(zhuǎn)移到子程序去執(zhí)行。這一方面容易給人產(chǎn)生對(duì)上述2步是完全串行的錯(cuò)覺(jué)，而且對(duì)cpu內(nèi)部各部件的具體動(dòng)作及相互協(xié)調(diào)工作的時(shí)序關(guān)系，也是根本無(wú)法描述的。2.3讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)課堂大學(xué)微機(jī)原理的教學(xué)中普遍存在的一個(gè)問(wèn)題是理論與實(shí)驗(yàn)的脫節(jié)，理論課上往往不做任何演示實(shí)驗(yàn)，比如讓學(xué)生實(shí)測(cè)觀察cpu各相關(guān)引腳輸出的時(shí)序波形，那是根本不可能的。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室不可能配備那種高檔的多蹤示波器，然而時(shí)序圖對(duì)于學(xué)生理解cpu的工作原理是極

9、其重要的。各高校教師的普遍做法是把書本上的時(shí)序圖畫在黑板上或顯示在投影機(jī)的屏幕上，然后諸條分時(shí)段講解。由于沒(méi)有真實(shí)感，cpu輸出的時(shí)序波形又極其繁雜，使得教師講解和學(xué)生理解起來(lái)都感到困難和乏味。利用多媒體對(duì)圖象、動(dòng)畫、聲音處理的集成控制性和實(shí)時(shí)性來(lái)模擬多蹤示波器的輸出波形，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在課堂的大屏幕上清晰的展示出來(lái)，動(dòng)感真實(shí)、方便 經(jīng)濟(jì) ，有效地解決了理論與實(shí)驗(yàn)的脫節(jié)問(wèn)題。如下圖所示，播放一開(kāi)始，就把模擬示波器的屏幕顯示出來(lái)，屏幕右側(cè)設(shè)有觸發(fā)按鈕，點(diǎn)擊該按鈕，各相關(guān)引腳的波形隨時(shí)鐘clk而變化，在關(guān)鍵的時(shí)段還給出標(biāo)注。而且每點(diǎn)擊觸發(fā)按鈕一次，就會(huì)重新演示一遍。圖11是存儲(chǔ)器讀周期中的時(shí)序追蹤的某

10、個(gè)時(shí)刻。圖中顯示，t1時(shí)刻cpu輸出地址，t2時(shí)刻地址/數(shù)據(jù)總線(ad0ad15)呈現(xiàn)高阻態(tài)。圖12是存儲(chǔ)器讀周期中的時(shí)序追蹤的又一個(gè)時(shí)刻。圖中顯示，t3狀態(tài)開(kāi)始，檢測(cè)ready引腳有效，/rd讀信號(hào)有效，t3t4狀態(tài)從存儲(chǔ)器或i/o讀出的信號(hào)出現(xiàn)在cpu的數(shù)據(jù)總線上。2.4發(fā)揮多媒體交互式特性利用多媒體的交互特性，可以為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)自主學(xué)習(xí)、自發(fā)求知的環(huán)境，變以教師的灌輸為主的課堂教學(xué)為以學(xué)生為主的討論性、導(dǎo)航型、咨詢型的教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生樂(lè)于學(xué)、善于學(xué)，從而獲得有效的知識(shí)和知識(shí)保持。在80x86cpu系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這一章的教學(xué)任務(wù)基本完成以后，傳統(tǒng)的教學(xué) 方法 是教師要對(duì)cpu的各個(gè)部件的名稱和功

11、能進(jìn)行綜合評(píng)述，或者讓學(xué)生做一道綜合填空題。結(jié)果是花了不少時(shí)間，費(fèi)了很多口舌，成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生也只能答對(duì)4050。為解決這個(gè) 問(wèn)題 ，我制作了如下具有多媒體交互氏特性的課件。播放開(kāi)始，坐在桌前的卡通人物米老鼠一邊發(fā)話：“把對(duì)角線上各個(gè)部件與兩邊的功能說(shuō)明畫線連接起來(lái)！”，一邊作劃線示范動(dòng)作。學(xué)生可以按照“操作說(shuō)明”里的方法，用模擬筆逐個(gè)連線，全部完成后，點(diǎn)擊“all answer”按鈕，由電腦給出正確答案；也可以每畫出一條線，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)部件，立即得到答案。然后學(xué)生進(jìn)行自我驗(yàn)證，也可以相互討論。然后用模擬橡皮擦除自己不正確的連線。點(diǎn)擊“clear”按鈕,清除全部答案。沒(méi)有答對(duì)的學(xué)生，可以重做一遍，這

12、就顧及到了個(gè)體學(xué)生的差異性.實(shí)踐證明，只要重做三遍，所有學(xué)生都可以正確連線，比一般的課堂/外練習(xí)效果好多了，特別是對(duì)于成績(jī)差的學(xué)生。圖13顯示的就是學(xué)生和電腦進(jìn)行交互式 學(xué)習(xí) 的一個(gè)鏡頭。圖中曲線表示學(xué)生使用模擬筆畫出的連線，其中藍(lán)色曲線是正確的連線，黑色的曲線是錯(cuò)誤的連線。而紅色雙箭頭直線是點(diǎn)擊all answer按鈕，由 計(jì)算 機(jī)給出的正確答案。2.5構(gòu)建網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多媒體教材傳統(tǒng)的教科書、音像和電視教材，其信息組織結(jié)構(gòu)是線性的和有序的。這適合于以書本等為媒體，以知識(shí) 教育 ，應(yīng)試教育為主導(dǎo)的教育方式，這也是長(zhǎng)期以來(lái)形成以教為中心的教育觀念的基礎(chǔ)。但學(xué)生對(duì)信息的接受是被動(dòng)的、固定的、模式化的。

13、 科學(xué) 研究 表明，人類大腦的記憶和思維是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的，線性結(jié)構(gòu)的教材客觀上限制了人類聯(lián)想思維能力的發(fā)揮。多媒體具有非線性、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特性，對(duì)信息的組織由結(jié)點(diǎn)和表達(dá)結(jié)點(diǎn)之間關(guān)系的鏈組成的網(wǎng)，符合人的認(rèn)知和思維的特點(diǎn)。使用這種非線性、無(wú)結(jié)構(gòu)化的多媒體教材進(jìn)行瀏覽、查詢等操作，可以任意組合、跳轉(zhuǎn)。在自主學(xué)習(xí)的狀態(tài)下，一方面可以成為培養(yǎng)發(fā)散思維或創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)；另一方面，學(xué)生可以根據(jù)自己知識(shí)基礎(chǔ)、認(rèn)知水平、興趣、學(xué)習(xí)方法的差異或帶著問(wèn)題自定學(xué)習(xí)路徑，選擇自己需要的學(xué)習(xí) 內(nèi)容 ，促進(jìn)了學(xué)習(xí)個(gè)別化的實(shí)現(xiàn)。以如下幾個(gè)畫面為例。圖14畫面可以看到兩個(gè)方面的內(nèi)容：cpu在執(zhí)行指令時(shí)取出下一條指令的并行操作中，

14、地址流、數(shù)據(jù)流、控制信號(hào)的動(dòng)態(tài)邏輯。 設(shè)置8個(gè)圖標(biāo)按鈕，各具有某種特定的功能，從功能的安排上來(lái)說(shuō)是無(wú)序的，非線性的。任意點(diǎn)擊某個(gè)按鈕，就會(huì)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。這些出口具有發(fā)散性，而它的入口具有集合性，可以從首頁(yè)進(jìn)入，也可以從后面各頁(yè)進(jìn)入。圖15是點(diǎn)擊圖14中堆棧操作按鈕進(jìn)入后的一個(gè)畫面，可以看出這時(shí)已完成進(jìn)棧操作，出現(xiàn)了2個(gè)按鈕(出棧和出棧)，點(diǎn)擊這2個(gè)按鈕是任選的，分別完成2種出棧的邏輯順序，以便講述堆棧操作的2個(gè)基本原理。另外還有2個(gè)按鈕，分別完成啟動(dòng) 音樂(lè) 和返回。這4個(gè)按鈕的結(jié)構(gòu)安排也是無(wú)序的。最能說(shuō)明該課件的多媒體非線性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特性的，還是上文中的圖13。圖中設(shè)置了可以直接看到的圖標(biāo)按鈕就有16個(gè)之多，任意點(diǎn)擊某個(gè)按鈕，就可以顯示圖標(biāo)所指示的某一特定功能，或顯示一個(gè)功能系列，或播放悅耳柔美的音樂(lè)，或跳到最后一頁(yè)，或返回等等。這樣就為不同層次的學(xué)生提供了得心應(yīng)手的多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境。3結(jié)束語(yǔ)綜上所述，計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù) 應(yīng)用 于“微機(jī)原理”教學(xué)中具有傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。然而，沒(méi)有任何一種媒體在所有場(chǎng)合都是最優(yōu)的，每種媒體都有自己擅長(zhǎng)的范圍，只有在先進(jìn)的教育教學(xué)