- 相關(guān)推薦
現(xiàn)代教育思想與多媒體在微機(jī)原理教學(xué)中的實(shí)踐與研究論文
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�？梢哉f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?jī)?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，讓學(xué)生在動(dòng)態(tài)的變化中認(rèn)識(shí)事物的發(fā)展過程和變化規(guī)律，這樣的知識(shí)就不是僵化的，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)針方向轉(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：“MPU內(nèi)只有加法器，沒有減法器，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)全部吸引過來了。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“推論” 按鈕，很自然地引出“補(bǔ)碼”這個(gè)概念，并回答一開始提出的“如何實(shí)現(xiàn)減法操作”這個(gè)問題。
“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過程的一幕，然后自然而然的得出‘后進(jìn)先出’和‘?dāng)?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)‘?dāng)?shù)據(jù)傳遞’這一重要原理。這樣，在傳授和接受知識(shí)的過程中，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)上來說還是地址流、數(shù)據(jù)流和控制信息在結(jié)構(gòu)內(nèi)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)演示中的幾幕來說明：
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‘⑤’正在內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上傳輸，在執(zhí)行加法操作的過程中，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I(yè)PX=108H, 執(zhí)行指令指針I(yè)P=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。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)，正通過內(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，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，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)問題。
如下圖所示，播放一開始，就把模擬示波器的屏幕顯示出來，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(AD0～AD15)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)開始，檢測(cè)READY引腳有效，/RD讀信號(hào)有效，T3～T4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)40～50﹪。為解決這個(gè)問題，我制作了如下具有多媒體交互氏特性的課件。
播放開始，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明畫線連接起來！”，一邊作劃線示范動(dòng)作。學(xué)生可以按照“操作說明”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。沒有答對(duì)的學(xué)生，可以重做一遍，這就顧及到了個(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。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：
�、賑pu在執(zhí)行指令時(shí)取出下一條指令的并行操作中，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，從功能的安排上來說是無序的，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①和出棧②)，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)音樂和返回。這4個(gè)按鈕的結(jié)構(gòu)安排也是無序的。最能說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，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)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。然而，沒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)理論的指導(dǎo)下，不同媒體相互配合，進(jìn)行精心地教學(xué)設(shè)計(jì)，才能最大限度地地發(fā)揮多媒體的優(yōu)勢(shì)。如何實(shí)現(xiàn)多媒體技術(shù)與其他媒體，包括與傳統(tǒng)教學(xué)方式的完美結(jié)合，仍然是廣大教師不斷研究、實(shí)踐和探索的重要科題。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 伍棠櫪,李伯禾,吳福元. 心理學(xué)[M].北京:人民教育出版社,1986.
[2] 沙蓮香主編. 傳播學(xué)[M]. 北京:人民教育出版社.
[3] 裴新風(fēng),尹令平,詹淘. 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)結(jié)構(gòu)模式的研究[J]. 高等理科教育,2006,(5).
【現(xiàn)代教育思想與多媒體在微機(jī)原理教學(xué)中的實(shí)踐與研究論文】相關(guān)文章：
多媒體在小學(xué)教學(xué)中的發(fā)展研究論文07-04
多媒體在蛙泳腿教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)研究論文06-24
多媒體在美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用的策略研究論文07-04
試論“思想道德修養(yǎng)”多媒體教學(xué)研究與實(shí)踐論文06-25
多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中現(xiàn)代教育的積極作用論文07-04
鋼琴教學(xué)中應(yīng)用多媒體技術(shù)的策略研究論文07-03
初中地理教學(xué)中多媒體的應(yīng)用研究論文06-25
體育教學(xué)中多媒體技術(shù)應(yīng)用研究論文06-30