原理与实践

原理与实践（通用12篇）

原理与实践 篇1

0 引言

《机械原理》和《机械设计》课程是工科院校机械类专业的主干课程,对培养学生解决实际工程问题,尤其是机械综合设计能力起着至关重要的作用。机械原理和设计课程具有实践性强、与工程实际结合紧密的特点,因此这两门课程的实践教学一直是机械类专业教学体系中的重要一环。实践教学的好与坏不仅影响学生对课程理论知识的理解程度,而且直接决定了学生理论联系实际,解决实际工程问题的能力。目前,机械原理与设计课程开设的实验绝大部分是以演示型和验证型为主。如《机械原理》课程的“渐开线齿轮范成原理”实验,《机械设计》课程的“测定带传动的效率和滑动率”实验。在这些实验中,很少有学生能发挥主动性去将实验与实际工程相结合进行探索,更多的是扮演一个被动角色,按照既定实验步骤进行简单操作。加之部分实验设备台数又少,每组人数又多,很多同学在实验时只是走马观花地应付了事,这大大降低了实践环节应起到的效果[1],达不到对学生综合设计能力和创新能力的培养。因此,改革机械原理与设计的实践教学,提高实践教学效果是刻不容缓的大事。

1 机械原理与设计的实践改革

1.1 实验教学体系的改革

根据机械原理与机械设计课程的特点,并结合我院的实际情况,课题组首先对两门课程的实验形式进行改革,将原课内实验改为实验环节独立设置形式,并进行单独考核和计学分;其次对这两门课程的实验课时进行调整,由原来的16学时调整到目前的22学时,主要用来增开综合设计性、创新设计性实验,从而提供培养学生综合设计能力、动手能力和创新思维能力的机会;再次对这两门课程实验教学内容体系[2,3]进行改革。按照实验教学规律,以对学生进行系统而完整的方法和技能训练为目的,在保持实验内容新颖和有特色的基础上,对传统实验教学内容和项目进行改革和组合,分类设置实验项目和内容,构建完整的实验教学内容体系,使实践教学效果最佳化。为此,课题组将实验内容划分为如表1所示的三个模块共11个实验项目,其中综合性和创新设计性实验项目6项,占所有实验项目的54. 5%,是改革前的4.4倍,这为培养学生工程实践能力、动手能力、创新能力以及应用现代技术解决工程实际问题奠定了坚实基础。

1.2 综合性课程设计的改革

目前,多数高校“机械设计”的课程设计[4,5]题目是二级齿轮减速器。设计的内容主要包括电动机的选择、减速器的设计和联轴器的选择等。设计的工作量主要有减速器装配图一张、重要齿轮和轴的零件图,以及一份设计说明书。通过课程设计,大多数学生感到收获较大,认为“机械设计”课程设计是课堂学习代替不了的,能够锻炼自己设计和分析问题能力的极好机会。但从“机械设计”的课程设计内容和效果来看,目前还存在如下问题:1) 学生不能将作品与工程实际相结合;2) 设计出来的产品性价比很低,甚至无法加工;3) 无法发挥自身主动性和创造性,更多是按图索骥式设计,积极性不高。因此,引入一些新的课程设计题目是当务之急。课题组在综合性课程设计改革方面,一方面将课程设计题目与我校的办学特色相结合,提出了比如海洋起重机、船用夹板起重机和船用夹板机械等设计题目;另一方面结合教师科研项目,从中提炼出课程设计题目。通过这些改革使课程设计与工程实践结合更紧密,进而更好地培养学生的综合实践能力和创新能力。

1.3 开展第二课堂,提升创新能力

为了进一步培养学生的创新精神和实践能力,课题组根据机械原理与设计的课程教学内容,联合一些学有余力的同学积极开展第二课堂活动。首先,连续两年成功申报到学校本科创新项目,其中服务机器人及其导航系统在2011年受到江苏省高等学校大学生实践创新训练计划的支持,这些项目基本上都是以机械设计为主,里面涉及到了方案设计、机构运动分析、传动方案设计、零件设计计算和选用等知识点,涵盖了机械原理和设计的主要知识点,通过工程项目驱动来提高学生的团队协作能力、动手能力和创新能力;其次,积极指导学生参与两年一度的机械创新比赛。2010年的“四轴飞行器”和2012年的“智能家居中服务机器人及其导航系统”作品分别荣获江苏省机械创新二等奖。2012还指导学生参加了全国机械创新慧鱼组的比赛,三项机械作品皆荣获三等奖。通过这些比赛,学生们在获得荣誉的同时,更为关键的是通过项目提升了自身的科研能力,提升了自信心,培养了创新意识和创新能力。

2 综合性实验案例设计与实践

为了进一步阐述课题组在实践教学改革方面的内容和效果,本节给出表1中模块二的综合实践二教学案例。已知如图1所示曲柄滑块机构,假设曲柄转角α=α0～ (α0+1800),要求滑块按照undefined输出,α0和h0分别为曲柄在最左端时,曲柄初始角和滑块初始位置[6]。

该综合实验的要求:以滑块实际输出值与期望值的波动最小为目标,根据机械原理实验室的曲柄导杆滑块机构测试及设计平台(图2),进行结构参数(即r,l,e)的优化设计及实验验证。

整个综合实验过程包括以下几个步骤:

1) 学生根据实验要求,选取x=[r,l,e]T为设计变量,将曲柄转角范围划分100等份,然后建立如下目标函数:

undefined

建立约束条件:

r+e-l≤0 (2)

undefined (3)

undefined (4)

2) 根据图2实验平台,测量出设计变量范围:r∈[ 0.45,0.58],l∈[0.28,0.34],e∈[0,0.15],单位为m。

3) 将式(1)作为适应度函数,利用遗传算法,按照图3优化流程获得最优设计变量:r=0.576m,l=0.28m,e=0.055m。

4) 根据优化结果,对图2实验平台进行结构调整设计,并结合动态测试系统获得滑块最终运动曲线,如图4所示。图中给出了所设计系统的滑块位移、速度和加速度曲线。

该综合性实验一改以往单纯按照要求进行验证性构件测试,而是根据工程实际进行有目的性优化、设计和实验。该综合性实验涉及到了数学建模、优化、人工智能、机械、测试等知识,较好地实现了学生的知识贯通,在加强动手能力同时,也提高了学习兴趣。

3 结语

《机械原理》和《机械设计》课程是机械类专业非常重要的主干课,为了提高实践效果,对这两门课程的实践教学环节体系进行了改革。将原实验项目和内容进行优化、组合,并增设新的设计性、综合型实验项目,使实验水平由浅入深,实验过程从简单到复杂、从单点到多点,循序渐进,较好地提高了学生的学习积极性,增强了学生的综合设计能力和创新能力,达到了改革目的。

参考文献

[1]任金波,张翔.《机械原理》与《机械设计》实验教学改革实践[J].福建农业大学学报,2011,14(3):108-111.

[2]李建勇,李剑峰,等.机械原理实验教学新体系与改革实践[J].现代制造技术与装备,2007(4):90-92.

[3]段巍.《机械原理》课程改革实践与创新能力的培养[J].中国电力教育,2008(2):81-82.

[4]吕宝占.应用型本科“机械设计”课程设计的改革与实践[J].中国电力教育,2009(7):148-150.

[5]周先军.机械设计课程设计改革思考[J].吉林省教育学院学报,2010,10(26):140-141.

[6]何文德,王充,张丽.基于Matlab的曲柄滑块机构的设计方法[J].兰州工业高等专科学校学报,2011,18(4):55-57.

原理与实践 篇2

年 级: 院 系: 学生姓名：

皮带称原理与故障处理 指导教师: 时 间:

C C（J J、K K、P P）

6E/ICS--

（J J、K K、P P）（G B）

S S 系列电子皮带秤是我国自行设计 制造的产品。电子皮带秤作为过程控制的重要环节之一，它的稳定性、精确度着 实令生产企业为之重视。

C（J J、K K、P P）E 6E 系列电子皮带秤输送机和电子秤 C PC 控制柜或控制箱配套组 成电子皮带秤，它是一种动态称重装置，在制丝线及打叶复烤线中广泛用于烟丝、烟叶、叶片、烟梗等各种烟草物料的流量控制，累计重量的显示及不同物料的配 比控制。这几种类型秤的用途介绍如下：

a a）计量型一一计量物料的累计重量，将瞬时流量信号输送到下一级设备。用代号 J CJ 表示；b b）控制型一一均衡地控制 物料流量，使物料按设定流量通过。用代号 K CK 表示；c c）配比型一一实现叶丝、梗丝、薄片丝、废烟丝等的设定配比。配比型主要用于制丝线。用代号 P CP 表示； d d））定量型一一实现对物料的定量控制，将物料定量送入下一道工序。用代号 CDJ 或 K CDK 表示。

电子秤控制箱主要功能如下：a a）运行模式和工作状态选择；b b）参数显示和 设置；c c）参数停电保存；d d）自动调零去皮重；e e）超载报警及显示；f f）皮带自 动校偏及报警功能；j j）流量控制、瞬时流量模拟信号输出；h h）计量和计量修正、累计重量脉冲输出；i i）多秤台联合监控功能。

本次论文主要以电子皮带秤的构造、工作原理、主要电气器件工作原理、日 常工作内容、故障和故障处理等方面来进行论述的。

本次论文资料主要以《昆明 造船厂 C（J J、K K、P P）E 6E 系列电子皮带秤使用说明书》、《编码器原理与实用教程》 等为理论依据。

相信通过本次论文的论述，我会从中了解很多课本之外的知识，也有助于弥 补我知识的空白。

关键词：编码器；变送器；自动纠偏；调零；计量 目录 摘要..............................................................................-2-第一章 C（J、K、P）6E 系列电子皮带秤构造说明

....................................-4-1.1 PLC 控制柜..................................................................-4-1.2 电子皮带秤输送机

.........................................................-4-1.2.1 机架：

................................................................-5-1.2.2 皮带张紧装置：

.....................................................-5-1.2.3 输送带：

..............................................................-6-1.2.4 输送装置：

............................................................-6-

1.2.5 自动纠偏装置：

.....................................................-6-1.2.6 称重装置：

............................................................-7-1.2.7 传感器增益校准砝码

.................................................-8-1.2.8 支架..................................................................-8-1.2.9 驱动及测速装置：

...................................................-8-1.2.10 皮带清扫装置：

....................................................-8-第二章 电子皮带秤工作原理

........................................................-9-2.1 控制柜工作原理

...........................................................-9-2.2 计量工作原理

.............................................................-10-2.3 调零工作原理

.............................................................-11-2.4 传感器增益校准工作原理

...................................................-12-2.5 皮带跑偏报警工作原理

.....................................................-12-第三章 主要电气器件原理简介

......................................................-12-3.1 编码器原理.................................................................-13-3.2 变送器原理.................................................................-13-3.3 称重传感器简介

...........................................................-14-第四章工作内容.....................................................................-14-4.1 皮重校准...................................................................-14-4.2 传感器增益校准

...........................................................-15-4.3 动态累计误差的校准即计量

.................................................-16-4.4 瞬时流量显示值校准

.......................................................-18-4.5 皮带速度校准

.............................................................-19-第五章 故障及故障处理

............................................................-20-5.1 电子皮带秤输送机不能起动

.................................................-20-5.2 重量通道错误/传感器 n 有问题

..............................................-21-5.3 无速度信号或显示速度不正常

...............................................-21-5.4 累计不准，重复性不好。

...................................................-22-5.5 瞬时流量输出不正常

.......................................................-22-5.6 控制秤或配比秤流量失控

...................................................-23-5.7 配比秤配比不准确

.........................................................-23-5.8 输送带跑偏

...............................................................-24-5.9 电子秤在主屏中运行时，有物料重量，速度正常，但没有累计。

..........-24-第六章 结束语

....................................................................-25-参考文献..........................................................................-26-谢辞..............................................................................-27-第一章 C（J、K、P）6E 系列电子皮带秤构造说明 C C（J J、K K、P P）E 6E 系列电子皮带秤的主要构造有两部分，一部分是 C PLC 控制柜, 另一部分是电子皮带秤输送机。

C 1.1 PLC 控制柜

控制柜为 1 1 个单开门柜体或箱体，柜内包括以下主要器件: a a）

可编程控器； b b）

操作员终端； c c）

现场总线根据不同的控制器可配置不同的网络功能； d d）

变频器（箱式控制柜变频器为外挂）。1.2 电子皮带秤输送机 电子皮带秤输送机主要由机架、皮带张紧装置、输送带、输送装置、自动纠 偏装置、可调支撑组合、过渡托辊、称重装置、手动纠偏装置、支架、驱动及测 速装置、皮带清扫装置等组成（见图 1 1）。2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 131— — 机架 2 2— — 皮带张紧装置 3 3— — 输送带 4 4— — 输送装置 5 5— — 自动纠偏装置 6 6— — 可调支撑组合 7 7— — 过渡托辊 8 —称重装置 9 9— — 自动校秤装置（此项已取消）

10— — 手动纠偏装置 11— — 支架 12— — 驱动及测速装置 13— — 皮带清扫装置 图 1 电子皮带秤外形结构简图 1 1.2.1 机架：

机架由热轧普通方钢管焊接而成，是其它各装置的支撑体 2 1.2.2 皮带张紧装置：

皮带张紧装置主要由张紧绳、过渡轮、托架、重锤、配重块等组成（见图 2 2）1— — 托架 2 2— — 重锤 3 3— — 配重块 4 4— — 顶紧螺栓 5 5— — 调节螺栓 6 6— — 锁紧螺母 图 2 皮带张紧装置 3 1.2.3 输送带：

输送带是物料的承载体，为聚氨酯材料的进口环形带，具有较高的强度，带 厚均匀性好，能够满足电子皮带秤抗静电的特殊使用要求。

在输送带接头处的两 侧带厚中间分别粘夹着一片 10 m 80mm 勺金属片，用于皮带跑偏的信号检测。

-6-1.2.4 输送装置：

输送装置主要由左右侧板、横撑、主、从动辊、张紧托辊组成。1.2.5 自动纠偏装置：

自动纠偏装置主要由电动推杆、调偏托辊、皮带跑偏检测装置组成（见图 3 3）

—固定座 —电动推杆 —紧锁螺母 —调节螺杆 —调节托辊 —托板 图 3 自动纠偏装置 6 126 称重装置: 称重装置主要由两根称重托辊、四只称重传感器、四组可调支撑座组成（见 图 4 4）。

-7-1— — 可调支撑座 2 2— — 称重传感器 3 3— — 紧固螺钉 4 4— — 调节螺钉 5 5— — 限位螺钉 6 6— — 托辊托版 7 7— — 称重托辊 8 8— — 紧锁螺母 图 4 称重装置 7 1.2.7 传感器增益校准砝码 传感器增益校准用于对四只传感器在零位及灵敏度不一致时，对各传感器分 别取出其各自的增益值，即放大比例。使相同的重量压在每一只传感器上时，重 量都一样。有利于消除由于传感器性能不一致时而引起的偏载。1.2.8 支架 支架由普通槽钢焊接而成，它的主要作用是支承机架，并保证其进料和出料 高度满足前

后设备的接口高度要求。1.2.9 驱动及测速装置: 驱动及测速装置主要由交流电机 + +减速机+ +编码器组成，减速电机选用 SEW 产品，具有噪音低、效率高、不漏油、寿命长等特点，它是输送机的动力源。编 码器装在电动机风叶的后部，选用增量型编码器，转动时发出脉冲信号，主要用 于检测输送带的速度。

0 1.2.10 皮带清扫装置: 皮带清扫装置主要由两块毛刷板和毛刷板横撑组成（见图 5 5）

i A JKL • I ” __ jj :物——幽 1 1 —固定座 2 2— — 固紧螺钉及转轴 3 3— — 毛刷板固定座 4 4— — 毛刷板 5 5— — 固紧螺钉 图 5 皮带清扫装置 第二章电子皮带秤工作原理 1 2.1 控制柜工作原理 控制柜中 C PC 装置在接受由称重传感器来的重量信号和测速机构的速度信号 后，通过 CPU模块运算，得出物料的瞬时流量、累计重量及电机控制等信号，从 而完成电子秤的自动称重和控制等功能（见图 6 6）。

图 6 电子秤系统原理图 2 2.2 计量工作原理 当物料通过皮带秤输送机计量段时，这一区段上的物料重量对称重托辊产 生压力，称重托辊将这个力作用到负荷传感器上(见图 7 7)，此时传感器输出 V OmV^24mV 正比于物料重量的电压信号，该信号经放大成 0V〜V 10V 电压后送入 输入模块，经 D A/D 转换后再送 U CPU 模块进行运算。同时随着输送机的不断运转，装于驱动电机上的光电脉冲编码器发出脉冲，每一个脉冲代表皮带走过的距离。

每当皮带走过一个固定的距离 ▣ L L，C PC 装置完成一次重量、速度采样工作。当 物料通过皮带秤后，C PC 装置已采样多次，C PC 将各次采样值按下式累计即可得到 累计重量 W W n Pi W W

----

A L L i = 1 L 式中：

i —-采样脉冲； Pi —-计量段上物料重量； L-计量段长； A L L — 采样间隔距离；

从式中可以看出 L P/L 即为皮带每米上物料的重量，n n 为皮带走过 A L L 的段数, P/L ? A L L 即为走过 A L L 长度的重量，对 n n 段重量求和即得累计重量 W

电子秤皮带速度 V V 可由下式求得：

A L L V =(m/s)T T 式中：T T 为走过 A L L 长度所需的时间； A L L 为采样间隔

-11-1 —过渡托辊 2 2 —称重托辊 3 3 —过渡托辊 4 4 —输送带 5 5 —负荷传感器 图 7 称重原理图 3 2.3 调零工作原理 调零分为平均值调零和绝对值调零: a a）

平均值调零是将空载状态下皮带一周的平均重量值贮存起来，此后在电子秤 使用过程中，C PC 装置将瞬时采样到的毛重减去平均皮重，得到瞬时物料净重； b b）

绝对值调零是对称重带逐段调零，皮带被分为多个测量单元，在实际调零过 程中，各单元都有一个调零值，在使用过程中，各单元的测量值将减去各自的调 零值，得到瞬时物料净重。

-12-2.4 传感器增益校准工作原理 传感器增益校准用于对四只传感器在零位及灵敏度不一致时，对各传感器分 别取出其各自的增益值，即放大比例。使相同的重量压在每一只传感器上时，重 量都一样。有利于消除由于传感器性能不一致时而引起的偏载。

通过校准各称重传感器至 C PLC 的过程中系统对校准砝码重量的检测结果，实 现对重量通道的校准。校准砝码的重量（即调试参数表中的传感器增益校准砝码）

已预先置入 C PC 装置的 U CPU 内存。进行传感器增益校准时，C PLC 按该校准砝码对 四只传感器进行校准，若检测结果与实际重量不一致，则系统将各传感器对应的 重量修正系数--传感器增益自动变小，反之则变大，以使重量检测值与标准砝码 重量相等。该系数修正工作由 C PLC 装置自动完成。2.5 皮带跑偏报警工作原理 当皮带跑偏时，由接近开关检测皮带上左、右偏离信号，送入 C PC 装置，经 判断处理后发出控制信号给校偏机构使皮带自动恢复至中间位置，若长期校偏仍 不能使皮带恢复到中间位置，则发出带偏信号，提醒操作人员及时排除故障以校 正皮带跑偏。

第三章主要电气器件原理简介 在皮带秤中有三个最为重要的电气设备，它们分别是编码器、变送器和称重 传感器。以下是对它们的简介

-13-3.1 编码器原理 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以 通讯、传输和存储的信号形式的设备。

编码器把角位移或直线位移转换成电信 号，前者称为码盘，后者称为码尺.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接 触式两种.接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态 是“1 1”还是“0 0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏 元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“ 1 1”还是“ 0 0”，通过“ 1 1”和 “ 0 0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通 讯、传输和储存。3.2 变送器原理 工业上普遍需要测量各类电量与非电物理量，例如电流（AD）、电压（VD）、功率（WD）、频率（FD）、温度（TT）、重量（LD）、位置（PT）、压力、转速（RT）、角度等，都需要转换成可接收的直流模拟量电信号才能传输到几百米外的控 制室或显示设备上。这种将被测物理量转换成可传输直流电信号的设备称为 变送器。工业上通常分为电量变送器（常见型号如：

P GP/FP 系列、3 S3/N3 系 列、3 STM3 系列等）和非电量变送器。

变送器的传统输出直流电信号有 0 0--5V、0 0--10V、1 1--5V、0 0--20mA、4 4--20mA 等，目前最广泛采用的是用 A 4~20mA 电流来传输模拟量。工业上最广泛采用 的是用 A 4~20mA 电流来传输模拟量。

采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电 阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取 是因为防爆的要求：A 20mA 的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。

因故障断路，环路电流降为 0 0。常取 A 2mA 作为断线报警值。

电流型变送器将物理量转换成 A 4~20mA 电流输出，必然要有外电源为其 供电。最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接 4 4 根线，称之为四线制变送器。当然，电流输出可以与电源公用一根线（公 用 C VCC 或者 GND，可节省一根线，称之为三线制变送器。

下限 没有取 A 0mA 的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于 4mA 当传输线

其实 4 4--A 20mA 电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一 个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在 A 4~20mA 之间根据传感器 输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。

这种变送器只需外接 2 2 根线, 因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为 A 4mA 因此只要在量程范 围内，变送器至少有 A 4mA 供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。3.3 称重传感器简介 电子皮带秤所用的称重传感器是悬臂梁称重传感器--B HBB 称重传感器。其特 点是安装高度低，结构紧凑；测量精度高，长期稳定性好；合金钢或不锈钢材质;焊接密封，防护等级 IP68。

第四章工作内容 1 4.1 皮重校准 a a）

皮重校准即为调零。调零方式有“绝对值调零”和“平均值调零”两种 方式，用调零模式这个参数进行选择； b b）

接通电源，按下主屏幕上的“起动”键使电子秤运行 10〜0 30 分钟，工 作稳定后，即可进行皮重校准； C C）在功能选择屏中，按下“调零 ”键进入调零屏，在调零屏按下“执行” 键，皮重校准即自动开始；

---------调 省------------

I次调零时问:12 U 12 I I 皮返值址=秤 3二烽 秤 1= fl2 +

345 ks 秤 2= fia.315 kg

头罩

迪1 1 ■

调零屏 d d）

平均值调零：在“执行”键按下后“待命 ……”处将依次显示“移走 物料……”取皮重值”调零结束”，其皮重则显示在末次皮重 值处； e e）

绝对值调零：“执行”键按下后，“待命”处依次显示“寻求同步……” > “移走物料……” > “取皮重值” > “调零结束” ；

f f）

棒条被充满表示皮带走完一圈； g g）

在绝对值调零时，会出现寻求不到同步的情况，此时检查接近开关，在皮 带接头到来之时，接近开关是否是亮的，如果不亮，在皮带不跑偏时，调整接近开关的位置； h h）

在调零时，还会出现“皮重超出”的情况，这时有三种可能：

1.可能是 皮带还在运载物料时 , 你按下了 “执行”键； 2.检查校准砝码是否还压在 传感器上, ,若是则抬起砝码； 3„传感器损坏； i i）

调零时，3 个秤台都会同时进行调零，取出各自的零点，不需分别进行。4.2 传感器增益校准 a a）此操作仅在更换传感器或初次安装时执行，在维护保养时不允许使用此 功能！

各传感器增益 操作 秤台 传感器 灵敏度 S 空抨时先按竺］

秤台】

r..................:传 Sl= H2.3456

: : :传彌 2 S2= fl2, 3456

传酸器卿藐鵠认 1 ■秤台 2

S3= f 12.3456

博辭职码洁确认

S4= f12.345fi

传否雅 44 圭闯认--

进料端

传感器增益校准 b b）在空秤停止情况下，按下功能选择屏上的“传感器增益”键，进入校准

空秤值，在四只传感器上依次分别手动加挂传感器增益校准码（随机配 有 1 1 个挂码，例 ：1 kg），可将内参中的传感器增益校准码置为 1 kg , ,然 后按显示屏上所示意的传感器位置 1，在 1 SP1.1 上挂好码，再在屏上按 “传感器 1 挂码确认”，取出传感器 1 1 的增益系数 S1。从 1 SP1.1 上取下挂 码，将挂码挂在位置 2 上，再在屏上按“传感器 2 挂码确认” |，取出传感 器 2 的增益系数 S2,依此类推取出 C S3 S4 PLC 进入校准过程。自动取 出各传感器的放大比例即传感器通道增益系数。校准结束后，取下传感 器上的挂码。内参中的传感器增益校准码为 4 只挂码的总重。4.3 动态累计误差的校准即计量 a a）

在手动调速、校偏屏中将“运行模式”选择为“自动”。每次上电时，复位 到自动调速方式； b b）

电子皮带秤在实际运行 0 30 分钟后, ,进行皮重校准后即可进入动态累计误差 的校准； c c）

用模拟物料（如若干砝码或沙袋等）作为被测试物料； d d）

在功能选择屏中按下“计量”键，将显示计量屏； e e）

按下计量屏中“起动”键，将模拟物料均匀地摆放在皮带上，调节摆放 疏密程度，使称量段上重量基本与额定重量相近。

待输送物料完成后，记 录该次实际物料值和累计重量显示值，共测试三次。动态累计误差 S d d 按 下式计算：

C — P P S d = x 100 %

屏：确认皮带上没有物料，按下“执行”键，此时 C PLC 取出各传感器的

式中：

C —累计显示值； P P

—对应该次的实际物料。

其动态累计误差应不大于 0.5%,若达不到指标，可用下列方法改变人为校

当前秤台= 12

计量误盟修正

稈台 3 秤台 1 秤台 2

显无匝量（kg）

f 12:34.567 fl234.567 f1234.567 人为校秤系数 f12345 112345 112345 修正课湮鞘认

Lxtl 轴中 1 *“"田 „ 1.请置丈际畫■依刃 Fl ”』“L 每计曲啊贏此值變朝

不慘正时按此琨理回 2 屏

计 量 误 差 修 正 屏

输入物料的实际重量，确认无误后，按下“确定卫，程序计算后，自动更 改参数人为校秤系数值。然后按下返回键回到计量画面。并重新测试动态累 计误差。若不想进行系数修正，请按“返回^； f f）

计量起动时，3 个秤台都会同时进行计量累计，不需单独进行过码，从计 量附屏可查看各计量累计，并进行修正，各秤台的误差是分别进行修正的：

”ll ■ 1.A J■ 计星阳屏 计 秤系数，则按下屏幕中的“ 是”键，显示累计误差修正屏。

瞬时淹 ftQn= fl23 15 kg/h 物料 4(B P

= 112.315 kg 皮带速度¥ = fl.23 I m/s 计量累汁 =fl23 I.567 kg 计量主屏 返冋 累计逞妾 当前團埶 12 起动 I

-18-不博 E 时比 tais 回 垢回

值 M0 X X 原数值;秤台号

秤台 1 呼 Er：

：

・ATnf 时间段 内鬲计畫・ f 1234.5S7 F12i4.6(57 fl234.567 当加境■復正系散 fl2345 fl2345 f 1.2345

a SI 测试时间 冲』 耀正启”此管夏年-1 棒止需亶

当输入理论累计重量值时，任何一台修正后，都会将此值进行复零，要修 正下一个秤台，需重新置入此值。方能进行修正。在显示屏上有明确的提 示。如上图。4.4 瞬时流量显示值校准 a a）

配比秤也可通过参数把秤型改为控制秤，然后通过校准码来校准瞬时流 量； b b）

在主屏幕上设定一个内部设定流量，到校秤屏中手动放下校准码代替物 料，返回主屏幕，按下主屏幕上“运行”键使皮带运行，瞬时流量自动 跟踪到设定流量后，测试一定时间间隔内的理论累计重量值 0 M0 与显示累 计值 n Mn 是否一致。若不一致，则进入内参设定屏，修改流量校正系数。

重复上述测试，直至达到要求。若不想进行调整，请按“返^□，即不进 行修正。瞬时流量校准结束后，到校秤屏中手动抬起校准砝码； c c）

富士和西门子显示屏可自动修改流量校正系数，并通过取样功能读取累 计量。具体的校准方法如下：

一定时间间隔内显示累计值可从取样屏中通过“取样”键读取累计值 例：设定流量为 QpKg/h,供料充足均匀，瞬时流量跟踪到设定流量的状 态时，从取样屏中读取的显示累计值分别为：

M1,M2,M3,M4,M5,M6 ・ Mr;理论累计值为 Q MQ 读取数据的时间间 隔为 0 T=180 秒 M0=(Q F

3600)X T M=M n — M M--i i Mk M0 X 100 ：>1 时请在流量控制精度修正屏中在控制秤下把 M M 置入下面时间段内 秤的运行累计重量处，T T 置入测试时间处，按下“确定” 键流量校正系 数自动修改。

<1 时不需修改流量校正系数, ,则按返回键返回 想手动计算参数，则公式如下：流量校正系数输入值 = =（显示值 M/理论

△ M=|M0--

M|、二(△ 流屋控制精度修正屏

流量系数控制精度修正屏 d d）

若在生产过程中做流量校准时，则需的测试条件为正常生产、供料均匀、不断料。具体方法同 c c）或 e e）； e e）

多秤台时，瞬时流量、物料重量只显示当前所用秤台的状态值； f f）

运行起动时，3 个秤台都会同时进行物料累计，不需单独进行过码，修正 时是分别进行修正：当输入理论累计重量值时，任何一台修正后，都会 将此值进行复零，要修正下一个秤台，需重新置入此值。方能进行修正； g g）

取样功能 在生产过程中，用户可进入取样功能，查看电子秤的控制精度是否达 到要求，当按下取样键时，在设定时间间隔内会自动取出电子秤的累计 值，供用户查看。

取样屏4.5 皮带速度校准 在手动调速、校偏屏上把运行模式“手动 / /自动”旋钮打至“手动”位置 , 调节▢或▤键使电机达到某速度。用秒表测试皮带走一圈所需的时间，计算皮带 实际速度应与显示面板“ V“运行参数显示的速度值大致相符。否则应检查调试 参数中的参数是否符合实际 本秤宾计重呈血 主评黑计审最饰 本种瞬时 ^SKs/h 1 fl 23 4567.8 f1234567.S £1234567.8 2 fl234567.8 f1234567.8 i1234567.8 3 fl234567.3 fL234567.0 fl234567 r

0 4 fl 234567.8 fl 234567.8 fl254567.& 5 fl234567.8 f1234567.8 fl234567.8 6 fl234E67.S £1234567.B fl234567.8 请先补恥祥吋问再开始取祥 1.取样时阖二 123秒［1 取样

_

”・・・・・ ・・・・”■■■■!■ ・・・・■■!■!■・・・・・・・・，・・・・・・・・ 取样屏 取样 停止

值。参数正确的前提下，如果显示速度与计算的皮带

速度不一致则更换编码器 第五章故障及故障处理 查找故障之前请确认电子秤的内部参数是正确的！

当出现故障时，画面将跳出部份相应的故障信息，同时将其记入故障表（富 士或西门子显示屏才有故障记录表，如下图）。方便用户查询产生过的故障，进 行维护或备件准备。而有些故障 U CPU 不会报警，但已经影响到正常生产，这需要 操作人员在生产过程中，经常观察皮带秤的运行情况，以便及时发现问题。同时 在产生相应故障时，显示会从正常的主画面屏切换到故障提示屏，提醒用户进行 问题排查，并进行相应的维护。5.1 电子皮带秤输送机不能起动 a a）

检查电子秤状态：单机/ /联动，自动/ /手动； b b）

如是控制秤或配比秤，检查有无设定流量值； c c）

检查是否具备起动条件，联动时集控室是否发出起动信号，单机时是否 按下相应的起动键； d d）

检查有无重量信号和速度信号，且重量信号和速度信号是否正常 2 5.2 重量通道错误/传感器 n n 有问题 a a）

查看传感器限位镙钉是否松开； b b）根据报警部反映情况，针对该传感器查看传感器供电，传感器输出是否正 常。参看电子皮带秤电控柜电路图册中动力电路与外联图，测量输送机接 线盒中重量变送器 AP1.1、AP1.2、AP1.3、4 AP1.4 上供给传感器的电源 序号

1.2J 1S0 1 仝时 1 它特 一… IN 12J120 卄 1

吗

吁 12fl±20 IN 时 1 & ±2 fl 120 一―……7 1,£ J 12R 12J+12-H-1 0 12^120 1 N 卄

牙 12.fi 12B 1£ 时 12 件 匚二二二 i 1121 12B 12^12* 1

返回 故障历史记录 皮带严盍范闻，请堆下列 I 胚鑽送礼开去是否安灵;左 右

□ a 2 忆右樂宜唯卡睦否巫世荀； 3 如楸则 4 悅世菇杆執城住岂； 5 橙宜頤拉开先 i 否炭灵； 6 更按唯籽* 推杆手动检査

（+EXG--C EXC 间）是否为 C 10VDC 各个传感器的重量信号（+ SIG、--G SIG 间）

是多少 mV —般空秤时，不会超过 V 10mV 也可在维护屏或报警屏中查看 输入码，空秤时该码不会超过 13824。用于判别传感器好坏或重量变送器 好坏。5.3 无速度信号或显示速度不正常 1.电子皮带秤在起动运行中，在显示屏上报速度信号故障，说明从编码器到 高速计数模块间的通道有故障。

a a）没有设定流量或设定流量太小； b b）

详细检查：转动电机，模块上的 A A 相在模块上的进点是否亮。若不亮，说 明信号没进到高速计数模块，查有无断线以及供编码器的电源 C 24VDC 是否 正常，若无断线，供电正常则可判断编码器有问题； c c）

在主画面中会显示理论速度和皮带速度。内参中最大速度为对应 A 20mA 或 C 10VDC 时变频器对应最高频率时的速度。理论速度为从最大速度折算后当 前理论上的速度，皮带速度为通过高速计数器从编码器测出的速度。

当理 论速度与实测皮带速度的差值超过内参中速度报警差值，则生成速度报 警。检查变频器最大频率时，最大速度是否正确。速度报警差值是否设定 过小。因皮带有一定的加减速时间。

2.秤在运行中，速度显示异常。

a a）计量秤速度正常时是恒速的，出现速度值变化或大或小均为异常； b b）控制秤在生产过程中速度是变化的，只从速度显示是观察不出来的，但从 控制的过程中可了解到，在来料基本稳定的情况下，流量控制不稳，则有 可能是速度异常导致的，切换到单机模式，进入计量屏，起动。一般正常 速度值变化只在最末一位且变化很小。若秤显示屏上的速度值变化很大，特别是有跳跃性变化时，可肯定编码器有问题。或在计量屏中起动计量，用秒表测量皮带秤的实际速度，如果秤显示屏上的显示速度与实际速度不 一致，在确认参数正确的前提下可肯定编码器有问题。5.4 累计不准，重复性不好。

其主要问题有以下几方面：

a a）

皮带秤零点是否稳定； b b）

检查重量信号和速度信号是否正常（参看 11.2,11.3）； c c）

检查“人为校秤系数” “传感器增益系数”是否正常。

1.皮带秤零点不稳 a a）

张紧重锤和尾罩干涉，调整张紧重锤位置； b b）

称重托辊或计量托辊不转，更换托辊轴承； c c）

秤架各紧固件松动，紧固松动件； d d）

称重托辊上积尘较多，零点不断增大；定期清除积灰； e e）

称重装置有烟叶卡滞现象，应定期清楚积灰。

2.

“传感器增益系数”，“人为校秤系数”异常； ；（1 1）传感器增益系数一般在 1 0.000 左右，否则为异常； a.参数中传感器增益校准砝码重量、传感器量程的值与实际情况是否一 样；置入正确参数值，重新校准。

b.传感器增益校准过程中砝码必须挂在固定的位置，且四个挂码需等重。

c.详细的操作参看本说明书 4 8.3.4 校准章节。

（2 2）

“人为校秤系数”的值在 3000--0 8000 之间是正常，否则为异常。

a.检查参数值是否与实际值一样，修改参数并重新调零，再过计量。

b.在进行计量误差修正时误操作。重新进行计量和修正。操作步骤见本 说明书5 8.3.5 动态累计误差的校准即计量章节。5.5 瞬时流量输出不正常 a a）检查流量校正系数是否正常 ；流量校正系数值在 3000--0 8000 之间是正常, 否则为异常。修正系数，操作步骤见本说明书 6 8.3.6 瞬时流量显示值校 准章节。

b b）检查输出方式是电流还是电压，是否符合后序设备要求..6 5.6 控制秤或配比秤流量失控 控制秤或配比秤在生产过程中出现流量波动很大甚至出现电子秤抽动的情

况，此现象属于流量失控。导致此现象的原因了以下几个：

a a）

来料不均匀，或来料太重。请调整供料使秤上的物料重量基本保持在额 定重量； b b）

秤运行条件不正常。集控室发出的起动信号时有时无。请确保运行条件 正常； c c）

电子秤重量信号和速度信号不正常，检查重量和速度信号； d d）

内参中的 D PID 参数值不合适，此值过大容易抽动，过小则流量跟踪太慢。

C SIMATIC 控制器 D PID 参数值一般为 0.2，B AB 控制器 D PID 参数值一般为 17； e e）

电子秤设定流量不合适，生产时的设定流量 ＞本秤的额定流量。5.7 配比秤配比不准确 a a）内参中主秤额定流量值与主秤的 1 1 号参数额定流量值不一致。如果主秤 瞬时流量送给配比秤作为设定流量的过程是由集控室中转过，则还必须 检查中转过程中模拟量的定标值是否和主秤的额定流量一致； b b）配比秤流量校正系数需要调整。调整方法如下； 同时读取主秤和配比秤在相同时间内的累计重量，分别为 Mm ffi p Mp 配比 秤的设定配比比例为 C%在读取主秤和配比秤的累计重量时参数中的流 量校正系数值为 Kv ,流量校正系数修改后的值为 Kv“ °Kv”=（MmP%^ Mp *Kv，通过键盘把 Kv"置入参数中。请不要按“修正”键； c c）若想手动计算参数，则公式如下：流量校正系数输入值 = =（理论值 M/显示 值 M0 X X 原数值。5.8 输送带跑偏 a a）调偏电动推杆失灵，或已到限位位置。检查调偏推杆电路； b b）主、从动辊位置不正确，调整其位置。皮带损坏，更换皮带。

c c）

张紧重锤碰到其它地方。解决方法：调整好张紧重锤，把调偏推杆插头 拔下，先进行机械跑偏调整，让皮带基本保持稳定后再让自动调偏起作 用。

d d）

在连续 0 100 次没有检测到同一个接近开关时报皮带跑偏故障，消除此故 障的方法为同时感应两个接近开关或断电子秤电控柜电源再上电。5.9 电子秤在主屏中运行时，有物料重量，速度正常，但没有累计。

确认在此之前是否出现过屏幕报警，有过则分别请进入调零屏、校秤屏、计量屏并从这些屏幕按返回键返回一次，以清除这些执行键的有效性。

第六章结束语 通过本次的毕业实训报告，使我逐渐走入了电气专业领域，对加深专业知识，深化在电气专业领域的发展都起到了深刻的影响。

通过本次的实训学习，也使我深刻的认识到在电气专业领域要不断的学习，尽快弥补自己的知识盲点，在积淀自己专业素养的同时还要不断总结经验，使自 己尽快成长为一名称职的电气工作者。

参考文献 [1] C C（（J J、K K、P P）

6E/ICS--

（J J、K K、P P）

（G G

B B）

S S 系列电子皮带秤使用说明书..昆明: : 昆明船舶设备集团有限公司，2001.[2] 万光义..编码器原理与实用教程..北京：北京航空航天大学出版社 ,2001.[3] 天津卷烟厂设备资料库一一变送器原理..天津：天津卷烟厂，1998 [4] 贾维明..电子皮带秤 C QC 技术改造..天津：天津卷烟厂，2003

经过 2 12 周的时间，在指导教师霍老师的指导下，经过资料查找、论文撰写, 我的毕业论文报告完成了。这个报告得以顺利完成，要感谢霍老师和校外指导 老师的教育和关心。在整个毕业设计过程中，霍老师给予了极大的关心和帮助，无论是总体的思路，还是技术的细节，她都耐心的进行指导，还帮助提供了大 量的书籍和资料。

总之，毕业设计期间，跟校内外老师们学习了许多知识，得到很大的帮助。

原理与实践 篇3

关键词：WebShell Web应用漏洞 安全攻防 防范措施

随着计算机信息技术的发展，基于B/S结构的Web应用系统迅速普及，从大型的门户网站到网络游戏网站，从网络商城、团购网站到各种服务性网站。由于Web系统开发人员的技术水平参差不齐，系统在设计、开发过程中对于安全问题考虑不周或疏漏，导致Web应用系统存在安全隐患。例如：SQL注入攻击、上传文件漏洞、提交表单漏洞、跨站点脚本攻击等，攻击者在获得Web系统漏洞后，一般会通过上传WebShell来获得Web服务器的操作权限。

1.WebShell概述

WebShell常被服务器管理员用于网站管理或者服务器管理等各种操作，同时攻击者也会利用恶意的WebShell来达到控制网站服务器的目的。从攻击者的角度看，WebShell就是一个ASP（ASP.NET）、JSP或者PHP脚本木马后门，攻击者在入侵一个网站后，常常在将这些脚本木马后门文件放置在网站服务器的Web目录中，然后攻击者就可以用Web页面的方式，通过脚本木马后门控制网站服务器[1]，包括上传下载文件、查看数据库、执行任意程序命令等，其攻击过程如图1所示。

WebShell最大的优点就是可以穿越防火墙，由于与被控制的服务器或远程主机交换的数据都是通过WWW（80）端口传递的，因此会被防火墙认为是正常的数据交换而予于放行。并且使用WebShell进行服务器管理操作不会在系统安全日志中留下记录，只会在网站的Web日志中留下一些数据提交记录，并且与正常的网页文件混在一起，管理员是很难看出入侵痕迹的[2]。

2.WebShell关键代码分析

在分析大量的Webshell（ASP木马）程序源代码之后，发现主要采用FSO、Shell脚本技术或者直接引用注册表中的HKEY_CLASSES_ROOT相关键值进行操作[3]，下面是常见的特征代码[4]：

（1）建立名为ObjFSO的Scripting.FileSystemObject对象，用于FSO对象的执行，对文件及文件夹的相关操作：包括文件的新建、编辑、重名名和删除以及文件夹的相关操作，

Set ObjFSO = Server.CreateObject（“Scripting.FileSystemObject”）

或者利用直接指定注册表的相关键值

（2）建立名为ObjShell的Wscript.SHELL对象，用于执行任意程序命令及对注册表的读写操作

Set ObjShell = Server.CreateObject（“WScript.SHELL”）

或者

（3）建立ObjStream的ADODB.Stream对象，用于对服务器文件的上传和下载操作

Set ObjStream = Server.CreateObject（“ADODB.Stream”）

或者

（4）Webshell可以获取服务器的基本信息，包括：服务器名称、服务器IP、服务器操作系统、WEB服务器版本、接受请求的服务器端口号等关键信息，为进一步的渗透攻击做准备。

获取服务器IP Request.ServerVariables（“LOCAL_ADDR”）

获取服务器操作系统 Request.ServerVariables（“OS”）

获取WEB服务器版本 Request.ServerVariables（“SERVER_SOFTWARE”）

3.WebShell防范实践

（1）服务器安全设置

①加强对脚本文件的代码审计，对出现FSO、Shell对象等操作的页面进行重点分析。如网站无需使用FSO、Shell对象进行文件操作，删除或者卸载这些危险组件；借助漏洞扫描工具，及时发现系统漏洞，安装相关补丁；经常关注微软官方网站，及时安装操作系统及相关软件的补丁，并对WEB服务器进行安全设置，关闭不必要的端口，停止不必要的服务，禁止建立空链接；建立本地安全策略和审核策略。

②将应用系统的重要文件放在不同的文件夹中，通过设置虚拟目录访问这些文件夹，尤其是上传文件，并合理设置这些文件夹的访问权限，以保证Web应用系统的安全。设置好Web程序目录及系统其它目录的权限，相关目录的写权限只赋予给超级用户，部分目录写权限赋予给系统用户。

③Web服务器通过正则表达式、限制用户输入信息长度等方法对用户提交信息的合法性进行必要的验证、过滤，可以有效防范SQL注入攻击和跨站点脚本攻击；尽量使用参数化的SQL查询来代替动态拼接的SQL语句，尽量完善操作日志记录和错误日志记录，也是防范SQL注入攻击的有效手段。

nlc202309020103

④数据库是Web应用系统的重要组成部分，使用数据库系统自身的安全性设置访问数据库权限。如果数据库允许匿名访问，建议创建个别具有高权限的用户，并以此用户执行数据库的操作。对于SQL Server数据库，建议不要使用超级用户sa，为数据库设置单独的访问用户，并设置复杂密码；加强对数据库访问日志的监视，定期备份系统数据库。

（2）控制文件上传

攻击者在获得Web漏洞之后，为了获得服务器的更多管理权限，最直接的方法就是上传WebShell，然后再进行提权处理，因此防范WebShell最直接的方法就是控制文件上传[5]。

①对上传程序或模块的调用一定要进行身份认证，包括管理系统、新闻系统及论坛程序，只要可以上传文件的模块都要进行身份认证。

②对于使用FTP服务器进行系统维护的系统，需要对FTP服务器进行安全配置，防止攻击者直接使用FTP上传WebShell程序文件到Web程序的目录中，并注意空间中是否有来历不明的asp文件

③对于借助于CMS直接搭建的Web系统，需要重新修改程序数据库名称和存放路径以及后台管理程序的路径，重新设置比较复杂的管理员帐号和密码。

4. 结束语

Webshell作为脚本木马，其植入方式和危害在不断的发生变化。为了更好的完成网站管理或者服务器管理工作，管理员有针对性对WebShell的类型、 工作原理和关键代码进行分析和研究， 在防范实践中掌握Web服务器的安全设置方法。

参考文献：

[1]胡建康，徐震，马多贺等.基于决策树的Webshell检测方法研究[J].网络新媒体技术.2012，1（6）：15-19.

[2] 解析是什么 webshell？如何防范？计算机与网络[J].2012，18：50-51.

[3] 余晓永. ASP木马的原理与防范实践[J].宿州学院学报.2008，23（2）：99-101.

[4] 李泊林. ASP木马Webshell的安全防范解决办法[EB/OL]. http：//soft.yesky.com/security/3/3041503.shtml. 2013-8-1.

[5] 苏强林，刘小娜.浅谈ASP木马[J].河南机电高等专科学校学报.2006，14（2）：28-30.

可信安全体系架构原理与实践 篇4

近年来, 保证信息安全的相关领域研究不断深入, 但信息安全所面临的形势依然日益严峻。既有的潜在威胁没有根本性的改变, 新的安全威胁不断增加, 针对信息及信息系统的攻击方式日益专业化和隐蔽化, 攻击手段更具针对性和危害性, 一些深层次的攻击 (如rootkit攻击) 能够从系统底层避开已有的安全机制, 对用户信息和信息系统进行破坏, 甚至直接颠覆和破坏系统安全机制本身。现有的信息安全防范体系远没有达到人们预期的水平。

导致上述信息安全现状的根本原因在于以往的研究和产品实现中, 往往只强调安全功能的多样性和安全保障强度, 而不能保证安全功能的总是有效作用, 甚至安全机制本身被篡改或破坏。尽管有关安全准则对信息系统的安全机制 (也称可信计算基, Trusted Computing Base, TCB) 作了明确要求, 围绕TCB的可信保证问题, 已进行多方探索, 但是这还只停留在某些局部环节和领域上, 在整体性和综合性方面还存在欠缺。

一些研究尝试通过减小TCB的代码规模, 使人们有可能对它们进行完整的测试和分析, 从而提高其可信程度。比如通过安全通道技术将TCB代码中占很大比例的设备驱动部分 (包括网络协议栈) 从TCB中剔出, 但是TCB功能多样性特性导致了对TCB代码的裁减不可能达到很理想的程度。TCB可信保证的另一个重要研究方向是可信计算平台相关技术, TCG (Trusted Computing Group) 或国内的可信计算联盟等试图以密码技术为基础, 通过受物理保护的可信密码模块及相关软件栈为计算平台提供身份和状态可信保证, 从而加强系统的安全保证能力。比如可信计算的一个重要内容是可信传递, 它通过行为预期对系统每一个代码执行进行控制, 从而保证系统运行的可信。但是, 可信计算技术不能改善系统安全机制的来源和功能可信问题, 一旦恶意代码通过各种方式进入信任链, 那么系统的安全问题还会继续存在。

上述情况表明, 在信息系统越来越复杂、功能越来越多样化、产品和技术来源越来越社会性的环境下, 单一或局部的可信保证措施都不能根本提高TCB的可信度。必须在加强TCB安全功能、提高TCB安全强度的同时, 还要从TCB的结构上提高其可信保证能力, 并结合可信技术、管理和过程控制措施等多个方面满足TCB的可信保证要求, 包括TCB的来源真实性、功能正确性和可靠性、运行完备性等等, 使信息系统能够真正为人们所信赖。

1 可信安全内容和原理

可信安全 (Trusted Security) 是指通过充分可信赖的信息安全功能机制, 使系统安全保护能力达到更高的信任度。可信安全的目标是为信息系统的安全功能和安全保证提供整体解决方案, 从根本上提高系统的安全保护能力。可信安全可以认为是可以信赖的安全。可信安全的定义有以下方面含义: (1) TCB具有期望的安全功能、能保证其安全策略有效正确地执行, 并且来源可信; (2) 能够正确度量系统中的用户、平台和环境状态; (3) TCB本身不会被篡改。

可信安全体系是基于可信的定义和可信计算基的定义导出的。它包括结构化的TCB、基于密码的可信保证机制和可信安全工程化的过程控制机制等方面的内容。可信安全不等于可信计算技术, 但是可信计算技术可以作为可信安全的一个技术基础。可信安全是可信与安全在技术和管理等综合层面的融合体, 使得系统TCB具备以下可信保证能力: (1) 本身必须能够抵制攻击、防止被篡改; (2) 必须总是能够发挥其设计安全功能; (3) 必须足够小, 能够经得起测试和分析。

鉴于业内在TCB的功能及机制的理论模型方面的研究已经取得了丰富的成果, 本文在以后部分将重点放在TCB的实现结构与可信保证层面。

1.1 结构化TCB

可信安全的一个核心内容是结构化TCB。由于TCB的来源和功能表现为多样化特征, 因此对TCB的代码规模难以进行有效裁减, 只能通过结构化的TCB为TCB可信提供保证支持。

结构化TCB的前提是TCB模块化。橘皮书指出, TCB应该实现良好的内部模块化结构, 并且这些模块之间有较高的独立性。而一般来讲, TCB模块之间又呈现一种有序的层次化关系, 即结构, 比如操作系统、中间件、应用系统中的TCB模块之间的关系, 就表现为这种内在的有序层次化关系。认知了TCB的这种层次结构, 要提高TCB的可信程度, 必须加强其内部机制与功能, 以便能够鉴别这些模块来保证纳入可信体系的它们是可信的, 同时还要尽量使TCB的每个模块最小、T C B各个模块之间的相互关系最简。此外还需为维系TCB模块的这种内在关系提供可信的保证。结构化TCB是通过结构化的TCB和对TCB实施结构化保护的方法来实现。

对结构化TCB实施保护的技术基础是可信传递和平台可信证明。所谓可信传递是指在系统的运行控制传递过程中, 可信根判断其下一级执行代码的真实性和完整性是否被篡改, 如果没有, 系统将运行控制传递到下一级可信执行代码, 系统的可信范围因此就从可信根扩大到下一级功能;同理, 这种系统运行代码控制不断往下传递, 就可以实现信任链的建立和传递过程, 最终实现系统在单一平台内的可信范围延伸;而平台可信证明是指计算平台在被允许接入并访问系统资源之前, 必须要通过可信的机制向系统证明自身状态的可信, 平台可信证明将系统TCB的可信范围从单一计算平台扩大到了网络系统。

在TCB各个组成模块来源和功能可信的基础上, 基于结构化的TCB构建方法, 系统TCB从初始的根TCB (Root, RTCB) 开始, 逐步加入新的TCB模块, 最终生成一个链式或树形的层次化TCB。纳入信任链的这种结构化的TCB确实是可信的, 在运行过程中TCB具有完整性保护能力, 不会被旁路或篡改。此外, TCB的结构化构建方法还为TCB的形式化描述提供了有效支持。

在实际系统中, 根据不同的环境, RTCB可以是TCG中的CRTM, 也可以是操作系统的核心系统或硬件之上的虚拟机监视器 (VMM) 。RTCB的这种动态性支持可以保证系统的灵活性和可用性, 尤其是在目前绝大多数服务器系统都还不支持TPM/TCM及TSS的现实情况下。

1.2 可信安全的保证能力

1.2.1 TCB的不可旁路性和防篡改能力

结构化的TCB保证了TCB的运行可靠性和完整性, 它有效地控制了只有可信的可执行代码才能被系统调度运行, 保证了在从系统引导到TCB被激活的中间过程阶段不可能有未经允许的代码中断或替代系统TCB的启动;在TCB被激活之后, 可信传递机制能够继续保证没有非法代码对TCB的运行完整性进行破坏, 确保TCB总能有效发挥安全功能;同理, 可信安全通过平台可信证明机制能够保证系统中的各个独立计算平台是可信的, 实现各个平台之间对安全策略的一致解释和一致执行, 确保系统TCB的可信。

1.2.2 TCB的形式化描述

在TCB规模不可能无限制裁减的情况下, TCB结构化构建方法为TCB的形式化描述和验证提供了技术支持。

可信安全基于可信的TCB组件, 通过可信传递、可信证明机制, 实现系统TCB的可信扩展。在可信安全系统中, 系统都是基于一个足够小的系统可信根, 通过可信传递机制扩展成一个可信的计算平台;在可信计算平台的基础上, 系统通过可信证明机制扩展成为最终的可信计算系统。

对TCB结构化构建过程, 可信安全可以采用递归方法对TCB加以形式化描述:首先, 将系统可信根作为TCB递归描述的初始状态, 该可信根足够小, 并且有足够证据证明它是可信的;其次, 将可信传递和可信证明机制作为形式化描述的递归部分, 对TCB的可信组件逐步扩展过程进行描述。

通过上述递归描述方法, 最终可以实现对系统TCB的形式化描述。

1.3 可信安全工程化

结构化TCB保证TCB在运行过程中不会被旁路或篡改, 是实现可信安全目标的必要条件, 至此还不能保证系统预期安全目标完整、准确的实现。作为充要条件还须保证TCB功能的正确性和可靠性、TCB的来源和产品功能 (特别是软件产品、关键部件) 的真实性。可信安全不仅是建立基于结构化TCB的安全技术体系, 还必须对安全产品的开发、评价、实施以及安全服务的过程进行管理, 将产品和系统纳入具有公信度认证与测评机制的控制之下, 使之成为一个具备完好定义的、成熟的、可测量的过程, 执行此类过程的组织开发实施的产品或系统以及提供的服务, 才具有较高安全可信度和可重复性。

TCB的来源和功能可信保证是指对TCB的真实性、TCB功能的正确性和可靠性等内容建立信心, 它包括TCB安全功能是否被正确实现、TCB是否包括安全后门和隐通道等等。采用可信的过程控制才能保证可信安全目标的实现。就实现可信安全目标的作用方面, 可信安全工程化的实践价值远大于它的理论价值。缺少或未采用这类过程的产品研制和系统实施, 不能称之为是可信安全产品或系统, 任何一个环节缺乏或弱化都将降低其最终的可信度, 造成与期望目标的偏差。面向可信安全系统全生命周期的可信安全工程化, 包括如下三方面内容: (1) 实现TCB功能正确性和可靠性的可信安全产品构造与验证工程化; (2) 确保TCB来源真实性、功能与策略符合性的可信安全实施过程工程化; (3) 维持目标系统一直处于期望可信安全状态的运行管理工程化等。

其中TCB的工程化实现是可信安全工程化的难点。欲使安全产品或工程达到人们期望的目标, 在实践中, 除技术因素外, 还存在诸如知识产权、政府法规限制等很多困难。其中的关键是一个系统安全机制的实现应具有更大包容性的结构化体系, 使得安全机制的每个功能模块, 例如密码技术, 能够独立于应用功能实现。这既为实现TCB最小化目标创造了工程条件, 又适应了TCB来源多元性、系统发展阶段性的客观事实。这既是理念问题也是技术的发展策略问题, 这个根本性的问题解决了, 政府法规符合、标准化等一系列问题就容易解决了。

2 可信安全应用设计示例

可信安全的应用重点在于如何具体实现结构化的TCB。作为结构化TCB的一个示例, 在RTCB基础之上, 将操作系统、可信安全网络、可信安全存储、可信安全服务中间件、可信安全应用软件、可信安全边界保护等TCB模块或组件构成一个完整的安全保障架构。而一般功能, 如系统服务软件和业务应用软件等, 则依托于该安全保障架构部署, 在可信安全的计算环境下, 依靠有效、一致地安全策略, 保证应用业务的安全运行和数据的安全。

2.1 结构化TCB设计与强制策略执行管理

在不同的应用环境中, 系统RTCB有不同的选择。在目前的硬件环境下, 如果物理环境和管理能力满足一定要求, 选择操作系统可信安全增强模块或直接位于硬件之上的VMM作为RTCB有相当的实际意义和安全效果。采用操作系统可信安全增强模块或VMM作为RTCB的好处是保证用户仍可继续使用商业操作系统环境, 保证业务连续性和兼容性。

RTCB应运行在系统底层, 它能对CPU、内存和I/O设备等硬件资源进行安全控制。系统正确启动并进入服务状态后, RTCB必须截获并处理上层软件实体的特权操作。RTCB可以根据统一制定的访问控制策略, 实施对指定的硬件资源访问控制, 防止硬件资源被其他软件实体的未授权访问。软件实体对硬件资源的访问难以绕过根TCB的监控。

为保证TCB的不可旁路性, 可信安全采用策略绑定机制。为实现中国GB17859-1999《计算机信息系统安全保护等级划分准则》第三级安全, 支持基于安全标记的多级安全强制访问控制的要求, 设计中每个主体 (如一个用户、进程或设备) 和客体 (如内存页面、磁盘文件或数据块) 均被加上特定级别的安全标记。在授权主体对客体进行访问时, 由于当前计算平台的计算环境可以被度量和证明, 那么系统可以将访问控制过程中的认证、授权 (决策) 和执行的每个阶段绑定到特定的计算环境。只有处于正确的计算环境, 主体才能完成对客体的正确访问。如果计算环境受到破坏, 即使指定的安全策略被旁路, 攻击者仍然不能完成对资源的访问。

在上述绑定的这个机制中, 可信域的每个主体和每个客体都有特定的安全标记。每个主体都要获得相应的信任证书, 该证书包括主体的安全标记和指定的计算环境, 将访问控制过程中的认证、授权和执行的每个阶段与特定计算环境绑定, 只有处于正确环境的主体才能完成对客体的访问。在一个请求到达时, 首先在计算环境的边界进行认证, 管理控制系统将请求分解成一个或多个任务, 并为每个任务颁发信任证书, 确定该任务的权限和计算环境。进一步, 可以将多级访问客体结合特定的系统状态加密存储, 只有在系统执行强制访问控制策略时, 系统才可以正确解密被加密的客体数据, 从而保证强制访问控制机制的不可旁路性。

这种强制的策略执行管理本质上也是一种策略执行保证机制, 它保证了在系统运行过程中, 任何系统访问都不能绕过系统安全策略, 从而保证了安全功能机制总是有效的, 其行为也是可信的。

在信息安全中, 操作系统的安全是基础。操作系统除了应该为应用提供身份认证、访问控制、安全审计等安全保护之外, 还应该为应用提供安全信心, 保证其安全机制是可信的, 即不可被旁路、也不可被篡改。

可信安全的操作系统能够保证系统中的每一个组件, 包括服务、应用、驱动都是经过安全认证认可的, 从而建立一个可信的应用环境。这种认可甚至要深入到应用组件一级, 比如Java应用 (如Java类和Jar包等) 。这样就有效防止了系统安全功能机制被旁路或恶意破坏的可能。

操作系统还应该在硬件机制的支持下, 实现进程间的安全隔离和内存的安全保护, 保证输入/输出路径的可信、阻止DMA直接访问物理内存可能带来的安全问题。基于密码技术和可信的密钥保护机制, 为重要数据的传输和存储提供保密和完整性保护。密码作为一个独立的模块设计, 根据环境可选择不同机密度的硬件或软件实现, 支持动态实体认证、证明和数据加密。该硬件应与TPM和TCM兼容, 但性能要更强大。

在保证计算平台可信安全的基础之上, 平台可信证明机制可以保证只有来源和身份符合预期、平台状态可信安全的设备才可以进入计算环境中, 参与应用计算。通过对每个系统组件身份和状态的控制, 可以保证接入系统的整体安全策略和策略执行机制的一致性, 从而保证计算环境的安全和可信。

反过来, 安全功能也可以为系统可信机制提供安全保护, 比如系统通过访问控制和完整性保护机制保证系统可信机制不会被非法访问和篡改, 或通过安全审计和备份恢复对被破坏的保证机制进行追踪或恢复。

2.2 可信安全网络

可信安全网络基于可信技术, 集身份认证、安全标记识别和传输控制于一体。在企业网络的计算机、交换机和路由器上实施强化的安全策略, 防止高敏感信息从高级安全域流向低级安全域。为保证信息安全, 可使用条件加解密功能将数据访问绑定到特定的环境中, 既使敏感数据流到不安全的环境中被访问时, 由于环境差异, 数据仍然无法被正确访问。

可信安全网络体现了网络服务与应用紧密结合的发展趋势。可信源自系统统一的信任体系, 基于开放架构的网络设备具有集成可信安全功能的能力, 作为整个系统TCB的组成部分, 网络设备安全机制通过可信证明机制扩展融入可信安全体系架构之中, 在可信终端和可信服务之间的可信通道上正确地传输可信的数据。

可信安全网络、可信安全计算平台及可信安全存储的安全策略是统一的和兼容的。数据安全标记源自可信安全计算平台, 用于标识应用/用户、数据敏感度和作用范围。实际上安全标记也标识了相应的安全策略, 传输控制机制通过可信安全的标记来识别、并据此与可定制化的传输策略绑定, 控制数据在网络不同安全域中的传输, 可实现高安全级别要求的强制传输控制, 也能据此辨识应用并对不同应用的流量进行检测。根据应用环境在端点或链路层选用适当加密算法, 确保信息在可信通道传输过程中的完整性、机密性及不可篡改性。

可信安全网络从底层开始, 实现了网络设备、传输通道与终端的可信, 端到端的统一安全标记, 在机制上屏蔽了可能的各种未知恶意攻击, 其安全保障对于网络层面是透明的。不仅提高了网络自身抵御攻击的能力, 同时也保证了信息传输的安全。

2.3 可信安全存储与数据防泄露

可信安全提供存储保护功能。用户数据的加密可以与指定的平台完整性进行绑定。只有满足指定的验证条件, 安全机制才会正确提供解密服务。另外, 基于可信安全的数据安全更容易支持动态数据标记和数据迁移, 更容易解决跨域的数据安全问题。

可信安全存储系统本身就可以被设计成可信安全计算环境中的一个相对独立的可信安全存储平台。因为它具有现代的CPU处理器和高速大容量的内存, 在存储系统内部增加认证、授权访问和密码服务功能, 将打造一个可信安全的存储系统。该存储系统通过在系统内部定义与计算环境相关的安全属性, 并对这些内部计算环境的特征和属性提供基于策略驱动和安全认证的强访问控制技术, 并与计算环境的身份认证、访问控制和密码等服务功能关联, 提供细粒度的数据保护机制, 例如指定磁盘上的某块区域只能被通过安全认证的应用程序访问。这样, 将可信安全扩展到存储系统, 使存储系统能提供与计算平台一致的数据加密和锁定、访问日志、身份认证、授权访问等安全功能。

基于可信安全机制能够有效地实现数据防泄露 (Data Leakage Prevention, DLP) 。对于敏感数据, 数据发布方可以将它们与具体的数据处理平台甚至用户身份实现绑定加密。在数据处理过程中, 首先需要对数据进行解密, 但是数据的解密除了需要用户提交信息作为解密密钥的一部分之外, 还必须获取所在平台的指定特征或其它状态信息, 并将这些特征或状态作为解密密钥的一部分。最终只有在指定的数据处理平台上, 由指定人员才可以处理特定的敏感数据。

为了防止授权人员在指定平台上将数据复制, 对这些数据的加密可以进一步和数据处理平台的状态进行绑定, 只有指定平台符合数据安全保密要求时, 比如没有运行数据复制功能的程序代码, 数据才可以在内存中被解密处理。

上述方案采用加密方法保护数据, 同时又限制了数据解密的条件, 从而有效防止内部人员绕过数据防泄露机制。这种数据防泄露技术还可以有效地用于数字版权保护 (DRM) 领域。上述方案采用加密方法保护数据, 同时又限制了数据解密的条件, 从而有效防止内部人员绕过数据防泄露机制。

3 结论

基于可信安全体系的实现, 不仅能解决既有应用的安全, 还将为安全云计算平台提供一种有效的实现, 可信安全服务使服务提供者能够向用户保障并证明其安全服务能满足用户的安全需求, 推进可信计算技术的应用。

可信安全体系的提出将加快可信计算技术的应用进程。在现阶段, 尽管与可信安全相关技术已经基本成熟, 但是还有很多内容需要深入研究和发展, 比如TCB的形式化描述、技术到实用产品的转化、可信安全管理等等, 还需要在更广泛的实践活动中不断发展和提高。

参考文献

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[2]Michael Hohmuth.Michael Peter, Hermann Hrtig, Jonathan S.Shapiro, Reducing TCB size by using untrusted components:small kernels versus virtual-machine monitors.Proceedings of the11th workshop on ACM SIGOPS European workshop.September 19-22.2004.Leuven.Belgium.

[3]Feiertag, R.J.Does TCB Subsetting Enhance Trust.Computer Security Applications Conference.1989.Fifth Annual Volume.Issue.4-8 Dec 1989 Page (s) :104.

原理与实践 篇5

《微机原理与应用》是计算机专业的主干专业课程，在专业知识结构和能力结构中有着举足轻重的地位，是计算机专业四大支柱课程之一。该课程的教学目的是使学生以一种具体的机器环境为背景，系统的掌握微型计算机系统及接口技术的基本原理、微型机区别于一般计算机的特点、具体背景中的实现等问题。

该课程具有理论性强、系统性强、抽象等特点，学生接受难度大，学习兴趣小。为了收到较好的教学效果，本人从事该课程教学几年来，进行了不断的探索和尝试。

一、教学内容改革

众所周知，计算机是当今各个技术领域中发展最快的领域，微型计算机从八位微处理机（如Z80）、十六位微处理机（如8086/8088）过渡到三十二位微处理机（高档X86系列）的变化仅仅经历了不到20年的时间。接口技术也从简单到复杂、从无标准到公司标准发展为工业通用标准，逐步走向开放、通用、标准化。

由于上述特点，在背景机的选择上，既要选择一种较为简单的机器为背景，避免学生一开始就坠入复杂晦涩的技术中，又要紧跟当前主流技术，避免学生学无所用。这就要求选择一种当前流行技术兼容的简单机型。这样，8086/8088正是一种桥梁机型。据此，我们改革了原有背景机，从原来的Z80 转变为8086/8088。从此带动了教学内容的第一次大换血。

在课程体系结构上，原来主要注重理论教学，其基本体系为：计

算机基础知识、微处理器的结构（包括内部结构和 外部结构）、时序、存储器的组织和结构、微机的指令系统、汇编语言程序设计、定时/计数器、中断技术、DMA技术、并行接口等。1998年起，为适应高职教学需求，按照“理论够用，重在能力”的原则，对教学内容进行了第二次大刀阔斧的改革：第一，考虑到计算机基础知识与其它先驱课程（如计算机导论、计算机文化基础）的重叠，在本课程中，该部分进行了必要的删减，与以往重复部分仅做复习性回顾，而对原来其它课程中虽然已经提及，但未进行深入探析的问题进行了加强。如：机器码特别是补码的运算及其在微型机中的应用。再如：BCD编码与运算，根据对大部分的同学调查，学生都能顺利掌握，但是，此编码到底有何用途，为什么要用BCD而直接使用二进制，绝大部分同学茫然不知。对此进行了实例性比较，实现了难点突破。第二，考虑到计算机专业单独开设汇编语言的实际，删除了汇编语言程序设计部分。第三，时序部分在原有体系中占有较大比重，但实际应用中用途较小，进行了必要的压缩，只进行一般性介绍。第四，总线是微型机中典型的技术，但原有体系中几乎没有介绍，新的体系中总线技术单独作为一章，进行了系统的阐述。第五，对定时/计数器、DMA技术、并行接口等部分进行了整合，归为一部分——接口技术，便于接口技术之间的比较与实现方法的相互补充。第六，跟踪当前主流，在相应部分，对当前普遍使用的技术、产品进行了介绍。主要体现在：主流总线技术、主流通用接口、主流芯片组、主流主板、主流处理器等。此部分内容几乎每年更新一次。

二、教材改革

教学内容的改革，需要及时的反映在教材的选取上。1998年以前，为配合当时的内容体系，选用的是清华大学编写的以Z80为核心的教材。1998年～2003年选用周明德编写的以8086/8088为核心的第二代教材。2002年起我院联合全国70多所高职高专院校编写了高职高专专用教材——《微型计算机原理与应用》，本教材系统的体现了我院第二次《微机原理与应用》课程内容改革的特点，在全国引起了强烈的反响。

三、教学方法改革

为达较好的教学效果，激发学生的学习兴趣，采用了国外高等职业教育成功的教学方法——“问题驱动”教学法。一改过去“以教师为中心，以讲台为中心，以讲授为中心，以满堂为中心”的教学模式，由教师提出问题要求学生寻求解决方法为先导，引出课堂内容，教师正向讲解后，由学生提出反问，同学讨论，教师总结。课堂气氛活跃，收效良好。其次，引入更多实例，以实例印证理论，增强教学效果。

在作业布置上，减少理论知识性题目，增加技能型探讨。

四、课程要求层次化

为了帮助学生准确掌握各章要点及复习重点，把教学内容分成了解、掌握、重点掌握、熟练掌握四个层次来要求。了解的内容主要是一些常识、技术发展历史概况和发展动态、产品次要性能、技术深层内幕等；掌握的内容主要是重要概念，主要技术；要求重点掌握和熟练掌握的主要是面向实际应用的内容。属于了解层次的，考查时所占

份量较轻；属于掌握层次的是考查的重点。

五、教学资源建设

98年以来，本课程逐步建立了：电子教案、多媒体课件、习题库等。为提高教学质量、加强教学效果奠定了良好的基础。

六、下一步改革措施

1、继续改革教材，出版第二版《微型计算机原理与应用》，进

一步改革内容，加大整合力度，加大技能内容的比重。

2、完善课件和电子教案，提高质量，增强感染力。

3、拟研制微机原理与接口技术演示系统，解决内容抽象问题。

原理与实践 篇6

【关键词】微机原理与接口技术；教学改革；实践教学

0.引言

关于微机原理与接口设计这门课程的学习，学生需要以应用的角度出发，在理论和实践的基础上掌握微型计算机的基本组成、汇编语言程序设计、工作原理、接口电路及硬件的连接等方面，同时在一定程度上还需要具备微机应用系软件和硬件开发的能力。由此可见，应用性强、内容丰富、教与学难度大、技术更新快是该课程的特点，加之计算机技术于微型计算机系统的迅速发展，新的微机接口技术也在不断涌现，所以有必要对这门课程进行教学改革和优化，起到教学相长的目的。

1.课堂内容与结构的优化

微机原理与接口技术课程中因为概念多、接口芯片多、专有名词多导致课程内容比较抽象，学生学习起来会有一定的困难。随着高新技术的层出不穷和计算机科学的迅猛发展，微机课程的教学在基础性、前沿性、先进性方面有很高的要求，需要对课程内容中的传统内容和现代内容进行合理的协调。大学专業课程教学与职业技术培训不同，学生的专业基础和分析能力必须是教学中的重点，不能盲目追求与最新技术的讲解。在微机原理与接口技术的教学中需要遵循从熟悉基本原理和概念着手，注意引用计算机中的新技术，及时更新课程内容，保持其先进性和时代性。具体做法如下：

第一，针对课程概念多、内容枯燥的问题，在具体实施课堂内容的组织时，教师可以采取重点讲解Intel的16位微处理器8086，对于其中相对重要的知识点包括部件结构BIU架构、执行部件EU、管脚定义与作用、指令系统、汇编程序设计方法等在内的知识实行详细的讲解。由于在8086CUP讲授上的方法和内容都比较成熟，所以对基本原理和概念的引用相对比较方便，而若是采用将教学内容的讲解全面提升到32位，就会加大学习难度，很容易导致概念和技术成为没有根基的东西，学生也就很难理解微机硬件结构和接口技术发展的过程，从而难以收到好的教学效果。第二，关注计算机的新技术，将一些最新的微机技术适当的补充到教学内容中，借鉴和吸收国外计算机教材中的优秀理念。

2.课堂教学方式优化

2.1合理应用多媒体教学辅助手段

在课堂的传授中合理应用良好的教学方式和手段可以有效提高学生的学习能力和素质。在微机原理与接口的课堂教学中，大部分的内容都只是用文字进行描述和定义，学生对于这种看不见摸不着的知识很容易产生厌烦的心理，学习时大多也只是知其然而不知其所以然。对于这种现象，我们需要摒弃那种照本宣科的授课方式，合理引用多媒体技术进行教学辅助以帮助学生更有效的学习。多媒体教学中包含了文字、图形、声音、动画在内的多种形式，能让抽象知识变得具体化和形象化，对学生的记忆和理解上有很大帮助。例如，在讲授指令系统的寻址方式时，教师可以将不同的寻址方式EU、BIU等部件做成Flash课件的方式。

2.2灵活引入现代仿真技术来加强教学

目前，虚拟仪器和仿真技术已经成为了现代科学研究和技术开发中的一大利器。而将这些仿真技术灵活引入到课堂教学中，同样也能发挥很大的作用，强化了课堂教学中的实际操作能力，提高了课堂教学质量。就EMU8086仿真软件来说，它不仅能模拟真实微处理器中的每一个步骤，显示出存储器、寄存器、变量、标志寄存器、堆栈，而且能虚拟外设，如交通红绿灯、LED、微机显示器等。可以称得上是一款极佳的辅助微机原理教学的仿真软件。

2.3强化网络教学平台的应用

加强网络教学平台的应用可以打破课堂教学时间和空间上的限制，对课堂教学进行延伸。关于这一点，可以实施建立网络教室，而网络教室的建立具备三方面的优势。第一，将课堂教学中的每个课件和多媒体动画传入网络教室中，学生可以通过下载后进行课前预习和课后温习的工作。第二，在网络教室中还可以提供一些国内外课堂的优秀讲课录像和工程项目技术资料等，帮助学生轻松获取国内外相关技术知识。第三，网络教室为教师和学生提供了一个资源共享的平台，利用网上交流、网上提问、网上授课等方式能有效提高师生间的互动和交流。

3.教学实验改革与实践

一直强调微机原理与接口技术是一门实践性很强的课程，所以在实际的教学中需要根据教学内容和进度，合理安排实验教学，让理论和实践实现统一。在实验教学中，对于教学内容要结合实用性和创新性原则来进行合理的选择，让学生在熟悉基础知识和理论的基础上，分析问题和解决问题的能力也得到进一步提高。根据难度和循序渐进的原则，实验内容可以划分为验证性实验、设计性实验、创新性实验三部分。

3.1验证性实验

验证性实验的内容包含基本汇编程序设计、可编程并行接口、中断与定时等。验证性实验包括基础部分和提高部分，验证性实验不仅要求学生按照书中的要求、步骤完成实验的基础部分，还要求学生在有效完成实验基础部分的基础上作出小的改进，达到提高部分的要求。这样一来，学生通过验证性实验的学生能对微机原理和接口芯片的相关工作原理有一个更深层次的认识，既提高了学生学习的积极性，又帮助学生提高了分析问题和解决问题的能力。

3.2设计性实验

设计性实验是对验证性实验的一次深入，有利于培养学生综合运用所学知识的能力。设计性实验的内容包含D/A转换、A/D转换、键盘与显示等方面的硬件和软件设计。在设计性实验中，要求学生运用所学知识对软件编程、软硬件调试、硬件电路设计。

3.3创新设计实验

创新性设计实验是这三种实验内容中难度最大的一个，在进行实验的时候，教师需根据学生的学习能力将学生进行小组的划分，教师提供多方面的实验课题让学生自行选择，并依据每小组的实际情况下达不同的任务，并在实验的过程中，及时解决学生的疑难问题，打开学生创作思维，指导学生有效完成实验。创新性实验不仅让学生深入了解了微机系统的设计开发过程，而且还培养了学生的团结协作能力和创新能力。

【参考文献】

[1]刘敏，滕华.微机原理及应用课程教改浅谈[J].西华师范大学学报，2003（1）：40-41.

[2]门洪，曹生现，冯玉昌等.“微机原理与接口技术”教学改革与实践研究[J].科技信息，2007，22.

[3]李骞，陈劲松.计算机高等教育改革若干探讨[J].中国成人教育，2010（7）：10-13.

[4]吕淑平，朱齐丹，曾薄文.微机原理及应用实验教学设计与实践[J].当代教育理论与实践，2010，2（2）：63-65.

机械原理教学改革探讨与实践 篇7

一、机械原理课程特点和教学手段的探讨

机械原理是一门研究机械机构理论的技术基础课，同时也是一门与工程实际结合得极为紧密的学科。任何偏于书本内容的灌输而忽略实际应用能力培养的教学方法都存在严重的教学弊端，也不利于学生真正掌握该学科的精髓。当然，教学方法和手段的改革也有赖于教学内容的选择，一方面要对机械设计及分析传统的、经典的理论和方法进行系统讲授，另一方面也应对陈旧的、过时的内容有所摒弃。同时对课程中已经学过的基本理论不再重复，着重从机械设计的共性规律和基本方法入手，使学生的认知活动建立在具体感知的基础上。

1. 增设主题性讨论会

为使学生了解现代创新思维和方法，掌握机械的设计构思和设计技能，可通过组织主题性讨论会实现对学生的学习指导。讨论会应结合授课内容分阶段进行，一般包括设计任务及功能讨论会、功能原理讨论会和机械系统功能讨论会等。通过各种讨论会明确系统总体功能和创新点对应的功能原理方案;并根据创新设计的新功能，建立相应的评价体系，选择优良的功能原理;分析所采用的功能原理方案的优点和不足，提出改进方法。以真实的设计过程和设计方法对学生加以指导。

由于学时的限制，主题性讨论会在具体操作时可由教师布置题目，学生课后分组讨论，以提交方案报告的形式完成。教师根据学报告针对具体问题，结合工程实际启发学生再思考讨论，修改直至方案完善。

2. 引入计算机技术

机械原理课程涉及机构学、数学、力学等多学科，而作为理论性较强的基础课程不能孤立地仅从书本上的内容理解，必须从宏观的角度，把机构、运动学等作为系统来学习和思考，而上述系统通常是通过一定的运动来实现某一种或一系列的功能。传统的机械、机构运动学和动力学分析的教学内容主要包括图解法和解析法两种。图解法的特点是设计直观、易于理解但准确性差;解析法虽可获得精确的计算结果，但由于机构的多样性、构件尺寸的复杂性等，导致数学模型的建立和求解往往比较复杂，从而直观性较差。当分析一个较为复杂的机械传动系统方案并作参数化设计时，由于方案复杂，涉及的参数较多，采用上述两种方法设计时往往由于应考虑的因素较多，并且设计参数、方程繁杂而影响学生对机构的理解，进而产生畏难情绪甚至丧失学习的兴趣。现代计算机技术能将各技术领域的知识有机地结合起来。如在教学内容中适时引入机械系统动力学分析软件 (如ADAMS) ，采用交互式的图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统动力学模型，可对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。[2]使学生摆脱繁琐的计算工作，集中精力着重分析设计参数对传动的影响、进行方案比较，培养学生选型设计、类比设计、改进设计的创新思维能力。

在教学过程中，教师利用ADAMS，通过课堂进行快捷的机构建模、生动的动画演示和数据输出，增进学生对所学内容的理解，同时提高学习的兴趣。

3. 增加创新性教学实验内容

为培养学生的创新思维，在传统的机械原理教学实验基础上增设综合性、创新性实验，如机构传动系统设计、运动分析实验等。通过实验可使学生了解机构创新设计的思维、技法及创新的过程，学生可以按照指导书给定的题目根据所学的知识，科学运用自己的想象力构思新的机构。通过实验来提高学生的动手能力、综合分析能力和解决实际问题的能力。

二、机械原理教学方法的探讨

在教学过程中，为改变学生在理论教学中被动听课的局面，提高学生自主学习的积极性，在教学方法中除采用实物、模型、挂图或多媒体等手段外，根据教学目的、教学内容和学生实际，引入任务驱动的方法把知识和技能的教学融入课堂中。

在任务驱动教学方法中，方法实施过程的设计是非常重要的。应根据不同的学习内容和学生自身的因素来决定，教师要注意避免任务简单化的倾向。例如在机构具有确定运动条件的教学过程中，任务驱动的教学流程就可以设计成:先将任务布置给学生 (如牛头刨床不同传动方案的确定) ，再将解决问题的方法和相关知识通过启发式教学传授给学生，学生通过分组讨论，最终提出解决方案。当任务完成时，应引导学生学会“由深入浅、化整为零”的能力，即如何从一个复杂的任务表象中抽取出实质性的基础内容，而这些内容，就是学生已学习和掌握的小任务。在学习的过程中较好地解决了学以致用、学好善用的问题，实现对学生创新意识和竞争意识的培养。

三、机械原理考试制度的探讨

1. 教学与创新结合得分，客观评定成绩

学生成绩的评定改变原有的一考 (期末考试) 定分得评定方式，最大限度地考虑学生的创新能力得分，并结合学生平时学习的情况给予较为客观的成绩评定。学生最终成绩由三部分组成:考试成绩、实验成绩和平时成绩。考试成绩占55%，学生通过参加期末考试获得，考题应包括适量能体现学生创新思维和能力的内容;实验成绩占20%，根据学生参加实验及完成情况评定得分;平时成绩占25%，由任课教师根据学生出勤、作业、参加主题性讨论会以及课堂等综合表现给予评定。特别针对参加主题性讨论会的情况，应按学生讨论会表现、创新情况、与同学协作、总结报告等给予评分，原则是鼓励学生对自身创新能力的培养。

2. 建立考试试题库试卷从中随机抽取的制度

如果有多个班同时学习该课程则采取联考的形式，可由非任课教师出考题。从而避免任课教师指定考试范围和重点，以保证考试的真实性。

在传统教学模式基础上，对教学内容进行结构性调整、更新，改进教学方法，加重创新实践环节，培养学生的创新性思维能力。经一段时间的教学实践证明，不仅有利于学生对基础理论知识的深入理解，而且有力地促进了学生知识结构的优化及综合实践素质的提高。使学生比较全面、系统地掌握了机械的基本原理和设计方法，培养了学生的创新意识和创新能力，为设计较为复杂的机械系统、进而成为优秀的机械系统设计者和创新性人才打下良好基础。

摘要：以培养学生的创新思维和综合能力为出发点, 分析传统机械原理课程教学中存在的问题, 在课程的教学中可增设主题性讨论会, 引入计算机技术, 增加创新性教学实验内容:引入任务驱动教学法, 并改革考试制度, 引导学生进行创新性设计, 提高教学质量。

关键词：机械原理,教学方法,创新思维

参考文献

[1]常军然, 唐宏.江西理工大学机械专业综合课程设计改革和实践[J].中国电力教育, 2009, (7) .

[2]刘琳, 宋义林, 毕永利.本科机械专业复合型人才培养模式及教学改革研究[J].黑龙江教育:高教研究与评估, 2007, (12) .

原理与实践 篇8

“编译原理”是计算机科学及相关专业的一门核心专业基础课程, 由于涉及形式语言、有穷自动机等抽象内容, 学生在学习过程中存在较大的困难, 被戏称为“天书”。该课程主要介绍了高级程序设计语言编译系统的构造原理、设计方法以及主要实现技术, 综合了离散数学、数据结构、算法设计与分析、形式语言与自动机、程序设计原理、程序设计语言等知识, 具有概念多、理论性强等特点。学生通过系统地学习这门课程, 不仅能够了解编译系统内部的工作原理, 加深对程序设计语言的真正理解, 而且还能有助于提高学生的计算机思维能力、实践动手能力和综合运用专业知识的能力。

一、编译原理课程教学存在的问题

长期以来, 由于编译原理课程具有较强的理论性和实践性, 学生在学习过程中感到很吃力。究其原因, 总结起来主要有以下两个方面的问题。

1. 课程本身理论性太强

该课程内容丰富、抽象, 且具有严密的逻辑性, 它除了具有自身的一套理论体系, 还涉及到大量的其他课程的理论知识, 如形式语言与自动机理论、离散数学、算法等。对于本科生而言, 要学好这些理论本身就有一定的难度。

2. 实践性环节比较薄弱

编译程序是大型复杂的软件系统, 其实现涉及到若干课程, 综合性、连贯性均很强, 学生实验难度很大, 因此, 很多教师对实验重视不够, 实验内容安排也比较随意, 导致实验效果较差, 影响学生动手能力的提高。

笔者长期承担“编译原理”课程的教学工作, 结合多年的编译原理教学实践, 针对以上问题, 从以下几个方面入手进行了教学改革和创新, 积累了一定的经验, 取得了良好的教学效果。

二、明确课程与计算机专业人才培养目标的关系

目前, 按照我国高校的教育现状, 其人才培养目标大致可以分为学术型人才培养和工程型人才培养。学术型人才在取得本科学位以后, 可能会继续学业到硕士或博士阶段, 将来的主要职业以从事学术研究为主;而工程型人才本科毕业后, 主要职业是在工业界发展, 从事与计算机有关的开发和应用方面的工作。工程型人才的社会需求量远大于学术型人才, 但是学术型人才培养对提高国家的学术竞争力至关重要。虽然本科培养方案中尚没有进行区分, 但未来走向决定了不同类型的人才在本科阶段的基础应有区别。因此, 编译原理课程定位有必要参照这两类人才培养要求来确定[1]。对于学术型人才的培养设计一个主要以强调理论性的课程内容, 而对于应用型人才的培养则侧重于编译器的设计和实现, 提高学习编程语言及在程序开发中应用编程语言的能力。培养目标的不同, 将直接影响到授课教师对课程内容进行的剪裁。

三、优化课程的理论教学环节, 提高教学质量

1. 精选教学内容

笔者认为, 教学内容和习题应包括一些从实际碰到的问题中抽象出来的例题和习题, 鼓励学生用所学的知识去分析和解决实际问题。紧紧围绕编译的具体过程这样一条主线, 建议的主要教学内容如下。

(1) 词法分析

首先应明确词法分析的任务, 然后重点讲解词法分析器的设计过程, 如预处理、单词符号的超前搜索、状态转换图以及状态转换图的实现;接着介绍正则表达式与自动机的相关理论, 最后讲解词法分析器自动生成器工具的原理及使用方法。

(2) 语法分析

首先应介绍语法分析的必备知识上下文无关文法, 然后将语法分析分成两个大类予以介绍:自上而下的语法分析和自下而上的语法分析。自上而下的语法分析包括LL (1) 文法和递归下降分析法, 由于它们比较直观, 便于学生接受, 应首先介绍。其次, 介绍自下而上的语法分析, 它主要包括算符优先分析法和LR分析法, 由于目前的编译器的语法分析已不再使用算符优先分析法, 因此, 可以只介绍LR分析法。最后, 介绍语法分析器自动生成器工具的原理及使用方法[2]。

(3) 语义分析及中间代码生成

首先介绍语义分析的基础知识:属性文法和语法制导翻译。然后把语义分析的重点放在类型检查上。类型系统在编程语言的设计中占据重要位置, 可以先介绍一下类型系统在编程语言中的作用, 然后用语义动作来表达类型检查算法。对于中间代码的生成, 则主要介绍各种形式的中间语言, 把赋值语句和各种控制流语句翻译成中间代码的语义动作。对于类型和变量声明语句, 则主要关注怎样按语言的作用域规则组织符号表[2]。

(4) 运行时存储空间的组织和管理

对于这部分内容, 应主要介绍局部存储分配策略 (即一个活动记录中各类数据的组织) , 静态分配、栈式分配和堆式分配等三种全局存储分配策略, 非局部名字的访问方式和各种参数传递方式的实现。

(5) 优化

优化可在编译的各个阶段进行, 但最主要的一类优化是在目标代码生成以前, 对语法分析后的中间代码进行的, 这类优化不依赖于具体计算机。这部分内容建议重点介绍基于块内的局部优化。

(6) 目标代码生成

编译模型的最后一个阶段是目标代码生成, 它通常以语义分析后或优化后的中间代码为输入, 以产生等价目标程序为输出。应重点介绍一种采用简单的寄存器分配策略的代码生成算法, 让学生对代码生成有所了解。

2. 改进教学模式

对于编译原理这种理论性和抽象性都很强的课程来讲, 采用一种恰当的教学模式显得尤为重要。由于案例式教学具有实践性和形象性的特点, 刚好弥补编译课程教学难的问题, 因此, 它可以充分调动学生兴趣, 使其在分析案例、得出结论的过程中掌握理论知识。在教学过程中, 案例的主要形式是例题, 一般是具有代表性的例题或综合习题, 约占2/3的课堂时间。在课堂教学中, 合理结合黑板、粉笔和先进的多媒体教学技术, 建议相关算法理论采用幻灯片形式, 加大知识点的容量;而相应实例的讲授则建议采用板书形式, 可适当降低教学速度, 使学生有充裕的时间思考和掌握。比如, 在讲解正则式转化成等价的NFA这部分内容时, 首先把具体转换的方法以幻灯片形式快速地播放给学生看, 同时配上教师的简单讲解, 然后选取一个具体的例子详细分析, 让学生理解例子, 最后教师对例子进行小结, 归纳出一般性规律, 并让学生与前面的理论对比, 这样回过头读这些理论知识便会轻松很多、容易很多, 从而更加有助于其巩固对理论的理解。又如, 在介绍自动机、正则文法、正则表达式之间的相互转换以后, 还可以通过一道综合例题将这些知识融会贯通, 这样教学效果会更好[3,4]。为了巩固教学效果, 每次课后教师都应该有针对性地布置作业, 学生自己变为实例教学模型的主体, 教师再就作业中出现的问题安排习题课, 这样教学效果会更佳。

四、强化课程的实践教学环节, 提高学生的动手能力

实践活动是创新意识的源泉, 是创新能力的基础, 学生只有不断的在实验环节中尝试、探索、研究和创新, 才能不断提高解决工程问题的能力。“编译原理”课程对实践性要求较高, 学生在实验中掌握一些重要算法, 将数据结构、高级语言等内容融会贯通, 最终提高知识的综合应用能力。

1. 设计实验内容

首先, 要将编译理论和方法在实验中得以概括, 使学生不仅掌握它们本身具体应用, 而且掌握由这些理论和方法所构造编译程序的各个部件是如何在整个系统中协调运行, 这是实验最重要目的之一。其次, 必须合理地简化, 使学生比较容易完成。针对编译过程的五个阶段:词法分析、语法分析、语义分析与中间代码生成、优化及目标代码生成, 分别设置相应的实验项目。这些实验项目既和理论课内容相辅相承, 同时相互之间又互相关联, 构成了一个实验整体。采用这种实验教学体系所要求的实验学时较少, 一般为20学时左右, 并且可以跟随理论教学的进度安排, 这样既可以降低实验难度, 又利于学生及时将课堂知识应用于实验[5]。当然, 也可直接将实验部分设置为课程设计, 通常是要求设计一个简单语言的编译程序, 让学生用1~2周的时间来完成。这种实验教学体系与前一种相比更难, 需要学生在对编译原理知识系统理解掌握的基础上才能完成, 更加有利于学生对编译过程的有一个整体深入的认识。

2. 规范考核形式

考核是对学生学习效果的检验, 也是调动学生学习积极性的指挥棒, 对教学目标的实现具有至关重要的作用。“编译原理”实验课程的一个难点在于如何进行成绩评定。为了均衡理论和实验, 建议实验成绩占总评成绩的30%~40%。本着公正的原则, 笔者提出阶段考核和汇总考核相结合的成绩评定方法[6]。每个实验成绩由教师面试给出, 以学生对实验理论内容的理解和实现算法的思路为主, 并要求其分析具体源代码, 从而判断学生真正掌握知识的程度, 避免抄袭。在汇总考核阶段, 由学生主动申请, 采取公开答辩的形式, 答辩优秀的可以加分。通过以上措施, 较好地避免了以往实验中经常出现的偷懒现象, 同时也帮助学生树立了荣誉感和成就感。

五、结语

编译原理是一门理论性和实践性都很强的课程, 在计算机专业的教学体系中又有着非常重要的作用, 决定了该课程教学改革的长期性。通过“编译原理”课程的学习, 学生不仅能掌握编译程序本身的实现技术, 也能加深对程序设计语言的理解, 提高开发大型软件的能力。因此, 探索该课程的教学方法, 提高教学质量是从事计算机教育的工作者必须重视和探讨的问题。

参考文献

[1]赵银亮.浅谈编译原理课程的定位.西安邮电学院学报, 2010.7

[2]张昱, 陈意云, 郭宇, 李兆鹏.“编译原理”课程的教学内容选择的探讨.计算机教育, 2009.18

[3]刘洁, 黄贤英, 王柯柯, 曹琼.软件工程专业中编译原理课程的教学探讨.计算机教育, 2010.8 (16)

[4]王顺晔.“编译原理”课程教学方法的研究与实践.计算机教育, 2010.2 (3)

[5]王忠策.“编译原理”课程教学改革与实践探索.科技创新导报, 2010 (34)

原理与实践 篇9

南阳理工学院自2001年招收计算机科学与应用本科专业以来,《数据库系统原理与应用》就一直作为计算机本科专业的核心课程,在教学中占有重要的地位。同时将该课程列为计算机本科专业的重要课程进行建设,并针对本门课程开展了一系列的教学讨论与研究,开展相应建设工作。在长期的教学工作中,课题组成员积累了丰富的课程教学经验、教学资料和科研经验,促进了理论和实践教学,本课程在建设过程中主要通过以下几个方面进行探索与实践。

1 教学规划和建设

1.1 课程建设目标

《数据库系统原理及应用》作为计算机专业的重要核心课程,是因为本课程涵盖了计算机科学的数据库原理和软件设计基础,主要讲解关系数据库各种数据模型、SQL语言、数据库设计、数据库安全、数据库保护等模块[1]。通过本课程的学习,学生可以掌握数据库系统原理基础知识,了解各种数据库设计方法(如自顶而下、自下而上等)、标准SQL语言、数据库设计步骤、数据库维护等数据库应用技术和反映当前数据库领域发展趋势的新产品、新技术。

教师要在课堂教学中注重理论联系实践,在试验及实训(如课程设计)中加强学生动手能力和创新能力的培养,使学生能对数据库系统有一个全面、深入、系统的理解和掌握,为进一步从事数据库系统的研究、开发和应用奠定坚实的基础。在课堂教学中,课题组成员能够针对具体科研项目如科研管理系统、学籍管理系统或人事工资管理系统等学生比较容易接受和理解的实际项目为讲解实例,从数据库设计步骤出发,为学生详细讲解系统开发过程,使学生真正掌握数据库系统原理的知识点并形成软件工发的思想与思路,为以后的科研工作奠定坚实基础。

1.2 师资队伍建设

目前计算机专业本科学生每届约390人,教师10人(其中讲师占39.0%),师生比约为1:39,离本科教学评估的师生比要求相差甚远。为解决教师相对不足的现状,除了积极引进高层次教师,还要重点培养年轻教师为教学骨干后备力量,并在此基础上培养出一至二名学术带头人。截止到2010年10月份,课题组成员升级为教授2名,讲师8人,全部具有硕士资格,师资力量得到极大提升,科研能力也明显提高。

教学改革是促进教学工作与时俱进的重要途径,鼓励青年教师参与教学改革,可以使青年教师扩宽教学思路,提升教学思想,更有力促进教学改革工作的开展。同时科研工作是促使教学最有力的措施,鼓励青年教师参加科研工作,承担和参与科研项目研究。近年来数据库原理课题组成员共同努力成功申报了河南省科技攻关项目《基于S3C2410的可信JPEG XR图像采集系统的研究与实现》和《基于数据挖掘的陶瓷坯釉料配方优化系统的设计与实现》,同时《电机行业硅钢片套裁软件系统的开发与应用》已通过鉴定验收。通过这些科研项目,有效地锻炼青年教师科研能力,教师自身素质得以迅速提高,教师教学能力和基本功更加扎实。

经过几年的教学研究和实践,本课题组教师的知识结构普遍上一个台阶,形成一支年龄结构、知识结构较为合理的师资队伍。今后我们还会引进人才来充实教学队伍,给课题组增添活力,培养他们迅速成为专业骨干。

1.3 课程建设

本课程在课堂教学过程中,因为理论知识点多而抽象,听起来容易而操作难,学生学完之后感觉比较空洞,教师因参与多项科研工作具有教学经验丰富但理论知识理解不够深入全面等的问题。这些问题的存在是影响《数据库原理及应用》课程教学质量的最大祸首,需要从以下几个方面进行调整。首先,根据学生类别,按专科、本科、专升本分别制订教学大纲,从源头上提高教学质量;其次,压缩理论课课时,加大实验课时,增加实训环节,形成“理论+试验+课程设计”的教学过程,从而吸引学生注意力,切实提高学生的动手能力和创新能力;然后改革课程考核方案,改变学生的学习观念,加强学生打牢基础的必要性。通过以上几方面的努力,起到了统一思想的目的,课程建设也逐见成效。

1.4 教材建设

本课程选用王珊主编的《数据库系统原理与应用》教材,因为该教材具有完整的知识体系结构,严格按照关系数据库模型和数据库设计方法来展示数据库系统原理的基本理论和实现技术,有关的学术观点更让人易于接受。鉴于该教材实验部分内容缺乏,我们结合近几年的教学经验及积累,自编了与本教材配套的实验教材,包含习题集和上机指导。习题集提供了不同类型的5种不同难易程序的习题,而且以数据库设计习题为主,上机指导包括每章上机题例及相关要求和提示,对学生实验有一定的指导作用。实训课程暂无指定教材,完全由教师真实项目作支撑,等经验成熟了,我们决定将这三部分的内容统一,自编成一本切合我院学生使用的通用教材。

2 深化教学改革

2.1 制作高质量的教学课件

通过规范教学大纲界定数据库教学知识点,然后利用现代化信息技术,精心制作电子教案和课件。经过多年积累,本课程组教师都有自己的电子教案,为了统一思想,知识共享,本课程组利用假期进行电子教案资源整合,互相吸收优点,对原模板改进,加入知识难点小视频,并且力争做到知识点生动有趣,难点通俗易懂,吸引学生兴趣等,形成本课程唯一的高质量电子课件样本。在使用过程中各任课教师可以在此基础上提出修改意见,本着一年一修订的办法逐步提高教学质量和效益。

同时利用多媒体投影,结合黑板板书,既增加课堂的信息量,又不至单调枯燥。利用校园网发布课件、利用论坛与学生交流解答疑难、公布教师的电子邮箱地址、通过电子邮件向学生提供课外辅导渠道等措施逐渐增强学生兴趣,加强与学生的交流,从而取得很好的教学效果。

2.2 案例教学法的实施

数据库这门课程具有理论性、综合性、抽象性、实用性等特点,为了培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,我们引进了案例教学法,打破了传统的封闭的脱离实际的灌输式教学方法,成为培育具有创新精神和实践能力的综合型人才的重要手段。

案例教学法以真实的项目案例为对象,以共同完成案例的情况来评价学生是否达到教学目的一种新教学方法[2]。通过在教学过程中引入真实或实际的项目,有助于学生理解数据库抽象概念,明白数据库在实际应用中的作用,掌握用数据库解决实际问题的能力,提高学生的动手能力及思维能力。在数据库课程的案例教学过程中,通过对典型案例的分析讨论,使学生体验理论知识在实际应用中的作用,形成解决问题的思路和方法,掌握实际操作技能,达到触类旁通的效果。

但是案例教学法不是简单地将项目引入课堂教学,也不是简化了教学方式,而是需要教师有项目研发经验、解决和处理数据库问题的综合能力,还要有能力对案例教学结果进行客观有效的评价[3]。只有经过教师充足的知识积累、学生的相互交流、师生的自我评价等才能使案例教学法行之有效。

2.3 采取集中实训

《数据库系统原理及应用》实践教学环节需要微机和数据库编程工具即可,使用ACCESS、SQL Server、Oracle等都可以满足要求。我校具有计算机软件、计算机网络、计算机应用三个可用于开设该课程的机房,近百台电脑,完全具备实践教学的环境要求。在整学期理论和实验学习的基础上增加两周实训,使理论与实践进一步有机地结合,实现理论与实践的一体化。通过集中实训突出培养学生实践动手能力,使学生的综合职业能力有明显提高。

2.4 考核方式改革

经过多年积累,我校建设题库系统为学生提供丰富的课外参考题目。另外对于考核方法也作了调整,实行考教分离,加大实践环节的比重,并逐步细化考核的标准,逐步改变目前学生重理论轻实践的状况,以利于实用技能型人才培养。评分方式是理论(30%)+实验(20%)+实训(50%)。

2.5 建立精品课程教学网站

经过2年多建设,《数据库系统原理及应用》于2007年7月被评为院级精品课程,建成《数据库系统原理及应用》教学网站。在建设《数据库系统原理及应用》精品课程的过程中,教学网站是一项充分发挥现代信息技术,拓宽教学资源使用和学生受益范围的举措,也是让学生能更大程度地获得需要的信息和知识,了解整个课程教学过程,并参与到我们的教学中来的平台。在此课程的教学网站上,有教学大纲、课件、习题集、试题库、讨论区、小视频等课程相关内容,既对本专业学生提供了共享与交流环境,也为其他专业和远程教学提供丰富的网络教学资源[4]。

3 开展相关的教学研究工作取得的成就

作为计算机专业一个重要的基础课程,《数据库系统原理及应用》教学长期以来形成可一种积极进取和团结向上的作风,一种共同进步、共同提高的协作精神。全体教师成员对工作兢兢业业,一丝不苟,为课程质量和建设奠定了坚实的基础。在近三年的年度教学评价中课题组教师的业务考核均为良好以上。其中有三人在学校组织的教学技能竞赛中获得教学优秀二等奖。教学之余课题组成员积极申报并参与科研工作,如《高校学分制教务管理信息系统的研制》、《高校实验仪器设备管理信息系统的研制》、《三维视景仿真应用研究》、《嵌入式网络视频远程传输研究》等,为本课程的教学工作奠定了丰富的实践基础。

4 不足之处及以后的努力方向

在本课程的建设中,虽然取得了一定的成绩,但仍存在一些问题需要不断提高和改进,如师资队伍不完善,高职称、高学历人员比例低,教材建设水平有限,网络资源不够丰富等,针对这些问题,课题组制定了下一步的工作计划。

1)针对师资力量还不够雄厚,高职称、高学历人员比例不高的现状,鼓励青年教师攻读在职研究生,提高学历层次和学历水平。鼓励青年教师参与教学研究和科研工作,提高自身教学、科研素质。并可适当引进一些高学历、高职称优秀人才加入。

2)教材建设要借鉴国外优秀教材,汲取其中精华,最后自编成一套理论性强、实践操作可行性好的教材,并进一步修订和完善。

3)网络资源是提高资源共享,学生课外学习、交流的良好途径,要进一步丰富网络资源,设立专门的论坛、题库、经典例题、考研专区等内容,施行专人负责,不断更新完善。

摘要：《数据库系统原理及应用》作为计算机及其相关专业的专业基础必修课程,2007年被列为校级精品课程,是课程改革与建设的立程牌。该文从课程的规划与建设出发,以提高学生动手实践能力和创新能力为主线,深入探索了课件制作、案例教学法实施、课程体系变更、精品课程网站建设等一系列的教学实践活动。

关键词：数据库,教学改革,课程建设

参考文献

[1]萨师煊,王珊.数据库系统概论[M].北京:高等教育出版社,2002.

[2]宋晓虹,陈翠娥.案例教学法在数据库教学中的应用[J].长沙民政职业技术学院学报,2006(2).

[3]马莉.案例教学法在《数据库技术》课程中的应用[J].中国教育科研,2010(4).

原理与实践 篇10

一、D S P课程的特点与教学现状

DSP课程是一门理论和实际密切结合的课程。它涵盖的知识面宽, 以数字电路、微机原理、数字信号处理等课程作前期基础, 要求学生不但熟悉DSP的硬件结构、指令系统和开发平台, 还要掌握数字信号处理的基本理论和算法, 并会使用汇编语言、C/C++语言、MATLAB、CCS等相关工具进行算法开发。因此, 这门课程在各个教学环节上存在一定难度。特别是近年来DSP及嵌入式应用系统设计技术发展非常迅速, 旧型号芯片不断被淘汰, 新型号芯片层出不穷, 新知识、新技术、新方法、新工具不断涌现, 也给教师的自我知识更新提出了很高要求。

目前, 各个学校DSP课程由于专业不同、定位不同及选用的DSP芯片不同, 教学内容也就各不相同, 教材也多种多样[2,3]。其次, DSP课程课时十分有限, 如何在有限的教学时数内完成高质量的教学任务, 使学生掌握DSP的关键技术并具备一定的应用能力是摆在每一个DSP课程教师面前的一个课题。再者, 当前由于扩招的影响, 学生素质参差不齐也是教师教学必须面对的挑战。

二、DSP课程的教学改革方向

应用型本科人才培养模式为“厚基础、宽口径”, 要求在有限的课时, 让学生掌握更多的知识, 在专业课的教学上, 更要求知识与技能相结合。为此, 我们对整个课程内容进行了调整。首先是拓宽知识面, 使学生不再拘泥于书本所讲授的内容, 对DSP的整个发展和相关技术有较为全面的认识[4];其次是重点突出, 强调方法的掌握, 从而可以举一反三, 提高学生的自学能力;再次是强调培养学生的实际动手能力, 增加实验课时安排, 丰富实验内容, 使学生可以真正的自己动手, 培养创新能力。这三个方面相互渗透, 使课程的整个内容充实, 重点突出, 且能突出实践能力的培养。

三、D S P课程的教学改革与实践

围绕以上教学改革方向, 我们开展以下教学改革与实践。

1. 合理选择教学内容

由于DSP应用的广泛性, DSP厂商众多, 而且即使对某一个DSP厂商, 其生产的DSP芯片型号的因为针对不同的应用需求而多种多样, 不同型号的DSP芯片无论从硬件和软件上都差别很大[5]。因此, DSP课程的教学内容的选择余地大。虽然教学中内容会侧重于某一类DSP芯片, 但还是应该对DSP系统做一个总体的描述, 并且将各个公司DSP芯片的主要特点进行相当的介绍。例如, 围绕现在最常用的TMS320C5400系列展开教学, 同时也介绍AD, MOTOROLA, NEC等公司的DSP以及TI公司其他系列的DSP (如F2400, C5500, C6000等) , 并比较它们各自特点和差异, 分析其适用的范围。这种讲述, 让学生可以根据实际情况, 灵活地选择数字信号处理系统的核心芯片。

在具体TMS320C54X DSP的教学过程中, 内容的选择以“以点带面、侧重实用”为原则。例如, 汇编语言和C/C++相比, 虽然汇编程序的效率高, 但它为底层设计, 编程相对复杂;而C/C++设计更加人性化, 更为实用, 在软件系统设计中使用的较多。目前DSP芯片开发环境也越来越人性化, 不需要设计人员关注底层问题, 而更多的关注顶层的设计, 因而在教学过程中可以减少汇编语言的授课学时, 加强C/C++编程训练。

DSP的片内外设也比较多, 根据课时的时限要求, 不可能面面具到的讲解, 只需要选择一类外设学习, 其他外设通过举一反三, 让学生自己学习。

2. 加强实验教学环节, 培养学生动手能力和创新能力

DSP课程是一门实践性很强的课程, 为了巩固课堂教学, 必需加强实践环节的训练, 培养学生的动手能力和创新能力。为此, 在课时的安排上, 需增加实验课时的安排, 并且开放DSP实验室, 让学生有更多的时间和机会接触实验, 激发主动学习兴趣, 提高动手能力和创新思维能力。

传统实验以验证性实验为主, 限制了学生的思维空间, 不利于对学生的综合能力的培养[6]。而现在的实验教学强调以学生为中心, 充分调动学生的积极性, 更多地让学生参与实验的分析和设计, 提高学生的独立思考和创新能力。我们将实验内容分为基础性实验和提高性实验两个部分。

基础性实验让学生熟悉DSP实验平台的使用, 通过编制调试简单的DSP程序使学生掌握使用CCS集成开发环境, 并通过定时器实验使学生掌握DSP外设的基本编程和使用。这部分实验内容可以由教师指定。

提高性实验是在基础实验的基础上, 使学生应用能力进一步得到提高, 使学生基本具备DSP开发能力, 激发学生的创新能力。在提高性实验中, 根据学生的学习程度的不同, 可以有两种方案供同学选择。第一, 由教师提供实验要求和相应的实验模块, 让学生自拟实验方法和实验步骤, 查阅器件资料, 编制相应的程序, 安装实验电路并调试程序, 完成实验要求;第二, 完全由学生自拟题目, 设计实验方法和步骤, 完成实验内容。在实验过程中, 教师要发挥引导作用, 提高学生的自学能力和创造热情, 促进学生之间围绕实验内容的相互讨论、相互交流和相互协作。学生可以根据自己的学习程度, 选择不同的方案。虽然难易程度不同, 但可以使每位同学都有一种收获感, 成功感, 更好地激发学生对这门课程的兴趣。

3. 改进教学方法, 改善教学效果

DSP课程的内容较多, 包括DSP的硬件结构、指令系统、汇编程序设计、高级语言编程、片内外设以及开发工具等。课堂教学不可能也没有必要面面俱到。教学的目的不仅要给予学生知识, 更重要的要使学生掌握主动地获取知识的能力。如何在有限的学时内完成教学任务, 就要求教师在教学方法上注重方法的描述, 从而可以举一反三, 培养学生的自学能力。

例如在汇编语言的学习中, 汇编指令繁多, 共有205条指令。机械的学习无非枯燥乏味, 又大量占用学时。在教学过程中, 我们将205条指令分为四大类, 选择每类指令中的1-2个代表性指令详细讲解, 其它指令通过布置作业和实验的形式, 让学生自己消化。这样即节省了学时, 又不至于使学生感到乏味。

另外, 传统的教师讲授而学生被动接收的知识, 不能满足教学要求[7]。而启发式教学越来越受到重视。启发式教学的关键是激发学生主动学习的积极性。不时的提出问题和讨论问题, 让学生主动思考, 参与到教学过程, 这种传统方式与启发式教学相结合的方法更能提高教学效果。

四、结束语

合理的选择教学内容, 打破传统教学模式给大学教学带来的种种弊端, 加强实践环节, 变“教”为“学”, 增强了学生的自主行为, 提高了学生的自学能力和创新能力。这样才能培养出紧跟时代步伐的有技术、有创新能力的合格的应用性人才, 同时DSP教学作为一门特殊的“技术课程”还将带动科研的开展。

摘要：为了提高DSP原理与应用课程的教学质量, 针对DSP原理与应用这类应用性强、实践性强、更新变化快等特点, 对该课程教学内容、教学方法、实验教学等方面进行研究, 强调教学改革在更新教学内容、加强实践环节外, 还要着重于培养提高学生的实践能力和自学能力。

关键词：关键字:实践教学,教学方法,课程改革,DSP

参考文献

[1]乔瑞萍.TMS320C54XDSP技术原理与应用[M].陕西:西安电子科技大学出版社, 2002

[2]周云松.D S P原理与应用课程教学研究与实践[J].福建电脑, 2005, 12, 159.

[3]俞一彪, 孙兵, 曹洪龙, 等.电子信息类本科DSP教学实践与探索[J].理工高教研究, 2006, 25 (4) , 111-112.

[4]徐盛, 胡剑凌, 耿相铭.DSP开放式教学的探索[J].电气电子教学学报, 2003, 25 (3) , 21-23.

[5]冯艳君, 刘军.浅议大学教学模式的改革与创新[J].辽宁行政学院学报, 2008, 10 (2) , 151.

[6]张卫宁.D S P原理与应用的教学要点及方法探讨[J].实验技术与管理, 2007, 24 (6) , 19-21

原理与实践 篇11

【关键词】单片机原理；应用课程；教学改革；实践教学

在现代电子工程领域中，单片机是一种比较常见的技术，并在很多的家用电器中得到了较为广泛的应用。而作为电气信息类专业的学生，必须充分掌握该课程的技术知识，也是必备的技能之一。但是，由于单片机原理和应用原本就是一门应用性、实践性都很强的课程内容，只有将实践教学与理论教学灵活运用在一起，才能保证达到理想的教学效果。以下，本文重点对单片机原理与应用课程教学改革与实践进行了探讨分析。

1.教学中存在的问题及原因

在传统的单片机教学过程中，教师们通常比较侧重于对单片机原理知识和各零部件的介绍，教材内容也相对枯燥单一，缺乏对学生实践能力方面的培养。并且，在对教学课程进行安排时，也是将理论教学与实践教学相互分离，虽然充分保证了课程体系结构的完整性，却忽视了课程实用性的重要性，最终导致理论与实践出现脱节的现象。以下本文就具体归纳了在当前单片机应用课程教学中主要存在的问题，并对其原因进行了详细的阐释。

1.1教学安排不适应现行单片机原理与应用的教学

传统的教学方案中基本是由教师对单片机的工作原理、工作流程以及内部构造等进行介绍，学生们只是被动的学习。并且，这样的教学方法并不能让学生更好的了解到单片系统是怎样设计和组成的。而单片机工作原理内容又与微机原理课程存在着很多的相似点，如果教师一直过多的叙述这方面的知识，很难再激发学生的学习积极性，甚至还会让学生产生一种厌学的心理情绪。

1.2實践环节重视不够

由于缺少实践课程，使得学生无法更加全面的掌握到单片机系统的设计方法，导致学生实践操作能力较差。而在传统的实践教学中，一般是以验证性试验为主，只是让学生们大致了解一下单片机的系统构造、输出输入等方面的实验。并且，还有大部分的验证性实验都是根据相关的指导书完成的。这样一来，学生通过指导书上的步骤就可以完成实验，非常不利于对学生创新性思维的拓展，更无法有效提高实践动手能力，久而久之，学生还很可能形成敷衍的学习态度和学习习惯。

1.3教学手段有待提高

现如今，单片机技术的飞速发展，多样性的单片机集成芯片不断涌现，随之而来的大量山寨的仿真软件也越来越多。如果教师还是依旧采用传统的教学方式和教师，不仅无法提高学生的学习积极性，还大大降低了教学质量。

1.4 教师自身能力有待提高

众所周知，单片机原理和应用是一门实践性较强的课程。然而，就我国当前单片机课程教学现状来看，其中大多数是以青年教师为主，一直都没有对单片机系统进行过深入的研究开发，缺乏这方面的实践经验。所以，在实际的教学过程中，也只会照本宣读，很难达到较为理想的教学效果。

2.理论教学改革

2.1适当调整课程学时以顺应单片机技术的快速发展

以某院校为例，其结合单片机技术的发展与多年来单片机教学的经验，对该院 5 个专业的教学大纲与学时进行了修订。从原有的 32 学时调整为 48 学时，实践教学环节从 4 学时调整为 8 学时，并且加上了一个周的课程设计。学生在先修完微机原理及应用课程之后才开设单片机原理与应用课程，这样可以大大节约单片机内部结构、工作原理、汇编语言的教学学时，这部分的内容既可以类比微机原理又可以作为基础，使学生易于入门。经过修订，MCS-51 单片机的硬件、指令系统压缩为 10 学时；单片机的扩展、接口电路与应用为 12 学时；其他类型的单片机原理及应用为 8学时；单片机系统的开发调整为 10 学时；实践环节为 8 学时。

2.2以实际应用为主，培养学生学习兴趣

想要有着激起学生的学习兴趣，教师在对单片机原理与应用课程进行教学时，要向学生详细的讲述单片机这门课程与本专业之间的联系，并重点对其重要性、应用和发展等方面进行系统的介绍，同时制定出明确的教学目标。其次，教师要高度重视对学生实践能力的培养，多多开展实践教学活动，可以先将单片机事物展现在学生面前，通过利用数字电路观点进行叙述。这样一来，学生就能够迅速了解到单片机的工作原理是与集成块的工作原理十分相似，以此来增强自己的学习信息。并且，教师还应该对一些简单的驱动系统进行演示，让学生们直接观察单片机的应用过程，促使学生自发主动的参与其中。另外，教师还应该加强实践教学与理论教学的相互结合，采用先进有效的教学方法，并在平时的理论教学过程中，加入大量演示性实验，从而加深学生对所学知识内容的印象。

在实际的操作动手过程中，教师可以允许学生使用计算机和网络，通过从多种渠道来或缺更多的单片机资料，从而不断丰富自己的知识资源，促进学生向着复合型人才而发展。

2.3加强C51语言的教学

多年来，单片机的教学和单片机系统的开发，大多都以汇编语言作为开发工具，这是由于汇编语言具有代码紧凑、执行时间短、控制及时且易于记忆等优点。但是随着单片机技术的发展也出现了一些问题，主要表现在对硬件结构的过分依赖，不同类型的单片机汇编指令有所不同，而且程序比较繁琐，可移植性差等。与汇编相比，C语言在功能上、结构上、可读性和可维护性上有明显的优势，而且C语言有丰富的函数库，可以有效减少编程工作量，对单片机的硬件稍作了解即可进行系统开发，特别是C语言对寄存器的分配与寻址方式都是由编译系统自动完成，由此可见，将C语言引入单片机的教学是很有必要的。在教学过程中，汇编语言与C语言并重。让学生能看懂汇编语言，可以用汇编语言完成简单程序的设计，但不要求完成复杂系统的程序设计，这样大大降低了学生学习的难度。同时，要求学生能够用C语言完成简单和复杂程序的设计，从对比中加深对汇编语言和C语言的理解。

3.结束语

由于该门课程相对比较抽象，学生普遍反映开始学习的时候入门较难且难以理解单片机的内部结构，因此如何使学生循序渐进地掌握单片机技术？怎样使理论教学与实践教学有机结合？这些问题已成为单片机原理与应用课程体系建设的重要议题。 [科]

【参考文献】

[1]李建忠.单片机原理与应用[M].2版.西安：西安电子科技大学出版社，2008：12-25.

[2]杨立林.单片机原理与应用课程教学的实践与思考[J].江苏技术师范学院学报：自然科学版，2009，15（2）：62-66.

原理与实践 篇12

《微机原理与接口技术》是电子信息类相关专业的一门重要的基础课程, 是学生学习后续课程、毕业设计乃至今后工作的重要技术基础。但该课程内容繁多, 概念抽象, 历来为教师和学生公认的一门难啃的骨头。如何教、怎样教好该课程是所有讲授该课程教师面临的重要课题。笔者通过不断学习更新自己的知识, 引进新的教学手段、方法, 总结多年教学经验, 围绕如何提高课程的教学质量和教学效果进行教学改革探讨。[1]

二、精心组织课堂教学

合理组织课堂教学非常重要, 其优劣直接影响学生的学习兴趣和教学效果。精心组织课堂教学不仅包括教学内容的组织, 还包括教学方法、教学手段、思想引导等方面的组织。[2]

(一) 拨云见日, 点醒梦中人

笔者上课的第一堂课就从全局上大胆概括:该课程实质上就是一本讲解CPU及其功能的说明书, 让学生从战略高度上看清所学课程, 鼓励学生勇攀高峰, 打消学生的畏难情绪。并说明本课程就是围绕图1进行解剖讲解的, 指出课程中的各个章节分别对应图中的哪个小框图进行讲解的。如第六章串并行通信和接口技术主要讲

解了8255A并行接口;第七章中断控制器主要讲解8259中断控制器;第八章DMA控制器主要讲解8237DMA控制器等, 让学生真正信服。在今后讲授各章节时, 经常回头看看这个图, 不断提醒学生, 我们整个课程就是围绕这个图进行讲解的, 使学生对课程有一个整体认识, 而不是支离破碎的认识。

(二) 激励学生, 让学生对该课程感兴趣

1.站在学生的角度激励学生。

年轻的大学生个个争强好胜, 自学能力强, 思想活跃, 精力旺盛。再难的电子游戏不教就会;再先进的便携式电子产品, 不看说明书很快就玩转;那么, 既然本课程只是一本说明书, 只要同学们努力学习, 跟着老师的教学进度, 课前多预习, 课后多复习, 实验多动手, 平时多练习, 没有学不会的。希望同学们把此课程当一本说明书来看, 来学习, 相信同学们完全可以攻克难关。通过此番激励, 大大增加了学生学习信心和积极性。

2.列举恰当例子, 吸引学生的兴趣。

汇编语言指令及其编程是微机原理与接口技术的一个重要知识点。它是一种面向机器的程序设计语言, 是计算机能提供给用户的最快而又最有效的语言, 也是能够利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的唯一语言。但相对于计算机高级编程语言, 汇编语言指令多, 注意事项多, 规则多, 概念多且抽象, 学生学起来很快会感到比较困难和枯燥。为此, 在讲解汇编语言指令时, 列举一个完全用机器语言指令编写的程序 (汇编语言编译之后产生的机器码) , 该程序所占字节不多, 但运行后呈现3D游戏迷宫视频效果, 具有音乐背景、颜色鲜艳、画面清晰、动态滚动的3D效果, 从视觉上给学生强烈震撼。此时无声胜有声, 教师无需多言, 学生就能明白汇编语言指令相对机器语言好学多了, 无形中增强了学生的学习兴趣和信心。

(三) 让死的知识立体化、可视化

通过采用各种新的教学手段, 使难学难懂的知识生动化、立体化、可视化, 降低学生的学习难度。

1.采用多媒体课件、flash动画演示。

《微机原理与接口技术》概念多, 且非常抽象。学生见不到实物, 看不到现象, 就不知道书本讲的是什么, 老师说的又是什么。别的电子类课程, 学生通过自学, 很多能学懂的。但此课程, 从笔者迄今为止的调查来看, 几乎没有同学能够无师自通的。大都提到, 看课本几遍, 不知道书本在讲些什么。该课程的抽象难懂, 由此可见一斑。

笔者在教学中, 将许多抽象的概念, 用flash展现出来。CPU的内部结构知识点多, 专业术语多, 各种寄存器同时出现在此, 各有各的用途, 各有各的使用注意事项, 没有实物和现象可看, 学生学习时常常感觉枯燥、困难, 但这些知识点又是后续课程内容的基础, 不容错过。笔者在讲解CPU内部结构时, 用一个flash图生动展示CPU在执行一条指令MOVDI], AX时, CPU内部机构是如何运作的。该指令的机器码为8904H, 其中 (AX) =3456H, (DI) =3000H, (DS) =2000H。就这样一个flash演示图, 可以生动形象地解释和说明CPU内部运行机制, 解释什么是机器码, 它与汇编语言指令是什么关系, 机器码存放在什么位置, CPU是如何取得该机器码的, 还可以解释内存的作用等等抽象知识和概念。

2。采用仿真软件辅助教学。

《微机原理与接口技术》寻址方式是该课程的教学难点和重点。笔者采用Emu8086软件辅助教学, 课堂现场演示、现场仿真, 对每一种寻址方式都采用具体指令仿真演示, 让学生看清数据是如何传送的。在讲授时, 首先, 利用寻址方式的理论进行分析, 数据应该传送到哪里?传送后的结果是什么?然后利用软件仿真验证, 实现理论指导实践, 实践验证理论。百闻不如一见, 通过仿真, 加深学生对寻址方式的理解, 使抽象、看不见的知识可视化、结果化, 降低了学生的学习难度。[3]

3.抽象的概念通俗化、实物化。

如:课程中提到总线的概念, 这个概念听起来好像很神秘, 但笔者告诉学生, 其实平常大家用到的U盘、手机数据口等等, 就是一种USB总线。总线通俗地讲就是一种接线方式, 其实物就是各种引脚, 以及其上传输数据的协议或规则。课程中提到的数据总线、地址总线及控制总线, 其实就是CPU芯片传输数据、地址和控制信号的引脚。通过这些通俗的讲解, 使同学们产生感性认识, 从而比较容易接受这些看似抽象的概念。在讲解CPU操作时序时, 同学们常常难以理解, 为什么要讲这个内容, 看似好像对整个课程无用。笔者就请同学们闭上眼睛想象一下现实生活中, 如果没有时间概念, 我们的生活将是怎样的?不难想象, 必定杂乱无章, 混乱一片。这样的例子举不胜举, 由于篇幅的原因, 在此不再赘述。

4.充分利用网络, 实现课堂教学时空立体化。

如今高校的教师不似从前的教师——住在校园里, 而是分散在全市各地, 教师须赶校车或公车上下班。因此, 笔者充分利用网络资源, 进行课后辅导。学生有问题可以通过博客留言、问问题;可以通过QQ与老师互动, 还可以通过飞信向老师提问, 达到课堂教学时空延续和立体化。

不仅如此, 笔者还充分利用丰富的网络资源、先进的影像视频等资料, 丰富课堂教学内容, 跟进科技发展前沿, 使课程教学具有先进性、新颖性、可组合性和可扩充性等特点, 开拓学生的视野, 发散学生的思维, 使学生了解课程在现代科技中的应用, 达到提高课程教学质量和教学效果的目的。[4]

三、改革教学方法

1.追本溯源法。

在教学时, 不是照本宣科、按部就班地按照教材讲授知识。而是带领学生跳出圈外看本质, 采用追本溯源法, 使学生知其然, 更知其所以然。

在讲授寻址方式时, 首先提问学生, 为什么在学习汇编语言时要学习寻址方式?其实质是什么?在学生独立思考后, 告诉学生:其实同学们在课程中看到的汇编语言指令, 除立即数外, 指令中的操作数, 表面上看到的都是地址, 实际参与运算和传递的是地址单元里的数据或内容, 为了要知道是什么数据参与运算或传递到哪里去了, 必须学会计算地址, 即学寻址方式。这就是寻址方式的实质。

在讲存储器为什么分段时, 笔者从CPU内部结构及地址总线数与寻址空间大小的关系等几个方面讲存储器分段的本质, 并假设这个问题让学生自己解决, 能用什么更好的方法, 让学生自己去思考, 寻找答案。通过思考后, 同学们更能深刻理解《微机原理与接口技术》的各种解决方法, 促进其更好地掌握知识点。

2.课堂师生互动法。

除了上文笔者提到的课堂假设提问与学生互动外。笔者还会精心设计与课程讲授内容息息相关的问答题, 与学生互动, 调动学生学习的积极性, 达到巩固课堂所学知识, 加深理解, 提高学生掌握效果。允许学生大胆假设, 大胆提问, 鼓励他们不要怕说错, 失败乃成功之母, 错了纠正了更能学到知识。堵不如疏导, 这种课堂互动法不仅活跃了课堂气氛, 也营造了质疑老师、质疑权威的氛围, 更能使老师掌握学生的学习情况, 改进教学方法和教学进度。

3.理论—实践—理论法。

《微机原理与接口技术》是一门实践性极强的课程, 要想真正学好并和掌握该课程, 最好方式是对它进行充分的实践。一方面, 在理论教学过程中, 教师要讲清、讲透理论知识和各芯片各部分原理, 设置合理的实验目的、实验内容和实验要求, 让学生根据课堂所学知识, 根据理论指导实践的原则做好实验预习报告, 并上机调试。另一方面, 实验过后, 教师应在课堂上对实验过程的碰到的问题、现象和实验结果与学生进行探讨, 让学生掌握实验验证理论的分析过程和方法, 加深理解理论指导实践、实验验证理论的过程。

4.授人以鱼不如授人以渔法。

在课程教学中, 笔者经常教授学生学习方法, 让学生从纷繁复杂的知识中找规律, 找方法。如, 刚开始学习这门课程时, 名词多、概念多、知识点一下子全涌现出来, 而这些知识学生又必须掌握, 但一时又无法完全掌握时, 笔者告诉学生, 其实不需要马上死记硬背这些知识点, 只要心中对这些知识点有个大概的印象, 在后续课程内容中用到这些知识点时, 应及时向前翻看相关知识点, 在应用中学习, 不仅加深认识和理解, 而且掌握得更牢固, 学起来更轻松。再比如学习汇编语言指令时, 告诉学生用英文记指令, 因为汇编语言指令是英语单词的缩写, 所以记其英语单词, 从实质上记住了指令的操作意义。通过授之以渔的教学方法, 使学生学习本门课程的难度大大降低。

四、改革实验考核方法

实验考核更注重实践, 注重实验过程, 实验报告考核其次。首先, 教师根据教学内容, 精心设计实验教学内容, 使其与课堂教学内容紧密结合, 并早早将实验内容发给学生, 以便学生提前预习。其次, 在实验过程中, 鼓励学生大胆创新, 有新的想法、新的思路, 马上通过上机实验去验证自己的想法, 鼓励学生在上机调试时不要怕出错, 出了错, 解决了问题, 这样一个反复的过程才更能学到东西。第三, 教师在实验前提出合理要求, 如要求理论指导实践, 先理论分析, 后实验验证, 或理论分析实验结果的对错等等。第四, 改革以往以实验报告定实验成绩的方式, 注重实践, 注重实验过程。每次实验考核主要以实验现场过程表现和实验结果打分, 并现场提问理论分析情况考核打分。第五, 实验报告考核层次, 要求实验报告中主观的东西多一些, 如多写写实验中碰到的问题、如何解决及实验心得体会。总之, 实验考核实实在在的东西, 不玩虚的, 并提高实验在期末考试总成绩中的比例。

通过此番实验改革, 学生实验前预习和实验过程中的积极性大大提高了, 一改往常实验不预习、实验时拖沓懒散的学习风气。同学们个个都积极预习, 不懂的还主动找老师询问, 实验时注意力高度集中, 实验效率大大提高, 达到了良好的实验效果。

五、课程设计改革

课程设计是最考验学生综合运用所学知识能力的手段之一。此时学生须将所有已学知识融会贯通, 通过查阅大量文献资料、自学等手段, 达到完成教师布置任务的目的。笔者的课程设计是在平时实验的基础上, 综合《微机原理与接口技术》课程中的各章节知识, 在学生力所能及的范围, 做一个贴近现实生活的系统 (如交通灯、定时器、计时器等) 或作品, 或定一个作品方向让学生自由发挥做作品。最后, 以小组或个人的形式, 每组或每人提交一个作品 (包括实物作品或仿真作品) 。笔者设定课程设计部分的成绩占期末考试总成绩的10%, 不完成课程设计的将没有此部分成绩。

课程设计过程中, 教师须加大引导。毕竟课程设计对学生来讲, 比平时实验难度大很多, 学生常常有畏难情绪, 常感到难以入手。此时, 教师一方面给予更多的提示和指导外, 另一方面让先进带动后进, 让学习掌握知识好和动手能力强的学生多指导其他学生。最后, 对已经做出作品的队伍或学生加大宣传和鼓励, 榜样的力量是无穷的, 很快班里其他作品也会像雨后春笋一样一个个破土而出, 使得学生收获成功的喜悦, 最终真正掌握并灵活运用本课程所学知识。

六考试考核改革

通过上文中的实验考核改革、课程设计改革, 加大了平时考核分值, 降低期末理论考试比重。其目的就是强调学生分析问题、解决问题和实践、动手能力, 使学生真正学到东西, 理解和掌握知识, 而期末考试也不是目的, 它只是一种检验学生理论知识学习效果的手段而已。这种以实践和理论相结合的考核方式, 以培养学生的实践、动手能力为目的, 可以克服传统以标准化客观命题为主的考试的弊端, 最大限度地调动学生学习知识、运用知识的积极性和能动性。[5]

七、结束语

通过以上各环节全方位的教学改革, 提高了课程教学的生动性和立体化, 降低了学生的学习难度。学生上课时敢大胆提问了, 课后也大有问题可问了;实验过程中提问的人明显增多了, 预习实验的也增多了, 学生的学习兴趣、积极性和能动性提高了。这些情况在一定程度上反映了改革措施和方法的有效性, 达到了提高该课程的教学效果和教学质量的目的。目前, 我们的改革只是初步的, 如何进一步培养学生自主创新能力等方面的工作将是我们今后需要进一步探索和努力的方向。[5]

参考文献

[1]王佑湖.“汇编语言程序设计”课程教学方法的探讨[J].教育与职业, 2008, (2) :127-128.

[2]范喆.汇编语言课程的教学设计探讨[J].高教论坛, 2008, (4) :140-141.

[3]谷兆麟, 赵杰, 沈怡麟.基于EMU8086的虚拟微机系统实验的设计[J].天津职业技术师范大学学报, 2011, 21 (1) :54-56.

[4]黄雪菊, 王笑梅.《微机原理与汇编语言》课程教学改革初探[J].中国成人教育, 2007, (9) :143-144.