孟娟 李亞南 石星星

摘 要：以工程教育認證為契機，結合地震行業(yè)工程實踐人才培養(yǎng)目標，進行了OBE理念下的“微機原理與應用”課程教學改革探索，包括優(yōu)選地震行業(yè)特色應用案例驅動理論教學，設置分層級的微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)實驗，綜合emu8086、proteus等多種平臺及雨課堂豐富教學手段。該教學方式對提高學生的微機系統(tǒng)工程實踐能力有較好的促進作用。

關鍵詞：OBE;微機原理;教學改革;工程教育認證

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Abstract：Taking the engineering education certification as an opportunity，combined with the training goal of engineering practical talents in earthquake industry，the teaching reform of Microcomputer Principle and application under OBE concept is carried out.It includes optimizing the application case driven theory teaching seismic with industry characteristics，setting up layered and hierarchical microcomputer system software and hardware development experiments，integrating Emu8086，Proteus and other platforms and enriching teaching means in rain classroom.This teaching method plays a good role in improving students' microcomputer system engineering practice.

Keywords：outcome-based education;Microcomputer principle;reform in education;engineering education certification

“微機原理與應用”課程是本科類院校測控、通信、電子信息類專業(yè)一門傳統(tǒng)且重要的專業(yè)基礎課，課程旨在使學生具備微機應用系統(tǒng)分析與軟硬件協(xié)同開發(fā)的能力，為從事微機測量與控制儀器和系統(tǒng)研發(fā)工作奠定技術基礎。隨著微處理器技術的不斷發(fā)展，微機系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到人們生活中，從各種日常家電到工業(yè)生產(chǎn)，甚至是航空航天控制，微機系統(tǒng)的應用場景與市場需求不斷擴大，這也給從事微機測控儀表與系統(tǒng)開發(fā)的相關專業(yè)人才提出了更高的能力要求。對于行業(yè)特色院校及特色專業(yè)，如何既緊跟技術前沿觸角，又滿足行業(yè)與專業(yè)發(fā)展的特色需求進行“微機原理與應用”課程改革，是許多高校當下思考的問題[1-2]。

另一方面，為適應我國經(jīng)濟發(fā)展需要和國際標準的工程技術人才需求，很多高校把通過工程教育專業(yè)認證當成提高教育質量和人才培養(yǎng)水平的重要手段。以成果為導向的教育模式，即OBE（Outcome-based Education），是工程教育認證的基本理念，不少高校也積極探索OBE理念下的人才培養(yǎng)和課程教學改革方法[3]。

1 傳統(tǒng)微機原理教學在地震行業(yè)人才培養(yǎng)上的不足

傳統(tǒng)“微機原理與應用”課程教學內容包括Intel 80x86系列CPU為核心的微機系統(tǒng)結構、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計及常用接口技術，強化接口設計和綜合應用能力培養(yǎng)。教學以集中理論講授和小型試驗并行方式進行，且實驗大多為驗證實驗，學生在實驗過程中只是按照實驗指導書步驟進行，忽略了理論與實踐間的內在聯(lián)系，無法培養(yǎng)學生以系統(tǒng)思想進行設計的能力，不利于學生創(chuàng)新和工程能力的提高，且傳統(tǒng)教學模式無法充分調動學生的學習積極性，不便于實時進行教學反饋與改進，不利于學生的培養(yǎng)。因此不少高校積極探索OBE模式下“微機原理與應用”課程教學改革[4-7]，為基于OBE模式進行“微機原理與應用”的創(chuàng)新教學提供了有效參考。但這些教學改革的是通用課程的改革探索，行業(yè)特色不明顯，課程改革與行業(yè)實際應用需求結合不夠緊密。

防災科技學院是一所特色鮮明的地震行業(yè)院校，“微機原理與應用”是本校測控專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課，為儀器研發(fā)設計奠定技術基礎。但傳統(tǒng)“微機原理與應用”教學內容強調學科體系的系統(tǒng)性和完整性，地震行業(yè)特色不明顯，對提升學生地震行業(yè)微機系統(tǒng)的專業(yè)知識和技能作用欠明確，缺少針對地震行業(yè)特色的教學案例，不能滿足新時代人才培養(yǎng)的要求，且其他高校改革經(jīng)驗無法直接移植到本?！拔C原理與應用”課程教學來。

因此結合防震減災與地震行業(yè)人才培養(yǎng)及測控專業(yè)工程教育認證的實際需求，以提高學生的綜合素質和工程創(chuàng)新能力為目標，緊跟地震行業(yè)測控儀器系統(tǒng)技術發(fā)展，對“微機原理與應用”課程進行OBE理念下的教學改革探索，培養(yǎng)學生微機系統(tǒng)軟硬件設計與開發(fā)所必備的能力非常有必要。

2 面向地震行業(yè)凸顯特色的微機原理課程教學改革

基于地震行業(yè)微機測控系統(tǒng)軟硬件設計與開發(fā)需求，以工程教育認證OBE理念為引導，從課程內容、教學手段和考核方法上多管齊下，進行“微機原理與應用”課程改革探索，包括以地震行業(yè)微機和接口技術應用案例為牽引，優(yōu)化理論課程知識體系;設置以解決實際問題為導向、分層級的地震行業(yè)微機系統(tǒng)實驗項目;依托emu8086和proteus平臺及雨課堂信息化手段，實時掌握學生學習情況并進行改進，構建“卷面考核+”的多元化考核評價方式，使學生可以將微機原理技術與地震行業(yè)應用相結合，有效提升其面向應用的綜合素質及實踐創(chuàng)新能力。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1

2.1 教學內容改革

2.1.1 優(yōu)選地震特色的微機和接口技術應用項目，案例驅動理論教學

理論教學方面，在保持傳統(tǒng)的以章節(jié)為主線的授課模式的前提下，確保原有的強化接口設計和綜合應用能力培養(yǎng)，并以提高學生學習成果為目標，通過反復研究，優(yōu)選了地震行業(yè)相關的微機和接口技術應用典型案例和項目，以案例驅動課程理論知識的傳授。在案例學習中引導學生從解決系統(tǒng)軟硬件設計問題出發(fā)學習課程內容，并綜合應用所學專業(yè)知識，對所涉及的關鍵技術問題進行研究，從而鍛煉學生分析問題、思考問題、解決問題的能力。

如在講授微機系統(tǒng)基礎知識時，傳統(tǒng)教學的微機技術應用主要集中在工業(yè)控制、傳統(tǒng)儀器儀表、家電產(chǎn)品等領域，為讓學生對具有地震特色的微機技術應用有更加感性的認識，授課過程中增加了多個地震監(jiān)測領域微機系統(tǒng)的組成與應用案例，主要介紹微機作為地震監(jiān)測系統(tǒng)的控制核心，協(xié)調管理采集、數(shù)據(jù)處理、分析等各子系統(tǒng)，并介紹目前地震監(jiān)測領域主流微機系統(tǒng)性能指標與功能，讓學生對地震監(jiān)測微機系統(tǒng)及應用有清晰了解。

在講授8253定時計數(shù)器時，以地震探勘中常用的地震計時儀為案例，介紹地震計時儀的工作原理并進行系統(tǒng)方案設計，再結合電路設計講解8253的應用和編程方法，并編程實現(xiàn)基于8253定時器的地震計時儀，使學生在實際項目設計完成過程中更好地掌握8253的使用方法和難點。

在講授8259中斷控制器時，以地震計正弦標定信號發(fā)生器為案例，從地震計標定的原理到標定正弦信號的參數(shù)指標，再到電路設計到系統(tǒng)開發(fā)，全流程地講解與演示利用8259A中斷控制器產(chǎn)生中斷并顯示輸出波形的方法，讓學生可以直觀通過參數(shù)調節(jié)設計滿足不同參數(shù)要求的標定信號。通過工程項目讓學生除了掌握本門課程內容，還融合電路與PCB設計知識，提高綜合能力。

2.1.2 分層級的微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)實驗項目設置

實踐教學方面，傳統(tǒng)的微機原理實驗教學課時少，且實驗大多為小型的驗證性實驗，不利于學生綜合能力的鍛煉與提高。針對以上問題，改變傳統(tǒng)面向簡單示例的實驗教學，設置分層級滿足不同能力水平學生學習需求的地震行業(yè)微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)實驗項目，提高學生的工程實踐能力，引導學生進行系統(tǒng)方案設計，并采用工程化的方式進行系統(tǒng)軟硬件開發(fā)，實現(xiàn)從理論到實踐的融合。

如綜合并行接口、A/D和D/A轉換內容，提出基于8086CPU的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計需求，引導學生從解決系統(tǒng)軟硬件設計問題出發(fā)，綜合應用電路、PCB設計、“微機原理與應用”課程所學專業(yè)知識，完成數(shù)據(jù)采集電路的設計與軟件編程。將試驗任務分為基礎級、提高級和創(chuàng)新級，其中基礎級要求100%的學生獨立完成，提高級要求70%左右學生完成。而創(chuàng)新級不做強制要求，需要學生綜合“PCB設計”“電路”等其他專業(yè)課程的知識。對有能力的學生引導其設計出系統(tǒng)硬件PCB，并對所涉及的關鍵技術問題進行研究，從而提升學生解決復雜工程問題的能力。最終有30%左右的學生完成，且實驗效果不錯，學生也表現(xiàn)出了極大的學習熱情和自信心。

2.2 教學手段創(chuàng)新

2.2.1 綜合emu8086、proteus等多種平臺，豐富教學手段

為了讓學生能更直觀地理解和掌握課程知識，在學習微機指令系統(tǒng)時，通過emu8086仿真平臺演示各指令的作用和效果，結合仿真結果的觀察和原理講解，能更深入理解各指令的使用。在講授微機接口應用技術時，結合微機測控系統(tǒng)案例，通過emu8086與proteus的結合，將案例的設計原理和編程實現(xiàn)過程進行演示，將涉及的知識進行融合講解，加深學生對指令和接口應用技術的理解，提升課堂教學效果。對有學習能力的學生，引導其利用Multisum、Altium design等軟件完成所涉及系統(tǒng)的硬件電路設計，提高學生綜合素質和工程實踐能力。

2.2.2 雨課堂實時教學改進

由于課程內容多、難度大，傳統(tǒng)的講授方法學生難以一次性消化較多知識點，從而打擊其自信心，最終導致學習熱情大幅下降。以學生學習成果為導向，利用雨課堂將課前、課中、課后的教與學及互動完美融合起來。課前發(fā)布一些待講授知識點的學習小視頻，激活學生自學意識和學習熱情。結合學生的預習情況，在上課時可以針對課前不好理解的重點和難點再次強調，并結合一些小測驗實時檢測學習效果。實時根據(jù)學習過程中的問題進行教學反思，并有針對性地改善教與學上的不足，從而提升教學質量。

2.3 課程考核優(yōu)化

在傳統(tǒng)考核方式不能滿足OBE教學的情況下，探討了貫穿整個教學過程的多元化考核機制，從考核形式、考核內容、成績分配等方面進行優(yōu)化，構建了“卷面考核+”多元化考核方式。設定平時成績占50%，不僅參考出勤、實驗報告和作業(yè)，還利用雨課堂的互動教學功能進行學習過程的全面衡量。期末成績占50%，主要通過閉卷考試檢驗學生知識掌握和應用的程度，并設置了地震前兆監(jiān)測之等精度頻率計設計的課程大作業(yè)，讓教師對學生自主學習、分析解決問題、創(chuàng)新、小組間協(xié)作能力、完成質量等多方面進行綜合考核，以正確評估學生的學習效果。

3 教學效果

經(jīng)過一輪的教學實踐，面向地震特色的“微機原理與應用”向學生全面展示了在地震儀表系統(tǒng)設計中微機技術應用的相關知識點，并且通過實驗項目充分鍛煉了學生的動手能力，而分層級的實驗項目也能滿足不同層次學生的需求，得到了學生的肯定，激發(fā)了他們的學習興趣。從卷面成績來看，本屆學生得分比傳統(tǒng)教學方法的平均成績高8分，且課程大作業(yè)答辯時，學生能很好地掌握設計原理并進行編程實現(xiàn)，綜合能力有較好的提升。教學效果令人鼓舞，也為學生將來進行創(chuàng)新設計、畢業(yè)設計等奠定了基礎，對提高學生微機系統(tǒng)應用能力有較好的促進作用。在接下來的“微機原理與應用”教學中，將繼續(xù)以成果為導向，優(yōu)化地震行業(yè)特色案例，并設置課程內容有關的開放實驗，讓有能力、有興趣的學生能進一步遨游在微機應用技術的海洋，提高其工程實踐能力，為將來繼續(xù)深造或者走上工作崗位奠定扎實的技術基礎。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1

結語

基于“微機原理與應用”課程綜合性、實踐性強的特點，結合本院防災減災特色人才培養(yǎng)目標及工程教育認證實際需求，進行了基于OBE為導向的課程教學改革，包括優(yōu)選地震特色的微機和接口技術應用案例，以案例結合理論知識點進行講解學習;在實踐教學上，設置分層級、緊密結合行業(yè)應用需求的實踐項目，滿足不同學習能力的學生，也能激發(fā)其學習熱情;利用emu8086、proteus平臺創(chuàng)新教學方法和手段，幫助學生理解掌握重點難點，科學設置考核方式等。課程教學效果較好，能提升學生的微機應用與設計能力，學生的卷面成績和最終成績都有較大幅度提升，提高了學生的綜合素質，課程改革方法可為其他行業(yè)特色院校的“微機原理與應用”課程改革提供一定的思路和參考。

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基金項目：防災科技學院教研教改項目（JY2021B11）;教育部新工科研究與實踐項目（E-SXWLHXLX20202607）

作者簡介：孟娟（1983— ），女，漢族，湖南益陽人，碩士，講師，研究方向：地震儀器設計與信號處理相關的教學與科研工作。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1