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[摘 要] 微机原理与应用是勘查技术与工程专业的选修课程，随着智能油田的兴起，该课程对专业的重要性与日俱增，现有的教学环节已经不适应专业发展需求，为此，本文从教学内容和教学方法等方面探讨了针对本课程的教学改革。
[关键词] 微机原理;教学内容;教学方法;教学改革
[中图分类号] [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2019） 11-0091-02
一 智能油田背景下勘工专业微机原理与应用教学中存在的问题
所谓智能油田，是指借助先进的计算机信息系统和专业技术，全面感知油田动态，自动操控油田行为，预测油田变化趋势，科学辅助油田决策，实现智能化管理的油田。智能油田的建设是当前国际国内油田发展的大趋势，而油气勘探的智能化是智能油田建设的重要一环[1]。
我校勘查技术与工程专业（简称勘工专业）历来是为油气勘探培养人才的，智能油田的兴起，对该专业人才的微机控制应用能力提出了新的要求。目前，该专业虽然开设了微机原理与应用的选修课，但不管从课程的教学大纲设置，还是从学时的安排上都没有得到足够的重视，泛泛的教学方法更没有达到该课程的教学目的，再加上该专业学生没有学过数字电子技术等与微机原理相关的基础课程，使得该课程成为老师最难讲、学生最难学的课程之一[2]。
考虑到勘工专业的主要学习任务还是其专业课程，不可能划拨更多的学时来学习微机原理和其先导课程。因此，只有通过教学改革，选择最实用的教学内容，采取最行之有效的教学方法，深挖课堂潜力，才能解决该课程教学中的问题，为智能化油气勘探培养更优秀的人才。
二 微机原理与应用课程教学内容改革
1 针对专业特点，选择教学机型
按照以前勘工专业的教学大纲设定，微机原理与应用课程以讲授16位的8086或32位的80x86为主。从学习难度来看，勘工专业的学生，并没有学习电路基础和数字电子技术等先导课程，86系列机型的原理结构对他们来说过于复杂，基本从第一章的微处理器结构开始，学生就迷失于南桥北桥和大量的总线分类中，接下来的汇编指令系统，更是高深莫测。很快，学生的学习热情和学习信心就会消失殆尽，老师的教学激情也会被学生的茫然逐渐磨灭。从实用性来看，80x86也早已不适合给非电类专业的学生做硬件上的开发，虽然现在的个人电脑还有PCI插槽可供扩展，但用它的非专业人士很少。一般来讲，现在个人电脑的应用，主要是利用高级语言开发各种应用软件，当需要采集数据或是控制外设时，只要调用接口或网络协议控件即可完成。因此，86系列机型对于勘工专业的学生来讲，既复杂又不实用，完全不适合教学。
另一种比较流行的教学机型是8位的MCS-51系列单片机，该系列单片机原理和结构都比较简单，且在目前的工业控制领域仍占有较大的市场。勘工专业的学生，学习微机原理与应用课程的主要目的是为了勘探设备的维护和使用，学习51系列机型能够满足该需求。
由于当前新型单片机层出不穷，教学内容不能只局限于51系列，按照简单、实用、新型的原则，Arduino系列也是勘工专业较好的选择。Arduino是以AVR单片机为核心进行的二次开发，起源于2005年，其设计的初衷就是为了方便一些非电子工程专业的学生做开发用，具有开源、廉价、简单易懂的特性，它可以和LED、点阵显示板、电机、各类传感器、按钮、网卡等各类可以输出输入数据或被控制的东西连接，在互联网上各种案例、资料可以帮助用户迅速制作电子设备[3]。
综合考虑勘工专业课程设置的要求及学习微机原理与应用课程的目的，选择51系列单片机作为本课程主修机型，Arduino系列作为辅修机型。
2 根据学生基础，确定教学重点
教学重点，应该根据学生的基础来制定。勘工专业在开设本课程之前，在硬件方面，学习过电路与电子技术基础课程，对数字电子技术有一定的了解，本课程应该以接口电路为硬件教学重点，主要介绍存储器结构、定时器和计数器、中断、串口、AD和DA转换器、键盘和显示接口电路;在软件方面，学习过C语言，具备基本的编程能力，本课程应该以单片机C语言为软件教学重点，这比让学生重新学习汇编语言具有更高的效率，学生不必记忆汇编指令集，且对于相似的设计，还有丰富的开源代码可以移植，对于以应用为主的勘工专业学生来讲，这无疑是最合适的选择。
3 突出课程实用性，合理分配学时
该课程包括原理和应用两个方面，原理部分是应用部分的教学基础，但由于勘工专业与微机相关的先导课程开设较少，学生这方面底子薄弱，想通过本课程全面讲清楚原理方面的知识是不可能的[4]。因此，原理教学只能根据学生的基础及学习目的，有选择性地讲解最重要的原理部分，如指令执行过程、定时计数、中断、I/O口通信等。在总学时的分配上偏重于应用，原理部分与应用部分的占比为4：6。由于各种微机机型的原理都是大致相似的，所以原理部分只讲解51系列单片机;应用部分中51系列和Arduino系列各占一半。
三 微机原理与应用课程教学方法改革
1 理论与实践融合的课堂教学方法
传统的理论教学与实践教学一般是分开进行的，也就是在上完理論课后，再安排另外的学时到实验室去做实验。这种教学方法在硬件资源不丰富的情况下，具有更好的可操作性，但却有两个弊端：一是实验室的硬件学生下课后带不走，不利于课后自己操作演练;二是理论课讲解时，学生不能实时跟随演练，在学习兴趣和学习效果上会大打折扣。考虑到当前中国物质经济水平已得到极大丰富，大学生几乎是人人都有笔记本电脑，51单片机开发板和Arduino开发板的价格低廉，配套传感器和各种扩展电路也不贵，可以很方便地在电商平台上购买。完全有条件实现理论与实践融合的课堂教学方法，让单片机开发板走进课堂，老师一边讲一边演示，学生一边学一边实践。 具体实施方法举例说明。以一个班30人为例，将学生分成每3个人一个小组，每个小组上课时必须有一套单片机开发板和一台笔记本电脑。注意，这套开发板最好是规定好型号，由学生分小组自行购买，因为学校购买的教学设备一般都是放在实验室不能带走的，这就大大限制了学生接触单片机的时间，老师也不好布置课后作业。在上课时，比如老师讲解到定时中断的时候，单纯的通过理论讲解很难让学生理解如何设置定时初值以及其特殊功能寄存器。老师这时候可以写一段定时中断程序，实现每0.5秒控制发光二极管明暗状态反转一次，学生则仿照老师的程序进行修改。设置不同的定时方式和定时初值，观察亮灯周期;修改中断允许，观察单片机开发板的反应等等。在这种举一反三的实践过程中，枯燥乏味的理论会变得有趣，且让人印象深刻，极大地提高了学生的学习兴趣和学习效果。
2 在原理教学中巧妙运用讲课技巧
该课程原理部分的讲解比较枯燥，对于初学者来讲，有一定难度。这时作为老师，就要想办法运用各种比喻，加深学生的理解[5]。以讲解89C51为例，在介绍存储器时，因为单片机有数据存储单元和程序存储单元，且二者独立编址，这会造成很多学生的混淆，根本分不清。讲课时，可以让学生虚拟的在脑袋里建立两组柜子：其中一组柜子有256个抽屉，每个抽屉里有8格，最上面的128个抽屉那是专用的，在程序运行时用户不能用来存取数据，最下面的32个抽屉，可以用来做4组寄存器用，但一般只用最底下8个抽屉做寄存器就够了，其他的抽屉可以在程序运行时随意存取数据;另外一组柜子有4096个抽屉，程序入口从0号抽屉开始存储，然后是5级中断跳转的固定抽屉，主程序从第100个抽屉开始存放就可以了。这样一来，抽象复杂的存储单元就变得形象起来，更易于理解。
3 考核方法改革
该课程应用性强，应该采取平时成绩、电子设计和现场考核相结合的方式，评定最终成绩。以笔者本人执教班级的考核为例，班级共分10组，每组布置一道难度系数差不多的电子设计题目，各组学生回去做，哪组最先做出来，该组的基础分最高，依次递降。现场考核则由老师逐组提问学生，要求现场修改设计内容，若能实现，则在该组基础分上加分，否则视情况扣分。当然，这种考核方式主要是针对选修课的，必修课应该还要结合笔试成绩。
四 结语
近两年，为了适应智能油田的发展需要，作者在不增加勘工专业微机原理与应用课程学时、不改变课程性质的情况下，通过对微机原理与应用课程在教学内容和教学方法两方面的改革，大大提升了学生的学习兴趣以及对本课程的掌握程度，也增强了学生在仪器设计方面的能力，有多位学生在大学生创新创业活动中选择仪器设计类的题目，且取得了较好成绩。当然，由于学时有限，学生相关基础知识薄弱，与电子类专业相比，还是有一定差距，后续通过合理规划，增强电子学基础课程，相信勘工专业学生也能有不弱的仪器设计能力，且在专业方法上更具优势。
参考文献：
[1]王利君.智能油田建设中关键技术的研究与应用[J].中国管理信息化，2017， 4（07）：164-167.
[2][4]霍孟友，王岩，朱振杰.工科非电类专业微机原理与应用课程教学改革研究[J].山东工业大学学报（社会科学版），1999（2）：84-86.
[3]戈惠梅，徐曉慧，顾志华，等.基于Arduino的智能避障小车的设计[J].现代电子技术，2014，37（11）：118-120.
[5]鞠阳.电类非计算机专业微机原理及应用课程教学改革探索[J].电化教育研究，2008（16）：163-164.
（责任编辑：姜海晶）
[关键词] 微机原理;教学内容;教学方法;教学改革
[中图分类号] [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2019） 11-0091-02
一 智能油田背景下勘工专业微机原理与应用教学中存在的问题
所谓智能油田，是指借助先进的计算机信息系统和专业技术，全面感知油田动态，自动操控油田行为，预测油田变化趋势，科学辅助油田决策，实现智能化管理的油田。智能油田的建设是当前国际国内油田发展的大趋势，而油气勘探的智能化是智能油田建设的重要一环[1]。
我校勘查技术与工程专业（简称勘工专业）历来是为油气勘探培养人才的，智能油田的兴起，对该专业人才的微机控制应用能力提出了新的要求。目前，该专业虽然开设了微机原理与应用的选修课，但不管从课程的教学大纲设置，还是从学时的安排上都没有得到足够的重视，泛泛的教学方法更没有达到该课程的教学目的，再加上该专业学生没有学过数字电子技术等与微机原理相关的基础课程，使得该课程成为老师最难讲、学生最难学的课程之一[2]。
考虑到勘工专业的主要学习任务还是其专业课程，不可能划拨更多的学时来学习微机原理和其先导课程。因此，只有通过教学改革，选择最实用的教学内容，采取最行之有效的教学方法，深挖课堂潜力，才能解决该课程教学中的问题，为智能化油气勘探培养更优秀的人才。
二 微机原理与应用课程教学内容改革
1 针对专业特点，选择教学机型
按照以前勘工专业的教学大纲设定，微机原理与应用课程以讲授16位的8086或32位的80x86为主。从学习难度来看，勘工专业的学生，并没有学习电路基础和数字电子技术等先导课程，86系列机型的原理结构对他们来说过于复杂，基本从第一章的微处理器结构开始，学生就迷失于南桥北桥和大量的总线分类中，接下来的汇编指令系统，更是高深莫测。很快，学生的学习热情和学习信心就会消失殆尽，老师的教学激情也会被学生的茫然逐渐磨灭。从实用性来看，80x86也早已不适合给非电类专业的学生做硬件上的开发，虽然现在的个人电脑还有PCI插槽可供扩展，但用它的非专业人士很少。一般来讲，现在个人电脑的应用，主要是利用高级语言开发各种应用软件，当需要采集数据或是控制外设时，只要调用接口或网络协议控件即可完成。因此，86系列机型对于勘工专业的学生来讲，既复杂又不实用，完全不适合教学。
另一种比较流行的教学机型是8位的MCS-51系列单片机，该系列单片机原理和结构都比较简单，且在目前的工业控制领域仍占有较大的市场。勘工专业的学生，学习微机原理与应用课程的主要目的是为了勘探设备的维护和使用，学习51系列机型能够满足该需求。
由于当前新型单片机层出不穷，教学内容不能只局限于51系列，按照简单、实用、新型的原则，Arduino系列也是勘工专业较好的选择。Arduino是以AVR单片机为核心进行的二次开发，起源于2005年，其设计的初衷就是为了方便一些非电子工程专业的学生做开发用，具有开源、廉价、简单易懂的特性，它可以和LED、点阵显示板、电机、各类传感器、按钮、网卡等各类可以输出输入数据或被控制的东西连接，在互联网上各种案例、资料可以帮助用户迅速制作电子设备[3]。
综合考虑勘工专业课程设置的要求及学习微机原理与应用课程的目的，选择51系列单片机作为本课程主修机型，Arduino系列作为辅修机型。
2 根据学生基础，确定教学重点
教学重点，应该根据学生的基础来制定。勘工专业在开设本课程之前，在硬件方面，学习过电路与电子技术基础课程，对数字电子技术有一定的了解，本课程应该以接口电路为硬件教学重点，主要介绍存储器结构、定时器和计数器、中断、串口、AD和DA转换器、键盘和显示接口电路;在软件方面，学习过C语言，具备基本的编程能力，本课程应该以单片机C语言为软件教学重点，这比让学生重新学习汇编语言具有更高的效率，学生不必记忆汇编指令集，且对于相似的设计，还有丰富的开源代码可以移植，对于以应用为主的勘工专业学生来讲，这无疑是最合适的选择。
3 突出课程实用性，合理分配学时
该课程包括原理和应用两个方面，原理部分是应用部分的教学基础，但由于勘工专业与微机相关的先导课程开设较少，学生这方面底子薄弱，想通过本课程全面讲清楚原理方面的知识是不可能的[4]。因此，原理教学只能根据学生的基础及学习目的，有选择性地讲解最重要的原理部分，如指令执行过程、定时计数、中断、I/O口通信等。在总学时的分配上偏重于应用，原理部分与应用部分的占比为4：6。由于各种微机机型的原理都是大致相似的，所以原理部分只讲解51系列单片机;应用部分中51系列和Arduino系列各占一半。
三 微机原理与应用课程教学方法改革
1 理论与实践融合的课堂教学方法
传统的理论教学与实践教学一般是分开进行的，也就是在上完理論课后，再安排另外的学时到实验室去做实验。这种教学方法在硬件资源不丰富的情况下，具有更好的可操作性，但却有两个弊端：一是实验室的硬件学生下课后带不走，不利于课后自己操作演练;二是理论课讲解时，学生不能实时跟随演练，在学习兴趣和学习效果上会大打折扣。考虑到当前中国物质经济水平已得到极大丰富，大学生几乎是人人都有笔记本电脑，51单片机开发板和Arduino开发板的价格低廉，配套传感器和各种扩展电路也不贵，可以很方便地在电商平台上购买。完全有条件实现理论与实践融合的课堂教学方法，让单片机开发板走进课堂，老师一边讲一边演示，学生一边学一边实践。 具体实施方法举例说明。以一个班30人为例，将学生分成每3个人一个小组，每个小组上课时必须有一套单片机开发板和一台笔记本电脑。注意，这套开发板最好是规定好型号，由学生分小组自行购买，因为学校购买的教学设备一般都是放在实验室不能带走的，这就大大限制了学生接触单片机的时间，老师也不好布置课后作业。在上课时，比如老师讲解到定时中断的时候，单纯的通过理论讲解很难让学生理解如何设置定时初值以及其特殊功能寄存器。老师这时候可以写一段定时中断程序，实现每0.5秒控制发光二极管明暗状态反转一次，学生则仿照老师的程序进行修改。设置不同的定时方式和定时初值，观察亮灯周期;修改中断允许，观察单片机开发板的反应等等。在这种举一反三的实践过程中，枯燥乏味的理论会变得有趣，且让人印象深刻，极大地提高了学生的学习兴趣和学习效果。
2 在原理教学中巧妙运用讲课技巧
该课程原理部分的讲解比较枯燥，对于初学者来讲，有一定难度。这时作为老师，就要想办法运用各种比喻，加深学生的理解[5]。以讲解89C51为例，在介绍存储器时，因为单片机有数据存储单元和程序存储单元，且二者独立编址，这会造成很多学生的混淆，根本分不清。讲课时，可以让学生虚拟的在脑袋里建立两组柜子：其中一组柜子有256个抽屉，每个抽屉里有8格，最上面的128个抽屉那是专用的，在程序运行时用户不能用来存取数据，最下面的32个抽屉，可以用来做4组寄存器用，但一般只用最底下8个抽屉做寄存器就够了，其他的抽屉可以在程序运行时随意存取数据;另外一组柜子有4096个抽屉，程序入口从0号抽屉开始存储，然后是5级中断跳转的固定抽屉，主程序从第100个抽屉开始存放就可以了。这样一来，抽象复杂的存储单元就变得形象起来，更易于理解。
3 考核方法改革
该课程应用性强，应该采取平时成绩、电子设计和现场考核相结合的方式，评定最终成绩。以笔者本人执教班级的考核为例，班级共分10组，每组布置一道难度系数差不多的电子设计题目，各组学生回去做，哪组最先做出来，该组的基础分最高，依次递降。现场考核则由老师逐组提问学生，要求现场修改设计内容，若能实现，则在该组基础分上加分，否则视情况扣分。当然，这种考核方式主要是针对选修课的，必修课应该还要结合笔试成绩。
四 结语
近两年，为了适应智能油田的发展需要，作者在不增加勘工专业微机原理与应用课程学时、不改变课程性质的情况下，通过对微机原理与应用课程在教学内容和教学方法两方面的改革，大大提升了学生的学习兴趣以及对本课程的掌握程度，也增强了学生在仪器设计方面的能力，有多位学生在大学生创新创业活动中选择仪器设计类的题目，且取得了较好成绩。当然，由于学时有限，学生相关基础知识薄弱，与电子类专业相比，还是有一定差距，后续通过合理规划，增强电子学基础课程，相信勘工专业学生也能有不弱的仪器设计能力，且在专业方法上更具优势。
参考文献：
[1]王利君.智能油田建设中关键技术的研究与应用[J].中国管理信息化，2017， 4（07）：164-167.
[2][4]霍孟友，王岩，朱振杰.工科非电类专业微机原理与应用课程教学改革研究[J].山东工业大学学报（社会科学版），1999（2）：84-86.
[3]戈惠梅，徐曉慧，顾志华，等.基于Arduino的智能避障小车的设计[J].现代电子技术，2014，37（11）：118-120.
[5]鞠阳.电类非计算机专业微机原理及应用课程教学改革探索[J].电化教育研究，2008（16）：163-164.
（责任编辑：姜海晶）