孟娟 李亚南 石星星

摘 要：以工程教育认证为契机，结合地震行业工程实践人才培养目标，进行了OBE理念下的“微机原理与应用”课程教学改革探索，包括优选地震行业特色应用案例驱动理论教学，设置分层级的微机系统软硬件开发实验，综合emu8086、proteus等多种平台及雨课堂丰富教学手段。该教学方式对提高学生的微机系统工程实践能力有较好的促进作用。

关键词：OBE;微机原理;教学改革;工程教育认证

中图分类号：G424 文献标识码：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

“微機原理与应用”课程是本科类院校测控、通信、电子信息类专业一门传统且重要的专业基础课，课程旨在使学生具备微机应用系统分析与软硬件协同开发的能力，为从事微机测量与控制仪器和系统研发工作奠定技术基础。随着微处理器技术的不断发展，微机系统已经广泛渗透到人们生活中，从各种日常家电到工业生产，甚至是航空航天控制，微机系统的应用场景与市场需求不断扩大，这也给从事微机测控仪表与系统开发的相关专业人才提出了更高的能力要求。对于行业特色院校及特色专业，如何既紧跟技术前沿触角，又满足行业与专业发展的特色需求进行“微机原理与应用”课程改革，是许多高校当下思考的问题[1-2]。

另一方面，为适应我国经济发展需要和国际标准的工程技术人才需求，很多高校把通过工程教育专业认证当成提高教育质量和人才培养水平的重要手段。以成果为导向的教育模式，即OBE（Outcome-based Education），是工程教育认证的基本理念，不少高校也积极探索OBE理念下的人才培养和课程教学改革方法[3]。

1 传统微机原理教学在地震行业人才培养上的不足

传统“微机原理与应用”课程教学内容包括Intel 80x86系列CPU为核心的微机系统结构、指令系统、汇编语言程序设计及常用接口技术，强化接口设计和综合应用能力培养。教学以集中理论讲授和小型试验并行方式进行，且实验大多为验证实验，学生在实验过程中只是按照实验指导书步骤进行，忽略了理论与实践间的内在联系，无法培养学生以系统思想进行设计的能力，不利于学生创新和工程能力的提高，且传统教学模式无法充分调动学生的学习积极性，不便于实时进行教学反馈与改进，不利于学生的培养。因此不少高校积极探索OBE模式下“微机原理与应用”课程教学改革[4-7]，为基于OBE模式进行“微机原理与应用”的创新教学提供了有效参考。但这些教学改革的是通用课程的改革探索，行业特色不明显，课程改革与行业实际应用需求结合不够紧密。

防灾科技学院是一所特色鲜明的地震行业院校，“微机原理与应用”是本校测控专业的一门重要专业基础课，为仪器研发设计奠定技术基础。但传统“微机原理与应用”教学内容强调学科体系的系统性和完整性，地震行业特色不明显，对提升学生地震行业微机系统的专业知识和技能作用欠明确，缺少针对地震行业特色的教学案例，不能满足新时代人才培养的要求，且其他高校改革经验无法直接移植到本校“微机原理与应用”课程教学来。

因此结合防震减灾与地震行业人才培养及测控专业工程教育认证的实际需求，以提高学生的综合素质和工程创新能力为目标，紧跟地震行业测控仪器系统技术发展，对“微机原理与应用”课程进行OBE理念下的教学改革探索，培养学生微机系统软硬件设计与开发所必备的能力非常有必要。

2 面向地震行业凸显特色的微机原理课程教学改革

基于地震行业微机测控系统软硬件设计与开发需求，以工程教育认证OBE理念为引导，从课程内容、教学手段和考核方法上多管齐下，进行“微机原理与应用”课程改革探索，包括以地震行业微机和接口技术应用案例为牵引，优化理论课程知识体系;设置以解决实际问题为导向、分层级的地震行业微机系统实验项目;依托emu8086和proteus平台及雨课堂信息化手段，实时掌握学生学习情况并进行改进，构建“卷面考核+”的多元化考核评价方式，使学生可以将微机原理技术与地震行业应用相结合，有效提升其面向应用的综合素质及实践创新能力。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1

2.1 教学内容改革

2.1.1 优选地震特色的微机和接口技术应用项目，案例驱动理论教学

理论教学方面，在保持传统的以章节为主线的授课模式的前提下，确保原有的强化接口设计和综合应用能力培养，并以提高学生学习成果为目标，通过反复研究，优选了地震行业相关的微机和接口技术应用典型案例和项目，以案例驱动课程理论知识的传授。在案例学习中引导学生从解决系统软硬件设计问题出发学习课程内容，并综合应用所学专业知识，对所涉及的关键技术问题进行研究，从而锻炼学生分析问题、思考问题、解决问题的能力。

如在讲授微机系统基础知识时，传统教学的微机技术应用主要集中在工业控制、传统仪器仪表、家电产品等领域，为让学生对具有地震特色的微机技术应用有更加感性的认识，授课过程中增加了多个地震监测领域微机系统的组成与应用案例，主要介绍微机作为地震监测系统的控制核心，协调管理采集、数据处理、分析等各子系统，并介绍目前地震监测领域主流微机系统性能指标与功能，让学生对地震监测微机系统及应用有清晰了解。

在讲授8253定时计数器时，以地震探勘中常用的地震计时仪为案例，介绍地震计时仪的工作原理并进行系统方案设计，再结合电路设计讲解8253的应用和编程方法，并编程实现基于8253定时器的地震计时仪，使学生在实际项目设计完成过程中更好地掌握8253的使用方法和难点。

在讲授8259中断控制器时，以地震计正弦标定信号发生器为案例，从地震计标定的原理到标定正弦信号的参数指标，再到电路设计到系统开发，全流程地讲解与演示利用8259A中断控制器产生中断并显示输出波形的方法，让学生可以直观通过参数调节设计满足不同参数要求的标定信号。通过工程项目让学生除了掌握本门课程内容，还融合电路与PCB设计知识，提高综合能力。

2.1.2 分层级的微机系统软硬件开发实验项目设置

实践教学方面，传统的微机原理实验教学课时少，且实验大多为小型的验证性实验，不利于学生综合能力的锻炼与提高。针对以上问题，改变传统面向简单示例的实验教学，设置分层级满足不同能力水平学生学习需求的地震行业微机系统软硬件开发实验项目，提高学生的工程实践能力，引导学生进行系统方案设计，并采用工程化的方式进行系统软硬件开发，实现从理论到实践的融合。

如综合并行接口、A/D和D/A转换内容，提出基于8086CPU的地震数据采集系统设计需求，引导学生从解决系统软硬件设计问题出发，综合应用电路、PCB设计、“微机原理与应用”课程所学专业知识，完成数据采集电路的设计与软件编程。将试验任务分为基础级、提高级和创新级，其中基础级要求100%的学生独立完成，提高级要求70%左右学生完成。而创新级不做强制要求，需要学生综合“PCB设计”“电路”等其他专业课程的知识。对有能力的学生引导其设计出系统硬件PCB，并对所涉及的关键技术问题进行研究，从而提升学生解决复杂工程问题的能力。最终有30%左右的学生完成，且实验效果不错，学生也表现出了极大的学习热情和自信心。

2.2 教学手段创新

2.2.1 综合emu8086、proteus等多种平台，丰富教學手段

为了让学生能更直观地理解和掌握课程知识，在学习微机指令系统时，通过emu8086仿真平台演示各指令的作用和效果，结合仿真结果的观察和原理讲解，能更深入理解各指令的使用。在讲授微机接口应用技术时，结合微机测控系统案例，通过emu8086与proteus的结合，将案例的设计原理和编程实现过程进行演示，将涉及的知识进行融合讲解，加深学生对指令和接口应用技术的理解，提升课堂教学效果。对有学习能力的学生，引导其利用Multisum、Altium design等软件完成所涉及系统的硬件电路设计，提高学生综合素质和工程实践能力。

2.2.2 雨课堂实时教学改进

由于课程内容多、难度大，传统的讲授方法学生难以一次性消化较多知识点，从而打击其自信心，最终导致学习热情大幅下降。以学生学习成果为导向，利用雨课堂将课前、课中、课后的教与学及互动完美融合起来。课前发布一些待讲授知识点的学习小视频，激活学生自学意识和学习热情。结合学生的预习情况，在上课时可以针对课前不好理解的重点和难点再次强调，并结合一些小测验实时检测学习效果。实时根据学习过程中的问题进行教学反思，并有针对性地改善教与学上的不足，从而提升教学质量。

2.3 课程考核优化

在传统考核方式不能满足OBE教学的情况下，探讨了贯穿整个教学过程的多元化考核机制，从考核形式、考核内容、成绩分配等方面进行优化，构建了“卷面考核+”多元化考核方式。设定平时成绩占50%，不仅参考出勤、实验报告和作业，还利用雨课堂的互动教学功能进行学习过程的全面衡量。期末成绩占50%，主要通过闭卷考试检验学生知识掌握和应用的程度，并设置了地震前兆监测之等精度频率计设计的课程大作业，让教师对学生自主学习、分析解决问题、创新、小组间协作能力、完成质量等多方面进行综合考核，以正确评估学生的学习效果。

3 教学效果

经过一轮的教学实践，面向地震特色的“微机原理与应用”向学生全面展示了在地震仪表系统设计中微机技术应用的相关知识点，并且通过实验项目充分锻炼了学生的动手能力，而分层级的实验项目也能满足不同层次学生的需求，得到了学生的肯定，激发了他们的学习兴趣。从卷面成绩来看，本届学生得分比传统教学方法的平均成绩高8分，且课程大作业答辩时，学生能很好地掌握设计原理并进行编程实现，综合能力有较好的提升。教学效果令人鼓舞，也为学生将来进行创新设计、毕业设计等奠定了基础，对提高学生微机系统应用能力有较好的促进作用。在接下来的“微机原理与应用”教学中，将继续以成果为导向，优化地震行业特色案例，并设置课程内容有关的开放实验，让有能力、有兴趣的学生能进一步遨游在微机应用技术的海洋，提高其工程实践能力，为将来继续深造或者走上工作岗位奠定扎实的技术基础。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1

结语

基于“微机原理与应用”课程综合性、实践性强的特点，结合本院防灾减灾特色人才培养目标及工程教育认证实际需求，进行了基于OBE为导向的课程教学改革，包括优选地震特色的微机和接口技术应用案例，以案例结合理论知识点进行讲解学习;在实践教学上，设置分层级、紧密结合行业应用需求的实践项目，满足不同学习能力的学生，也能激发其学习热情;利用emu8086、proteus平台创新教学方法和手段，帮助学生理解掌握重点难点，科学设置考核方式等。课程教学效果较好，能提升学生的微机应用与设计能力，学生的卷面成绩和最终成绩都有较大幅度提升，提高了学生的综合素质，课程改革方法可为其他行业特色院校的“微机原理与应用”课程改革提供一定的思路和参考。

参考文献：

[1]马千里，乐洋，胡栋，王俊，胡晓飞.生物医学工程专業微机原理课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2015（50）：87-88.

[2]曹波伟，卢虹冰，袁娟丽，袁方，张国鹏.基于SPOC模式的军事医科类《微机原理与接口技术》课程教学探讨[J].医疗卫生装备，2017，38（05）：152-155.

[3]蒋贤维.工程教育认证理念在我院人才培养中的探索实践[J].高教学刊，2020（34）：131-133+137.

[4]刘震宇，赖峻，文元美，刘立程.基于OBE理念的微处理器课程群的教学改革[J].教育现代化，2019，6（45）：34-36.

[5]周子昂，徐坤，贺娅莉.新工科背景下基于OBE理念的嵌入式系统课程群研究与实践[J].周口师范学院学报，2019，36（05）：53-56.

[6]许雪林，蔡文培，杨腾.成果导向教育理念下的8086微机原理课程教学改革[J].计算机教育，2020（07）：152-156.

[7]郑宁，王毅，张臻.OBE模式背景下微机原理与接口技术课程教学的改革策略[J].科技风，2020（32）：26-27.

基金项目：防灾科技学院教研教改项目（JY2021B11）;教育部新工科研究与实践项目（E-SXWLHXLX20202607）

作者简介：孟娟（1983— ），女，汉族，湖南益阳人，硕士，讲师，研究方向：地震仪器设计与信号处理相关的教学与科研工作。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1