勘工專業(yè)微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革研究

胡少兵　鄧瑞　趙振龍

[摘 要] 微機(jī)原理與應(yīng)用是勘查技術(shù)與工程專業(yè)的選修課程，隨著智能油田的興起，該課程對(duì)專業(yè)的重要性與日俱增，現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)節(jié)已經(jīng)不適應(yīng)專業(yè)發(fā)展需求，為此，本文從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面探討了針對(duì)本課程的教學(xué)改革。

[關(guān)鍵詞] 微機(jī)原理;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法;教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)]? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 1008-2549（2019） 11-0091-02

一 智能油田背景下勘工專業(yè)微機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)中存在的問(wèn)題

所謂智能油田，是指借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)和專業(yè)技術(shù)，全面感知油田動(dòng)態(tài)，自動(dòng)操控油田行為，預(yù)測(cè)油田變化趨勢(shì)，科學(xué)輔助油田決策，實(shí)現(xiàn)智能化管理的油田。智能油田的建設(shè)是當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)油田發(fā)展的大趨勢(shì)，而油氣勘探的智能化是智能油田建設(shè)的重要一環(huán)[1]。

我?？辈榧夹g(shù)與工程專業(yè)（簡(jiǎn)稱勘工專業(yè)）歷來(lái)是為油氣勘探培養(yǎng)人才的，智能油田的興起，對(duì)該專業(yè)人才的微機(jī)控制應(yīng)用能力提出了新的要求。目前，該專業(yè)雖然開(kāi)設(shè)了微機(jī)原理與應(yīng)用的選修課，但不管從課程的教學(xué)大綱設(shè)置，還是從學(xué)時(shí)的安排上都沒(méi)有得到足夠的重視，泛泛的教學(xué)方法更沒(méi)有達(dá)到該課程的教學(xué)目的，再加上該專業(yè)學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)數(shù)字電子技術(shù)等與微機(jī)原理相關(guān)的基礎(chǔ)課程，使得該課程成為老師最難講、學(xué)生最難學(xué)的課程之一[2]。

考慮到勘工專業(yè)的主要學(xué)習(xí)任務(wù)還是其專業(yè)課程，不可能劃撥更多的學(xué)時(shí)來(lái)學(xué)習(xí)微機(jī)原理和其先導(dǎo)課程。因此，只有通過(guò)教學(xué)改革，選擇最實(shí)用的教學(xué)內(nèi)容，采取最行之有效的教學(xué)方法，深挖課堂潛力，才能解決該課程教學(xué)中的問(wèn)題，為智能化油氣勘探培養(yǎng)更優(yōu)秀的人才。

二 微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容改革

1 針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)，選擇教學(xué)機(jī)型

按照以前勘工專業(yè)的教學(xué)大綱設(shè)定，微機(jī)原理與應(yīng)用課程以講授16位的8086或32位的80x86為主。從學(xué)習(xí)難度來(lái)看，勘工專業(yè)的學(xué)生，并沒(méi)有學(xué)習(xí)電路基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)等先導(dǎo)課程，86系列機(jī)型的原理結(jié)構(gòu)對(duì)他們來(lái)說(shuō)過(guò)于復(fù)雜，基本從第一章的微處理器結(jié)構(gòu)開(kāi)始，學(xué)生就迷失于南橋北橋和大量的總線分類中，接下來(lái)的匯編指令系統(tǒng)，更是高深莫測(cè)。很快，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)信心就會(huì)消失殆盡，老師的教學(xué)激情也會(huì)被學(xué)生的茫然逐漸磨滅。從實(shí)用性來(lái)看，80x86也早已不適合給非電類專業(yè)的學(xué)生做硬件上的開(kāi)發(fā)，雖然現(xiàn)在的個(gè)人電腦還有PCI插槽可供擴(kuò)展，但用它的非專業(yè)人士很少。一般來(lái)講，現(xiàn)在個(gè)人電腦的應(yīng)用，主要是利用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用軟件，當(dāng)需要采集數(shù)據(jù)或是控制外設(shè)時(shí)，只要調(diào)用接口或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控件即可完成。因此，86系列機(jī)型對(duì)于勘工專業(yè)的學(xué)生來(lái)講，既復(fù)雜又不實(shí)用，完全不適合教學(xué)。

另一種比較流行的教學(xué)機(jī)型是8位的MCS-51系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)原理和結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，且在目前的工業(yè)控制領(lǐng)域仍占有較大的市場(chǎng)。勘工專業(yè)的學(xué)生，學(xué)習(xí)微機(jī)原理與應(yīng)用課程的主要目的是為了勘探設(shè)備的維護(hù)和使用，學(xué)習(xí)51系列機(jī)型能夠滿足該需求。

由于當(dāng)前新型單片機(jī)層出不窮，教學(xué)內(nèi)容不能只局限于51系列，按照簡(jiǎn)單、實(shí)用、新型的原則，Arduino系列也是勘工專業(yè)較好的選擇。Arduino是以AVR單片機(jī)為核心進(jìn)行的二次開(kāi)發(fā)，起源于2005年，其設(shè)計(jì)的初衷就是為了方便一些非電子工程專業(yè)的學(xué)生做開(kāi)發(fā)用，具有開(kāi)源、廉價(jià)、簡(jiǎn)單易懂的特性，它可以和LED、點(diǎn)陣顯示板、電機(jī)、各類傳感器、按鈕、網(wǎng)卡等各類可以輸出輸入數(shù)據(jù)或被控制的東西連接，在互聯(lián)網(wǎng)上各種案例、資料可以幫助用戶迅速制作電子設(shè)備[3]。

綜合考慮勘工專業(yè)課程設(shè)置的要求及學(xué)習(xí)微機(jī)原理與應(yīng)用課程的目的，選擇51系列單片機(jī)作為本課程主修機(jī)型，Arduino系列作為輔修機(jī)型。

2 根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)，確定教學(xué)重點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)來(lái)制定?？惫I(yè)在開(kāi)設(shè)本課程之前，在硬件方面，學(xué)習(xí)過(guò)電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)有一定的了解，本課程應(yīng)該以接口電路為硬件教學(xué)重點(diǎn)，主要介紹存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器、中斷、串口、AD和DA轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)和顯示接口電路;在軟件方面，學(xué)習(xí)過(guò)C語(yǔ)言，具備基本的編程能力，本課程應(yīng)該以單片機(jī)C語(yǔ)言為軟件教學(xué)重點(diǎn)，這比讓學(xué)生重新學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言具有更高的效率，學(xué)生不必記憶匯編指令集，且對(duì)于相似的設(shè)計(jì)，還有豐富的開(kāi)源代碼可以移植，對(duì)于以應(yīng)用為主的勘工專業(yè)學(xué)生來(lái)講，這無(wú)疑是最合適的選擇。

3 突出課程實(shí)用性，合理分配學(xué)時(shí)

該課程包括原理和應(yīng)用兩個(gè)方面，原理部分是應(yīng)用部分的教學(xué)基礎(chǔ)，但由于勘工專業(yè)與微機(jī)相關(guān)的先導(dǎo)課程開(kāi)設(shè)較少，學(xué)生這方面底子薄弱，想通過(guò)本課程全面講清楚原理方面的知識(shí)是不可能的[4]。因此，原理教學(xué)只能根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)目的，有選擇性地講解最重要的原理部分，如指令執(zhí)行過(guò)程、定時(shí)計(jì)數(shù)、中斷、I/O口通信等。在總學(xué)時(shí)的分配上偏重于應(yīng)用，原理部分與應(yīng)用部分的占比為4：6。由于各種微機(jī)機(jī)型的原理都是大致相似的，所以原理部分只講解51系列單片機(jī);應(yīng)用部分中51系列和Arduino系列各占一半。

三 微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)方法改革

1 理論與實(shí)踐融合的課堂教學(xué)方法

傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)一般是分開(kāi)進(jìn)行的，也就是在上完理論課后，再安排另外的學(xué)時(shí)到實(shí)驗(yàn)室去做實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)方法在硬件資源不豐富的情況下，具有更好的可操作性，但卻有兩個(gè)弊端：一是實(shí)驗(yàn)室的硬件學(xué)生下課后帶不走，不利于課后自己操作演練;二是理論課講解時(shí)，學(xué)生不能實(shí)時(shí)跟隨演練，在學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果上會(huì)大打折扣?？紤]到當(dāng)前中國(guó)物質(zhì)經(jīng)濟(jì)水平已得到極大豐富，大學(xué)生幾乎是人人都有筆記本電腦，51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和Arduino開(kāi)發(fā)板的價(jià)格低廉，配套傳感器和各種擴(kuò)展電路也不貴，可以很方便地在電商平臺(tái)上購(gòu)買(mǎi)。完全有條件實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐融合的課堂教學(xué)方法，讓單片機(jī)開(kāi)發(fā)板走進(jìn)課堂，老師一邊講一邊演示，學(xué)生一邊學(xué)一邊實(shí)踐。

具體實(shí)施方法舉例說(shuō)明。以一個(gè)班30人為例，將學(xué)生分成每3個(gè)人一個(gè)小組，每個(gè)小組上課時(shí)必須有一套單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和一臺(tái)筆記本電腦。注意，這套開(kāi)發(fā)板最好是規(guī)定好型號(hào)，由學(xué)生分小組自行購(gòu)買(mǎi)，因?yàn)閷W(xué)校購(gòu)買(mǎi)的教學(xué)設(shè)備一般都是放在實(shí)驗(yàn)室不能帶走的，這就大大限制了學(xué)生接觸單片機(jī)的時(shí)間，老師也不好布置課后作業(yè)。在上課時(shí)，比如老師講解到定時(shí)中斷的時(shí)候，單純的通過(guò)理論講解很難讓學(xué)生理解如何設(shè)置定時(shí)初值以及其特殊功能寄存器。老師這時(shí)候可以寫(xiě)一段定時(shí)中斷程序，實(shí)現(xiàn)每0.5秒控制發(fā)光二極管明暗狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次，學(xué)生則仿照老師的程序進(jìn)行修改。設(shè)置不同的定時(shí)方式和定時(shí)初值，觀察亮燈周期;修改中斷允許，觀察單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的反應(yīng)等等。在這種舉一反三的實(shí)踐過(guò)程中，枯燥乏味的理論會(huì)變得有趣，且讓人印象深刻，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

2 在原理教學(xué)中巧妙運(yùn)用講課技巧

該課程原理部分的講解比較枯燥，對(duì)于初學(xué)者來(lái)講，有一定難度。這時(shí)作為老師，就要想辦法運(yùn)用各種比喻，加深學(xué)生的理解[5]。以講解89C51為例，在介紹存儲(chǔ)器時(shí)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和程序存儲(chǔ)單元，且二者獨(dú)立編址，這會(huì)造成很多學(xué)生的混淆，根本分不清。講課時(shí)，可以讓學(xué)生虛擬的在腦袋里建立兩組柜子：其中一組柜子有256個(gè)抽屜，每個(gè)抽屜里有8格，最上面的128個(gè)抽屜那是專用的，在程序運(yùn)行時(shí)用戶不能用來(lái)存取數(shù)據(jù)，最下面的32個(gè)抽屜，可以用來(lái)做4組寄存器用，但一般只用最底下8個(gè)抽屜做寄存器就夠了，其他的抽屜可以在程序運(yùn)行時(shí)隨意存取數(shù)據(jù);另外一組柜子有4096個(gè)抽屜，程序入口從0號(hào)抽屜開(kāi)始存儲(chǔ)，然后是5級(jí)中斷跳轉(zhuǎn)的固定抽屜，主程序從第100個(gè)抽屜開(kāi)始存放就可以了。這樣一來(lái)，抽象復(fù)雜的存儲(chǔ)單元就變得形象起來(lái)，更易于理解。

3 考核方法改革

該課程應(yīng)用性強(qiáng)，應(yīng)該采取平時(shí)成績(jī)、電子設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)考核相結(jié)合的方式，評(píng)定最終成績(jī)。以筆者本人執(zhí)教班級(jí)的考核為例，班級(jí)共分10組，每組布置一道難度系數(shù)差不多的電子設(shè)計(jì)題目，各組學(xué)生回去做，哪組最先做出來(lái)，該組的基礎(chǔ)分最高，依次遞降?，F(xiàn)場(chǎng)考核則由老師逐組提問(wèn)學(xué)生，要求現(xiàn)場(chǎng)修改設(shè)計(jì)內(nèi)容，若能實(shí)現(xiàn)，則在該組基礎(chǔ)分上加分，否則視情況扣分。當(dāng)然，這種考核方式主要是針對(duì)選修課的，必修課應(yīng)該還要結(jié)合筆試成績(jī)。

四 結(jié)語(yǔ)

近兩年，為了適應(yīng)智能油田的發(fā)展需要，作者在不增加勘工專業(yè)微機(jī)原理與應(yīng)用課程學(xué)時(shí)、不改變課程性質(zhì)的情況下，通過(guò)對(duì)微機(jī)原理與應(yīng)用課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩方面的改革，大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及對(duì)本課程的掌握程度，也增強(qiáng)了學(xué)生在儀器設(shè)計(jì)方面的能力，有多位學(xué)生在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中選擇儀器設(shè)計(jì)類的題目，且取得了較好成績(jī)。當(dāng)然，由于學(xué)時(shí)有限，學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，與電子類專業(yè)相比，還是有一定差距，后續(xù)通過(guò)合理規(guī)劃，增強(qiáng)電子學(xué)基礎(chǔ)課程，相信勘工專業(yè)學(xué)生也能有不弱的儀器設(shè)計(jì)能力，且在專業(yè)方法上更具優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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[5]鞠陽(yáng).電類非計(jì)算機(jī)專業(yè)微機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革探索[J].電化教育研究，2008（16）：163-164.

（責(zé)任編輯：姜海晶）