基于Proteus的單片機項目化教學(xué)改革研究與實踐

姚健 劉喜雙

引言：單片機在工業(yè)控制、智能儀器等方面有著廣泛的應(yīng)用，單片機課程是應(yīng)用電子技術(shù)及相關(guān)專業(yè)非常重要的專業(yè)課程，課程的理論性和實踐性強，課程難度大，學(xué)生不易理解和掌握，學(xué)習(xí)興趣不高，實踐能力差。將Proteus軟件應(yīng)用于單片機項目化教學(xué)改革，使項目案例直觀、生動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，降低課程難度，提高學(xué)生實踐應(yīng)用能力。

單片機于20世紀(jì)70年代問世以來，已被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)自動化、自動檢測與控制、智能儀器儀表、家用電器、機電一體化設(shè)備、汽車電子等各個方面[1]。因此，單片機是應(yīng)用電子技術(shù)及相關(guān)專業(yè)非常重要的一門專業(yè)課程，但單片機涉及到硬件與軟件兩方面的內(nèi)容，課程的理論性和實踐性都很強，課程具有較高的難度，對教師和學(xué)生的要求都比較高。在單片機課程的教學(xué)中，學(xué)生通常會感覺理論知識抽象，不易理解和掌握，對于實踐操作無從下手，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，課程的教學(xué)效果不理想，需要對課程進行教學(xué)改革。

一、單片機教學(xué)中存在的主要問題

單片機課程涉及單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理分析，系統(tǒng)外圍電路設(shè)計和軟件程序的編制，雖然在目前的教學(xué)中使用了多媒體教學(xué)，使單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理更形象、具體，擴充了課堂的信息容量，但課程的理論性強，教師如果只是針對理論知識進行分析和講解，而沒有將其融入到具體的應(yīng)用案例中，學(xué)生缺少感性認(rèn)知，對理論知識的理解和應(yīng)用有較大難度，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高。實踐教學(xué)方面，通常的教學(xué)模式是在理論知識講授完成后安排相應(yīng)的實驗課，理論與實驗之間存在較大的時間間隔，實驗時學(xué)生對相關(guān)的理論知識已經(jīng)遺忘，需要教師將理論課內(nèi)容重復(fù)講述一遍，占用了較長的實驗時間，學(xué)生實際操作的時間有限，實驗方式主要是學(xué)生利用實驗箱進行電路連線，通過電腦進行程序編制并下載至單片機運行，由于實驗箱的電路結(jié)構(gòu)相對固化，實驗中硬件電路的設(shè)計主要就是學(xué)生按照原理圖進行按線，缺少實際應(yīng)用的訓(xùn)練，而且能夠完成的實驗項目有限，開放性差[2]。而且由于實驗設(shè)備和場地的限制，往往是3～4名學(xué)生共用一套實驗設(shè)備，平均每個學(xué)生動手操作的機會有限，而且個別學(xué)生還存在渾水摸魚的現(xiàn)象。學(xué)生的實踐應(yīng)用能力差，不能獨立完成簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與制作。

針對上述單片機課程教學(xué)中存在的主要問題，結(jié)合高職院校學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生特點，對單片機課程進行項目化教學(xué)改革，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，切實有效地提高學(xué)生知識接受能力和實踐動手能力，提高課堂教學(xué)效果。

二、單片機課程項目化教學(xué)改革

采用按項目重構(gòu)課程內(nèi)容，以實例組織單元教學(xué)的形式重組教學(xué)內(nèi)容。項目化教學(xué)打破了傳統(tǒng)的強調(diào)知識體系結(jié)構(gòu)，以知識點為序編排教學(xué)內(nèi)容的做法，用項目分解知識點，以產(chǎn)品制作為載體，將單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計所需要的基本知識和基本技能穿插在每個任務(wù)的完成過程中進行講解，每一個任務(wù)只講解完成本任務(wù)所需要的基本知識、基本方法和基本技能，將知識化整為零，降低課程的學(xué)習(xí)難度。同時項目化教學(xué)將理論知識融入到實踐操作之中，使抽象的理論知識具體化、象形化，更易于學(xué)生理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以提高學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。但是在進行項目化教學(xué)改革的過程中，除了要精心設(shè)置各項目教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)選與生產(chǎn)實際密切相關(guān)的實踐操作案例，還要建立與項目內(nèi)容配套的實踐操作平臺，否則項目化教學(xué)改革就只是空中樓閣。

三、Proteus在單片機項目化教學(xué)中的應(yīng)用

Proteus軟件是英國Labcenter公司推出的一款單片機開發(fā)平臺，可以在沒有單片機硬件的條件下，利用計算機進行虛擬仿真，實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的軟、硬件協(xié)同設(shè)計。將Proteus軟件應(yīng)用于單片機項目化教學(xué)改革中，教師可以在多媒體教室，不需要硬件開發(fā)環(huán)境的條件下，進行課程的項目化教學(xué)，演示項目案例的設(shè)計過程，仿真運行效果。如此，教師在課堂上可以邊講、邊進行操作演示，使學(xué)生對于單片機的工作原理及系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計過程有更深入的理解，增強學(xué)生的實踐應(yīng)用能力[3]。教學(xué)過程直觀、生動，可以極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生課堂的參與度。而且Proteus軟件界面友好，操作方便，教師在課堂教學(xué)過程中可以靈活方便的對系統(tǒng)線路和程序進行修改與調(diào)試，擴展課程的知識、方法和技能，提高課堂教學(xué)效率。下面以數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示為例，介紹Proteus軟件在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

首先進行硬件電路設(shè)計，從原件庫中選取元器件，進行連線，將硬件電路設(shè)計好，如圖1所示，其中P1口為段選碼輸出，P2口為位選碼輸出。

圖1 動態(tài)掃描顯示電路設(shè)計及仿真效果

然后根據(jù)硬件電路在Keil軟件中進行程序編制，如圖2所示。通過Keil軟件編譯生成HEX文件，加載到Proteus中進行仿真，運行效果如圖1所示。

圖2 程序代碼

此外，還可以利用Proteus軟件建立虛擬實驗室，可以不受實驗場地、時間和實驗設(shè)備的限制，學(xué)生只要有電腦就可以隨時隨地進行實驗操作，而且對實驗項目沒有限制，教師可以安排設(shè)計性和綜合性實驗項目，讓學(xué)生在課后進行操作練習(xí)，不但可以加強學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力[4]。

四、結(jié)束語

將Proteus仿真軟件應(yīng)用于單片機課程的項目化教學(xué)改革之中，可以使教學(xué)案例直觀、形象，不但可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效降低課程的理解難度，還可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。教學(xué)實踐表明，Proteus軟件在單片機課程教學(xué)改革中發(fā)揮了重要作用，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻

[1]楊鎮(zhèn)博，張加宏.Proteus軟件在單片機教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].科技信息.2013（5）.

[2]莊乾成.基于Proteus仿真的單片機項目化教學(xué)改革[J].遼寧高職學(xué)報.2014（10）.

[3]張琳芳.基于Proteus技術(shù)的單片機教學(xué)改革研究[J].河南工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）.2014（6）.

[4]王京港，張翠平.基于項目驅(qū)動及Proteus仿真的單片機教學(xué)改革探索[J].中國電力教育.2013（22）.

（作者單位：浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

作者簡介

姚健（1981-），女，哈爾濱人，講師，碩士，主要從事電氣工程與自動化教學(xué)研究。

劉喜雙（1977-），男，哈爾濱人，副教授，碩士，主要從事電氣工程與自動化教學(xué)研究。單位：浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，電子工程系。