基于Proteus的單片機項目化教學改革研究與實踐

姚健 劉喜雙

引言：單片機在工業控制、智能儀器等方面有著廣泛的應用，單片機課程是應用電子技術及相關專業非常重要的專業課程，課程的理論性和實踐性強，課程難度大，學生不易理解和掌握，學習興趣不高，實踐能力差。將Proteus軟件應用于單片機項目化教學改革，使項目案例直觀、生動，激發學生學習興趣，降低課程難度，提高學生實踐應用能力。

單片機于20世紀70年代問世以來，已被廣泛的應用在工業自動化、自動檢測與控制、智能儀器儀表、家用電器、機電一體化設備、汽車電子等各個方面[1]。因此，單片機是應用電子技術及相關專業非常重要的一門專業課程，但單片機涉及到硬件與軟件兩方面的內容，課程的理論性和實踐性都很強，課程具有較高的難度，對教師和學生的要求都比較高。在單片機課程的教學中，學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，學生學習積極性不高，課程的教學效果不理想，需要對課程進行教學改革。

一、單片機教學中存在的主要問題

單片機課程涉及單片機內部結構、工作原理分析，系統外圍電路設計和軟件程序的編制，雖然在目前的教學中使用了多媒體教學，使單片機內部結構和工作原理更形象、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用案例中，學生缺少感性認知，對理論知識的理解和應用有較大難度，學生學習的積極性不高。實踐教學方面，通常的教學模式是在理論知識講授完成后安排相應的實驗課，理論與實驗之間存在較大的時間間隔，實驗時學生對相關的理論知識已經遺忘，需要教師將理論課內容重復講述一遍，占用了較長的實驗時間，學生實際操作的時間有限，實驗方式主要是學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構相對固化，實驗中硬件電路的設計主要就是學生按照原理圖進行按線，缺少實際應用的訓練，而且能夠完成的實驗項目有限，開放性差[2]。而且由于實驗設備和場地的限制，往往是3～4名學生共用一套實驗設備，平均每個學生動手操作的機會有限，而且個別學生還存在渾水摸魚的現象。學生的實踐應用能力差，不能獨立完成簡單的單片機應用系統的設計與制作。

針對上述單片機課程教學中存在的主要問題，結合高職院校學生培養目標和學生特點，對單片機課程進行項目化教學改革，以激發學生學習興趣，切實有效地提高學生知識接受能力和實踐動手能力，提高課堂教學效果。

二、單片機課程項目化教學改革

采用按項目重構課程內容，以實例組織單元教學的形式重組教學內容。項目化教學打破了傳統的強調知識體系結構，以知識點為序編排教學內容的做法，用項目分解知識點，以產品制作為載體，將單片機應用系統設計所需要的基本知識和基本技能穿插在每個任務的完成過程中進行講解，每一個任務只講解完成本任務所需要的基本知識、基本方法和基本技能，將知識化整為零，降低課程的學習難度。同時項目化教學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，更易于學生理解和掌握，激發學生的學習興趣，還可以提高學生的實踐應用能力。但是在進行項目化教學改革的過程中，除了要精心設置各項目教學內容，優選與生產實際密切相關的實踐操作案例，還要建立與項目內容配套的實踐操作平臺，否則項目化教學改革就只是空中樓閣。

三、Proteus在單片機項目化教學中的應用

Proteus軟件是英國Labcenter公司推出的一款單片機開發平臺，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，實現單片機系統的軟、硬件協同設計。將Proteus軟件應用于單片機項目化教學改革中，教師可以在多媒體教室，不需要硬件開發環境的條件下，進行課程的項目化教學，演示項目案例的設計過程，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，使學生對于單片機的工作原理及系統的開發與設計過程有更深入的理解，增強學生的實踐應用能力[3]。教學過程直觀、生動，可以極大的激發學生學習興趣，提高學生課堂的參與度。而且Proteus軟件界面友好，操作方便，教師在課堂教學過程中可以靈活方便的對系統線路和程序進行修改與調試，擴展課程的知識、方法和技能，提高課堂教學效率。下面以數碼管動態掃描顯示為例，介紹Proteus軟件在課堂教學中的應用。

首先進行硬件電路設計，從原件庫中選取元器件，進行連線，將硬件電路設計好，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 動態掃描顯示電路設計及仿真效果

然后根據硬件電路在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、時間和實驗設備的限制，學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，教師可以安排設計性和綜合性實驗項目，讓學生在課后進行操作練習，不但可以加強學生的實踐應用能力，還可以培養學生的自學能力[4]。

四、結束語

將Proteus仿真軟件應用于單片機課程的項目化教學改革之中，可以使教學案例直觀、形象，不但可以激發學生的學習興趣，有效降低課程的理解難度，還可以培養學生的實踐應用能力。教學實踐表明，Proteus軟件在單片機課程教學改革中發揮了重要作用，取得了較好的教學效果。

參考文獻

[1]楊鎮博，張加宏.Proteus軟件在單片機教學改革中的應用[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改革[J].遼寧高職學報.2014（10）.

[3]張琳芳.基于Proteus技術的單片機教學改革研究[J].河南工程學院學報（自然科學版）.2014（6）.

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

（作者單位：浙江工貿職業技術學院）

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研究。單位：浙江工貿職業技術學院，電子工程系。