基于Proteus仿真軟件的《單片機原理與應用》課程教學改革探索

謝斌

【摘要】目前，中職學校單片機原理與應用課程課堂教學由于實驗儀器設備不足、損耗率高、實驗參數更改不易，導致實驗開出率低，學生很難自主進行探究實驗，學習積極性低，創新能力和自主學習能力得不到培養。本文嘗試采用仿真軟件輔助教學，探索新的實驗組織形式，激發學生學習興趣，以期培養學生的自主學習能力和創新能力，并給出了相應的教學設計案例。

【關鍵詞】仿真軟件自主學習創新能力單片機實驗

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）06-0228-02

一、傳統的教學方法存在的不足

傳統的實驗教學模式是教師事先準備好實驗課題和實驗步驟，課上教師先講解、示范實驗內容，然后由學生按照實驗步驟進行操作。在這種教學模式下，學生按照課本上的實驗步驟機械地操作，沒有自己的創新。就算有部分學生想嘗試采用不同方法進行實驗，也往往因為修改電路參數、更換檢測儀器設備的不易和高安全風險而無法進行。在這種傳統的實驗教學模式下，學生被動的學習，學習積極性不高，教學效果差，不利于培養學生的自主學習能力和創新能力。

二、Proteus仿真軟件輔助教學的優點

1.可以激發學生學習興趣，提高教學質量

Proteus仿真軟件具有很強的視覺沖擊力和可操作性，可以為使用者提供視覺、聽覺等方面的刺激，這種體驗使學生在學習過程中容易對所學內容產生濃厚興趣，教師在課堂進行仿真實驗演示時，可以展示各種不同的現象，吸引學生的注意力。實踐證明，采用Proteus仿真軟件輔助教學，學生的學習積極性有明顯提高，甚至一些基礎差的學生也能在一段時間內保持他們的注意力。

2.有利于培養學生的自主學習能力和創新能力

Proteus仿真軟件在修改元器件參數、更換儀器和搭建電路上方便、快捷、安全，在實驗過程中，學生可以按照個人的理解繪制實驗電路，還可以根據需要，隨時更改電路結構，使用各種儀器觀測結果。學生在完成規定的相關技能訓練后，還可以進行小組合作完成擴展練習，組內學生分工合作，提出各種假設，然后利用仿真軟件在短時間內進行各種假設實驗，最終完成擴展練習任務。這種基于虛擬仿真技術的教學模式，能夠激發學生的學習興趣和培養學生的創新能力，幫助學生樹立信心，養成良好的學習習慣，發展自主學習的能力，形成有效的學習策略。

三、仿真軟件輔助教學流程

四、仿真軟件輔助單片機教學實例

由于Proteus仿真軟件在搭建電路上的方便快捷，老師和學生能夠在很短的時間內完成相關技能訓練的教學活動，將節省下來的時間讓學生自己制定計劃、分工合作進行擴展練習。下面是仿真軟件在“LED閃爍警示電路制作”課題中的應用實例。

1.設計問題情境

客戶（甲方）：為防止有員工誤入危險生產車間，我公司擬在危險生產車間門口設置一個LED閃爍警示電路，要求警示電路為紅色LED閃爍顯示，1秒鐘閃爍一次，能長時間穩定運行，請貴公司盡快著手安排人員前來設計安裝。

某公司技術部門（乙方）經理：經研究，我方決定采用單片機控制紅色LED閃爍顯示，以實現客戶要求。

2.相關技能訓練

（1）程序分析和目標代碼的生成。這個環節的重點在分析延時程序的編寫原理,讓學生掌握延時程序的編寫。

#include//頭文件

#define uint unsigned int//宏定義

sbit D1=P1^0; //聲明單片機P1口的第一位

void delay(uint z); //聲明子函數

void main()

{

while(1) //大循環

{

D1=0;//點亮第一個發光二極管

delay(500);//延時500毫秒

D1=1;//關閉第一個發光二極管

delay(500);//延時500毫秒

}

}

void delay(uint z) //延時子程序延時約z毫秒

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

（2）LED閃爍警示電路繪制。這個環節讓學生掌握采用P1口控制LED的電路繪制方法。

（3）仿真運行。這個環節讓學生掌握對硬件電路加載目標代碼以及仿真運行的方法。

3.相關技能鞏固

這個環節讓學生鞏固前面兩個環節中所講授的原理和技能，并提出問題——將R1的阻值改變，觀察發光二級管亮度變化情況，試分析原因。讓學生在掌握基本技能的基礎上，能夠自主的去修改電路參數，觀察實驗現象，探究原因，完成自主學習。

4.擴展練習

本環節的目的在于培養學生的創新改造、獨立分析、綜合決策、團隊協作和與人溝通等能力。基本原則是以學生為主體，教師為主導。

（1）擴展練習內容：客戶（甲方）要求采用單片機P1.2口控制黃色LED燈，黃燈爍時間間隔為2秒。

（2）按學校情況，將學生分成10個小組，每組4人，經過小組內部交流，小組成員對客戶要求有一定認識，然后進行分工。教師負責全面統籌，化解分工時產生的一些矛盾。

（3）各小組集體討論，得出實施決策，組織制定工作計劃，合理安排工作步驟。小組成員根據自身技能操作水平和理論基礎，結合實習情境，制定工作實施計劃。教師查看各小組計劃，給出建議，指導各組對其計劃進行完善。

（4）學生圍繞各自負責項目，進行自主學習，完成負責項目。教師監督各組內交流合作情況，對各小組活動進程進行追蹤，及時解決小組遇到的問題。

5.工作崗位“6S”處理

各小組完成任務后，關閉計算機電源，小組成員對本工作崗位進行“整理、整頓、清掃、清潔、安全、素養”處理，確保各項設備處于最佳工作狀態。

實踐表明，將Proteus仿真軟件引入到單片機原理與應用課堂中來，利用Proteus仿真軟件龐大的元器件庫和使用的方便、快捷、安全的特點，創設“情境性問題”激發學生探究的興趣和動機，能增強學生對單片機原理的感性認識，加深對單片機程序的理解，切實提高學生對單片機原理的應用水平。

參考文獻：

[l]《基于C語言的單片機應用技術與Proteus仿真》，楊黎主編，中南大學出版社，2012年8 月版。

[2]《單片機應用與接口技術》，周堅主編，機械工業出版社，2011年8月版。

[3]《單片機應用項目教程》，金杰主編，電子工業出版社，2009年12月版。

[4]《單片機輕松入門》，周堅主編，北京航空航天大學出版社，2006年3月版。