虛實(shí)結(jié)合的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)改革

田紅霞++呂宏麗

摘要：本文在介紹了單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革措施，論述了利用Proteus和Keil搭建仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，并使其貫穿于單片機(jī)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)；在考核方式上，提出了筆試與實(shí)踐相結(jié)合的考核方式。實(shí)踐表明，在實(shí)際教學(xué)中取得了很好的教學(xué)效果，在培養(yǎng)應(yīng)用型、地方性人才方面取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；Proteus Keil；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）23-0056-02

一、單片機(jī)教學(xué)的整改措施

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是我院建設(shè)的精品課。目前有7個(gè)專業(yè)開(kāi)設(shè)了該門課程。其中機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)及機(jī)電一體化專業(yè)因?yàn)槠湔n程相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)較薄弱，使得學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)效果較差。近年來(lái)為了提高教學(xué)效果采取了以下措施：（1）選取優(yōu)秀教材，結(jié)合前沿技術(shù)講授。（2）CAI與板書相結(jié)合。（3）不斷培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，激勵(lì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)，加強(qiáng)師生課下交流。在課余時(shí)間開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生。（4）加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷更新，兼顧基本訓(xùn)練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。不定期舉辦電子設(shè)計(jì)大賽。

以上各個(gè)措施各有可取之處，但是從教學(xué)效果來(lái)看，并不是最理想的方式。因?yàn)槔碚摵蛯?shí)踐的結(jié)合不能夠完全同步進(jìn)行，而建立課堂虛擬實(shí)驗(yàn)室，把理論課放到實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，則可以解決以上措施存在的教學(xué)效果不理想的現(xiàn)象。在進(jìn)行理論學(xué)習(xí)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上及時(shí)動(dòng)手操作，那么就可以讓學(xué)生從理論、視覺(jué)和觸覺(jué)都同時(shí)接觸到單片機(jī)，可以幫助他們理論結(jié)合實(shí)際地理解單片機(jī)。這樣理論知識(shí)會(huì)更加形象，便于理解和記憶，也能讓學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己對(duì)知識(shí)的掌握程度。因此將理論知識(shí)講授和實(shí)踐融合到一起同時(shí)進(jìn)行才是最佳的教學(xué)安排。依據(jù)單片機(jī)實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)，本文介紹通過(guò)將仿真軟件Proteus和Keil相結(jié)合以仿真的形式把實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)課堂，可以直觀地看到教學(xué)理論結(jié)果，從而最大可能地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。

二、Proteus和Keil搭建仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

采用Proteus仿真軟件和Keil搭建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，不僅可以仿真和觀察單片機(jī)內(nèi)部資源的變化，還能夠在程序調(diào)試過(guò)程中觀察單片機(jī)外圍電路的變化情況，使得硬件電路和軟件程序互動(dòng)起來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)了軟硬件協(xié)同仿真。并且采用Proteus仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服了用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中硬件電路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，是工科學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力中較為重要的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，忽視了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的培養(yǎng)，對(duì)于設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，則很少涉及到。如果采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，則學(xué)生需要購(gòu)置的設(shè)備比較多，增加了他們學(xué)習(xí)和研究的投入。采用仿真軟件后，學(xué)習(xí)的投入變得比較小，而實(shí)際工程問(wèn)題的研究，也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò)，再進(jìn)行硬件的投入，這樣處理，可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，還可以在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)或進(jìn)行大實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，具體地在Proteus中做一個(gè)工程項(xiàng)目，并將其最后移植到一個(gè)具體的硬件電路中，讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐如何結(jié)合起來(lái)，利于學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐過(guò)程的了解和學(xué)習(xí)。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中的應(yīng)用

1.教學(xué)的驗(yàn)證性。該階段主要用于教學(xué)演示，教師通過(guò)將Proteus和Keil建立的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搬到課堂上，將實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)融為一體，從而改進(jìn)教學(xué)效果。另外也讓學(xué)生熟悉Proteus與Keil軟件環(huán)境，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真有感性認(rèn)識(shí)。比如在講授單片機(jī)課程時(shí)，學(xué)生總是不太理解數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示時(shí)當(dāng)刷新頻率過(guò)高或過(guò)低時(shí)，會(huì)回導(dǎo)致怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但在課堂上使用Protues和Keil聯(lián)調(diào)建立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，單片機(jī)教學(xué)中許多抽象的概念都可以以直觀的方式介紹給學(xué)生，這有助于學(xué)生對(duì)各種理論概念的消化吸收。多片數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示效果如圖1所示。

2.教學(xué)的可操作性。該階段主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生用Proteus繪制系統(tǒng)原理圖及用Keil進(jìn)行源程序設(shè)計(jì)的能力。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求、實(shí)驗(yàn)原理圖。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)用Proteus繪制硬件電路圖，按照實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，這樣有助于學(xué)生及時(shí)理解課上所學(xué)內(nèi)容。

3.教學(xué)的創(chuàng)造性。主要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣及學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生科研能力及創(chuàng)新能力。該階段主要與實(shí)訓(xùn)或課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)硬件電路，包括CPU型號(hào)的選擇、元器件型號(hào)的選擇、各參數(shù)的設(shè)置、各部分電路的設(shè)計(jì)及連接等，并繪制Proteus硬件原理圖；根據(jù)硬件功能模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖、各子模塊程序流程圖及源代碼編寫等。軟硬件設(shè)計(jì)完成后，充分利用Proteus與Keil的聯(lián)合仿真功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正硬件電路或程序源碼的錯(cuò)誤。系統(tǒng)仿真成功后，再制作實(shí)物，并比較兩者的異同。比如設(shè)計(jì)題目為“步進(jìn)電機(jī)速度控制”，學(xué)生可以用Proteus設(shè)計(jì)出如圖2所示的原理圖，在Keil軟件編寫程序后，在Proteus環(huán)境仿真運(yùn)行，很直觀地看到控制效果。

四、合理的考核方式

傳統(tǒng)采用閉卷考試的方式，對(duì)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶具有一定的效果，但是不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和探索新知識(shí)的主動(dòng)性。因此，探索合理的考核方式對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性起著非常重要的作用。為此，采取了筆試與實(shí)踐相結(jié)合，并能夠體現(xiàn)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)的多元化的考核方式，以其能夠更加公平、真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。筆試考核成績(jī)占50%與實(shí)踐考核成績(jī)各占40%，平時(shí)成績(jī)占10%。筆試考核重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和記憶能力。實(shí)踐考核既可以選擇仿真實(shí)驗(yàn)也可以選擇實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)，以考查學(xué)生的創(chuàng)造性和動(dòng)手能力。實(shí)踐證明，通過(guò)這種多元化的考核方式，能加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程控制，提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生反映良好，教學(xué)效果很好。

五、結(jié)束語(yǔ)

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是電類相關(guān)專業(yè)一門應(yīng)用面較廣、綜合性實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，起著培養(yǎng)學(xué)生控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和初步工程經(jīng)驗(yàn)的作用。文中提出在教學(xué)過(guò)程引入Proteus仿真軟件和Keil構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室，將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)帶入了學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)，不僅解決了理論教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)難的問(wèn)題，而且使學(xué)生能夠擺脫單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)室，在課余時(shí)間有一個(gè)動(dòng)手的平臺(tái)進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，有效地提高了教學(xué)效率，擴(kuò)展了教學(xué)時(shí)間和空間。考核方式的改革實(shí)現(xiàn)了理論與動(dòng)手能力的真正結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍馮潔，謝斌.基于Proteus與Keil的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，（28）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].大眾科技，2008，（6）.

[3]唐明軍，王平.單片機(jī)課程教學(xué)改革的思考與探索[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，（28）.

作者簡(jiǎn)介：田紅霞（1976-），女，河北省藁城市人，碩士研究生，講師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化教學(xué)與科研。

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摘要：本文在介紹了單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革措施，論述了利用Proteus和Keil搭建仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，并使其貫穿于單片機(jī)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)；在考核方式上，提出了筆試與實(shí)踐相結(jié)合的考核方式。實(shí)踐表明，在實(shí)際教學(xué)中取得了很好的教學(xué)效果，在培養(yǎng)應(yīng)用型、地方性人才方面取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；Proteus Keil；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）23-0056-02

一、單片機(jī)教學(xué)的整改措施

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是我院建設(shè)的精品課。目前有7個(gè)專業(yè)開(kāi)設(shè)了該門課程。其中機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)及機(jī)電一體化專業(yè)因?yàn)槠湔n程相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)較薄弱，使得學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)效果較差。近年來(lái)為了提高教學(xué)效果采取了以下措施：（1）選取優(yōu)秀教材，結(jié)合前沿技術(shù)講授。（2）CAI與板書相結(jié)合。（3）不斷培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，激勵(lì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)，加強(qiáng)師生課下交流。在課余時(shí)間開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生。（4）加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷更新，兼顧基本訓(xùn)練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。不定期舉辦電子設(shè)計(jì)大賽。

以上各個(gè)措施各有可取之處，但是從教學(xué)效果來(lái)看，并不是最理想的方式。因?yàn)槔碚摵蛯?shí)踐的結(jié)合不能夠完全同步進(jìn)行，而建立課堂虛擬實(shí)驗(yàn)室，把理論課放到實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，則可以解決以上措施存在的教學(xué)效果不理想的現(xiàn)象。在進(jìn)行理論學(xué)習(xí)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上及時(shí)動(dòng)手操作，那么就可以讓學(xué)生從理論、視覺(jué)和觸覺(jué)都同時(shí)接觸到單片機(jī)，可以幫助他們理論結(jié)合實(shí)際地理解單片機(jī)。這樣理論知識(shí)會(huì)更加形象，便于理解和記憶，也能讓學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己對(duì)知識(shí)的掌握程度。因此將理論知識(shí)講授和實(shí)踐融合到一起同時(shí)進(jìn)行才是最佳的教學(xué)安排。依據(jù)單片機(jī)實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)，本文介紹通過(guò)將仿真軟件Proteus和Keil相結(jié)合以仿真的形式把實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)課堂，可以直觀地看到教學(xué)理論結(jié)果，從而最大可能地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。

二、Proteus和Keil搭建仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

采用Proteus仿真軟件和Keil搭建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，不僅可以仿真和觀察單片機(jī)內(nèi)部資源的變化，還能夠在程序調(diào)試過(guò)程中觀察單片機(jī)外圍電路的變化情況，使得硬件電路和軟件程序互動(dòng)起來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)了軟硬件協(xié)同仿真。并且采用Proteus仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服了用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中硬件電路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，是工科學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力中較為重要的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，忽視了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的培養(yǎng)，對(duì)于設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，則很少涉及到。如果采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，則學(xué)生需要購(gòu)置的設(shè)備比較多，增加了他們學(xué)習(xí)和研究的投入。采用仿真軟件后，學(xué)習(xí)的投入變得比較小，而實(shí)際工程問(wèn)題的研究，也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò)，再進(jìn)行硬件的投入，這樣處理，可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，還可以在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)或進(jìn)行大實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，具體地在Proteus中做一個(gè)工程項(xiàng)目，并將其最后移植到一個(gè)具體的硬件電路中，讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐如何結(jié)合起來(lái)，利于學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐過(guò)程的了解和學(xué)習(xí)。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中的應(yīng)用

1.教學(xué)的驗(yàn)證性。該階段主要用于教學(xué)演示，教師通過(guò)將Proteus和Keil建立的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搬到課堂上，將實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)融為一體，從而改進(jìn)教學(xué)效果。另外也讓學(xué)生熟悉Proteus與Keil軟件環(huán)境，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真有感性認(rèn)識(shí)。比如在講授單片機(jī)課程時(shí)，學(xué)生總是不太理解數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示時(shí)當(dāng)刷新頻率過(guò)高或過(guò)低時(shí)，會(huì)回導(dǎo)致怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但在課堂上使用Protues和Keil聯(lián)調(diào)建立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，單片機(jī)教學(xué)中許多抽象的概念都可以以直觀的方式介紹給學(xué)生，這有助于學(xué)生對(duì)各種理論概念的消化吸收。多片數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示效果如圖1所示。

2.教學(xué)的可操作性。該階段主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生用Proteus繪制系統(tǒng)原理圖及用Keil進(jìn)行源程序設(shè)計(jì)的能力。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求、實(shí)驗(yàn)原理圖。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)用Proteus繪制硬件電路圖，按照實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，這樣有助于學(xué)生及時(shí)理解課上所學(xué)內(nèi)容。

3.教學(xué)的創(chuàng)造性。主要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣及學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生科研能力及創(chuàng)新能力。該階段主要與實(shí)訓(xùn)或課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)硬件電路，包括CPU型號(hào)的選擇、元器件型號(hào)的選擇、各參數(shù)的設(shè)置、各部分電路的設(shè)計(jì)及連接等，并繪制Proteus硬件原理圖；根據(jù)硬件功能模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖、各子模塊程序流程圖及源代碼編寫等。軟硬件設(shè)計(jì)完成后，充分利用Proteus與Keil的聯(lián)合仿真功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正硬件電路或程序源碼的錯(cuò)誤。系統(tǒng)仿真成功后，再制作實(shí)物，并比較兩者的異同。比如設(shè)計(jì)題目為“步進(jìn)電機(jī)速度控制”，學(xué)生可以用Proteus設(shè)計(jì)出如圖2所示的原理圖，在Keil軟件編寫程序后，在Proteus環(huán)境仿真運(yùn)行，很直觀地看到控制效果。

四、合理的考核方式

傳統(tǒng)采用閉卷考試的方式，對(duì)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶具有一定的效果，但是不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和探索新知識(shí)的主動(dòng)性。因此，探索合理的考核方式對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性起著非常重要的作用。為此，采取了筆試與實(shí)踐相結(jié)合，并能夠體現(xiàn)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)的多元化的考核方式，以其能夠更加公平、真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。筆試考核成績(jī)占50%與實(shí)踐考核成績(jī)各占40%，平時(shí)成績(jī)占10%。筆試考核重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和記憶能力。實(shí)踐考核既可以選擇仿真實(shí)驗(yàn)也可以選擇實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)，以考查學(xué)生的創(chuàng)造性和動(dòng)手能力。實(shí)踐證明，通過(guò)這種多元化的考核方式，能加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程控制，提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生反映良好，教學(xué)效果很好。

五、結(jié)束語(yǔ)

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是電類相關(guān)專業(yè)一門應(yīng)用面較廣、綜合性實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，起著培養(yǎng)學(xué)生控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和初步工程經(jīng)驗(yàn)的作用。文中提出在教學(xué)過(guò)程引入Proteus仿真軟件和Keil構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室，將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)帶入了學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)，不僅解決了理論教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)難的問(wèn)題，而且使學(xué)生能夠擺脫單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)室，在課余時(shí)間有一個(gè)動(dòng)手的平臺(tái)進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，有效地提高了教學(xué)效率，擴(kuò)展了教學(xué)時(shí)間和空間。考核方式的改革實(shí)現(xiàn)了理論與動(dòng)手能力的真正結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍馮潔，謝斌.基于Proteus與Keil的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，（28）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].大眾科技，2008，（6）.

[3]唐明軍，王平.單片機(jī)課程教學(xué)改革的思考與探索[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，（28）.

作者簡(jiǎn)介：田紅霞（1976-），女，河北省藁城市人，碩士研究生，講師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化教學(xué)與科研。

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摘要：本文在介紹了單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革措施，論述了利用Proteus和Keil搭建仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，并使其貫穿于單片機(jī)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)；在考核方式上，提出了筆試與實(shí)踐相結(jié)合的考核方式。實(shí)踐表明，在實(shí)際教學(xué)中取得了很好的教學(xué)效果，在培養(yǎng)應(yīng)用型、地方性人才方面取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；Proteus Keil；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）23-0056-02

一、單片機(jī)教學(xué)的整改措施

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是我院建設(shè)的精品課。目前有7個(gè)專業(yè)開(kāi)設(shè)了該門課程。其中機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)及機(jī)電一體化專業(yè)因?yàn)槠湔n程相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)較薄弱，使得學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)效果較差。近年來(lái)為了提高教學(xué)效果采取了以下措施：（1）選取優(yōu)秀教材，結(jié)合前沿技術(shù)講授。（2）CAI與板書相結(jié)合。（3）不斷培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，激勵(lì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)，加強(qiáng)師生課下交流。在課余時(shí)間開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生。（4）加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷更新，兼顧基本訓(xùn)練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。不定期舉辦電子設(shè)計(jì)大賽。

以上各個(gè)措施各有可取之處，但是從教學(xué)效果來(lái)看，并不是最理想的方式。因?yàn)槔碚摵蛯?shí)踐的結(jié)合不能夠完全同步進(jìn)行，而建立課堂虛擬實(shí)驗(yàn)室，把理論課放到實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，則可以解決以上措施存在的教學(xué)效果不理想的現(xiàn)象。在進(jìn)行理論學(xué)習(xí)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上及時(shí)動(dòng)手操作，那么就可以讓學(xué)生從理論、視覺(jué)和觸覺(jué)都同時(shí)接觸到單片機(jī)，可以幫助他們理論結(jié)合實(shí)際地理解單片機(jī)。這樣理論知識(shí)會(huì)更加形象，便于理解和記憶，也能讓學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己對(duì)知識(shí)的掌握程度。因此將理論知識(shí)講授和實(shí)踐融合到一起同時(shí)進(jìn)行才是最佳的教學(xué)安排。依據(jù)單片機(jī)實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)，本文介紹通過(guò)將仿真軟件Proteus和Keil相結(jié)合以仿真的形式把實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)課堂，可以直觀地看到教學(xué)理論結(jié)果，從而最大可能地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。

二、Proteus和Keil搭建仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

采用Proteus仿真軟件和Keil搭建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，不僅可以仿真和觀察單片機(jī)內(nèi)部資源的變化，還能夠在程序調(diào)試過(guò)程中觀察單片機(jī)外圍電路的變化情況，使得硬件電路和軟件程序互動(dòng)起來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)了軟硬件協(xié)同仿真。并且采用Proteus仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服了用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中硬件電路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，是工科學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力中較為重要的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，忽視了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的培養(yǎng)，對(duì)于設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，則很少涉及到。如果采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，則學(xué)生需要購(gòu)置的設(shè)備比較多，增加了他們學(xué)習(xí)和研究的投入。采用仿真軟件后，學(xué)習(xí)的投入變得比較小，而實(shí)際工程問(wèn)題的研究，也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò)，再進(jìn)行硬件的投入，這樣處理，可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，還可以在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)或進(jìn)行大實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，具體地在Proteus中做一個(gè)工程項(xiàng)目，并將其最后移植到一個(gè)具體的硬件電路中，讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐如何結(jié)合起來(lái)，利于學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐過(guò)程的了解和學(xué)習(xí)。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中的應(yīng)用

1.教學(xué)的驗(yàn)證性。該階段主要用于教學(xué)演示，教師通過(guò)將Proteus和Keil建立的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搬到課堂上，將實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)融為一體，從而改進(jìn)教學(xué)效果。另外也讓學(xué)生熟悉Proteus與Keil軟件環(huán)境，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真有感性認(rèn)識(shí)。比如在講授單片機(jī)課程時(shí)，學(xué)生總是不太理解數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示時(shí)當(dāng)刷新頻率過(guò)高或過(guò)低時(shí)，會(huì)回導(dǎo)致怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但在課堂上使用Protues和Keil聯(lián)調(diào)建立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，單片機(jī)教學(xué)中許多抽象的概念都可以以直觀的方式介紹給學(xué)生，這有助于學(xué)生對(duì)各種理論概念的消化吸收。多片數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示效果如圖1所示。

2.教學(xué)的可操作性。該階段主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生用Proteus繪制系統(tǒng)原理圖及用Keil進(jìn)行源程序設(shè)計(jì)的能力。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求、實(shí)驗(yàn)原理圖。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)用Proteus繪制硬件電路圖，按照實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，這樣有助于學(xué)生及時(shí)理解課上所學(xué)內(nèi)容。

3.教學(xué)的創(chuàng)造性。主要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣及學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生科研能力及創(chuàng)新能力。該階段主要與實(shí)訓(xùn)或課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)硬件電路，包括CPU型號(hào)的選擇、元器件型號(hào)的選擇、各參數(shù)的設(shè)置、各部分電路的設(shè)計(jì)及連接等，并繪制Proteus硬件原理圖；根據(jù)硬件功能模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖、各子模塊程序流程圖及源代碼編寫等。軟硬件設(shè)計(jì)完成后，充分利用Proteus與Keil的聯(lián)合仿真功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正硬件電路或程序源碼的錯(cuò)誤。系統(tǒng)仿真成功后，再制作實(shí)物，并比較兩者的異同。比如設(shè)計(jì)題目為“步進(jìn)電機(jī)速度控制”，學(xué)生可以用Proteus設(shè)計(jì)出如圖2所示的原理圖，在Keil軟件編寫程序后，在Proteus環(huán)境仿真運(yùn)行，很直觀地看到控制效果。

四、合理的考核方式

傳統(tǒng)采用閉卷考試的方式，對(duì)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶具有一定的效果，但是不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和探索新知識(shí)的主動(dòng)性。因此，探索合理的考核方式對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性起著非常重要的作用。為此，采取了筆試與實(shí)踐相結(jié)合，并能夠體現(xiàn)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)的多元化的考核方式，以其能夠更加公平、真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。筆試考核成績(jī)占50%與實(shí)踐考核成績(jī)各占40%，平時(shí)成績(jī)占10%。筆試考核重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和記憶能力。實(shí)踐考核既可以選擇仿真實(shí)驗(yàn)也可以選擇實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)，以考查學(xué)生的創(chuàng)造性和動(dòng)手能力。實(shí)踐證明，通過(guò)這種多元化的考核方式，能加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程控制，提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生反映良好，教學(xué)效果很好。

五、結(jié)束語(yǔ)

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是電類相關(guān)專業(yè)一門應(yīng)用面較廣、綜合性實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，起著培養(yǎng)學(xué)生控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和初步工程經(jīng)驗(yàn)的作用。文中提出在教學(xué)過(guò)程引入Proteus仿真軟件和Keil構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室，將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)帶入了學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)，不僅解決了理論教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)難的問(wèn)題，而且使學(xué)生能夠擺脫單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)室，在課余時(shí)間有一個(gè)動(dòng)手的平臺(tái)進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，有效地提高了教學(xué)效率，擴(kuò)展了教學(xué)時(shí)間和空間。考核方式的改革實(shí)現(xiàn)了理論與動(dòng)手能力的真正結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍馮潔，謝斌.基于Proteus與Keil的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，（28）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].大眾科技，2008，（6）.

[3]唐明軍，王平.單片機(jī)課程教學(xué)改革的思考與探索[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，（28）.

作者簡(jiǎn)介：田紅霞（1976-），女，河北省藁城市人，碩士研究生，講師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化教學(xué)與科研。

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