虛擬實驗軟件在高職單片機教學中的應用

袁媛

摘 要 高職教育在現代化專業人才培養方面具有的重要性逐漸得到人們的認可，高職單片機課程教學由于受到各種因素的影響。導致教學模式和實驗模式具有的局限性始終無法得到有效解決。本文針對高職單片機教學中虛擬實軟件的有效應用途徑展開詳細分析，為我國高職單片機教學質量以及高職學生綜合素質的進一步提升奠定堅實基礎。

關鍵詞 虛擬 實驗軟件 單片機 Preotel教學

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）06-0055-02

在我國教育信息化技術不斷完善的環境下，虛擬實驗技術的出現，使高職開展單片機虛擬仿真實驗教學的目標有效實現。為了進一步提高高職單片機教學質量，將虛擬實驗軟件合理結合其中，使學生將注意力全部集中到老師設計的虛擬實驗軟件中，提高對相關知識點的掌握以及對具體技術的實踐應用。長此以往，不僅能夠使高職單片機教學信息化改革的目標有效實現，而且還能確保學生對相關知識點的理解和記憶更加深刻。

1 傳統單片機教學存在的問題

1.1 教學模式較為單一

作為我國目前高職電子類信息專業開設的主要課程之一，單片機課程中涉及了大量與電機一體化、計算機應用、自動化、電子等工作崗位密切相關的內容，也是電子工程相關技術人員必須掌握的基礎知識與技能。對于單片機而言，是一種數字電子芯片，具有高度集成的特點。所涉及的知識要素內容較為復雜，包括計算機理論和數字電路等。與此同時，單片機具有的軟件和硬件設計形態具有較高復雜性和多樣化特點，極其重視理論和實踐的有機結合。由于受到技術手段的影響，導致傳統高職單片機教學模式較為單一，具有的抽象性較高，實驗教學的程式化色彩濃重，對于高職學生而言，在學習和掌握單片機相關知識和技能的過程中具有的枯燥性和難度較高。

1.2 教學具有一定局限性

在高職教學過程中，往往存在一定局限性。在單片機教學中，課程內容主要包括了單片機的具體構造、內存大小、開關接口、中斷以及串行通信接口以及計數器等相應的教學內容。這些知識所教學的對象是高職學生，倘若沒有一個科學合理的教學手段與引導技巧，那么高職生對于上述內容的了解與掌握是相對困難的。高職生往往動手實踐能力較強，但是對一些理論性的知識內容往往掌握的不夠充分，學習能力稍顯薄弱。而在這個基礎上再使用單一性的教學手段對高職生展開教學往往是達不到應有的教學效果的。高職傳統式教學方法往往是利用理論講解與實踐實驗相結合的形式進行教學。在理論講解部分一般高職教師只利用多媒體課件走馬觀花式的對單片機的概念與構造進行講解，這種教學形式并不能讓高職學生切實完整的了解與掌握單片機內部的運轉流程以及各個接口信號的動態過程中，對相應產生的關系也較為模糊。這就使得在實際過程中只能通過簡單的課堂演示進行講解，讓高職生不明所以，無法理解單片機的實際內涵。

1.3 實驗具有相應的限制

在高職院校以往的實驗教學過程中，單片機實驗裝置較為簡單，一般來說只有試驗箱以及開發板。單片機試驗箱的功能較多，且具有多種單片機典型的功能，對一般的教學內容來說所能夠予以滿足。但是單片機試驗箱的體積相對較大，且線路較為凌亂，缺乏穩定性。在后續的使用中常常因為不方便維護導致出現問題，且因為體積問題不能隨意進行移動。所能進行的實驗內容較為固定，無法滿足學生多元化的學習需求。且壽命較短，投入成本較大。另一種實驗設備單片機的特點則是，接口較少，而且功能不全面，不能滿足學生的多元化學習需求。但是單片機開發板也具有一定的優點，開發板的體積較小，能夠隨意的移動，投入成本較低。值得注意的是，這種實驗設備一般高職院校不會進行購置，一般是由學生自行購買供自己進行實驗的。它的壽命相較于單片機試驗箱更短，只有大約一到兩年左右，但是成本低廉只需要幾百元就能購置一臺。

2 在高職單片機教學中虛擬實驗軟件的有效應用途徑

2.1 結合虛擬實驗軟件的特征對教學內容進行整合

教師要結合虛擬實驗軟件具有的特征，將單片機細節過多的內容以及理論性內容進行有效整合和精簡，確保構建的基礎知識單元以典型功能模塊為主，使學生能夠將有效掌握功能模塊外部特征和組合應用作為學習重點。這種重外弱內的教學模式，不僅能夠使傳統單片機教學在進行地址空間、寄存器、指令系統等理論知識時講解時具有的枯燥性和抽象性問題得到有效解決，而且還能使單片機相關知識點具有的難度大幅度降低。這不僅對于高職階段的學生而言比較容易接受，而且對項目化教學模式的有效開展提供了積極幫助。

2.2 開展proteus教學

proteus具有強大的原理圖繪制功能;實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合;支持主流單片機系統的仿真;提供軟件調試功能。因此教師在對學生進行單片機相關知識點講解的過程中，可以將虛擬實驗軟件作為實驗工具，結合具體教學內容進行實時、動態、同步的演示，從而將單片機程序的運行步驟以及多元化接口具有的信號傳遞和信號變化充分呈現出來。對于單片機的內部運行程序而言，具有較快的速度，很難通過傳統教學方式將單片機內部程序的運行過程以及和外在結果之間具有的實際聯系清楚表達出來。通過開展仿真軟件教學，不僅能夠使教師所掌握的教學內容和教學過程更加生動直觀、靈活方便，而且相關知識點也能夠被學生更加充分的理解[1]。

2.3 開展protel教學

protel是一個功能強大的印制電路板設計編輯器，具有非常專業的交互式布線及元件布局的特點，用于印制電路板（PCB）的設計并最終產生PCB文件，直接關系到印制電路板的生產。通過開展protel教學，學生可以不受時間與空間的約束，在圖書館、教室、宿舍等任何地方隨時接入網絡進行學習。使學生protel相關教學資源提前充分了解，還可以點擊進入虛擬實驗室，按照網站提供的實驗案例要求，對所學知識點進行有效應用。這樣的教學方式能夠將傳統單片機教學過程中的時間和空間約束徹底打破，使學生將自身在學習過程中具有的主觀能動性充分發揮出來，從而為學生創造能力和學習能力的提升提供幫助。與此同時，學生如果在進行網絡在線學習過程中遇到了自身無法解決的編程調試有關的問題，可以將問題保留下來，在課堂教學中提出。這樣教師只需在課堂教學過程中解決學生存在問題的知識點方面即可，不僅提高了課堂教學具有的實效性，而且還能使課堂教學的針對性進一步強化[2]。

3 單片機實驗教學軟件的設計

3.1 單片機實驗教學軟件的構成

隨著我國高職院校的地位越來越高，高職院校中的課程也具有相應的重要性。在自動化等電類專業中，單片機課程是一門極為關鍵的技術性課程，當前高中單片機理論教學相對較為完善，但是在實驗教學中往往由于高職院校教育經費的緊張，無法開展良好的實踐教學，因此自行設計單片機的教學軟件可以充分解決這個問題，還能充分環節高職院校教育經費緊張的壓力。首先，單片機實驗教學軟件主要由多個子系統組成，最后將每個子系統相關聯就組成了整個單片機實驗教學模型。但是由于單片機實驗教學軟件需要結合實際情況展開教學，因此設計了兩種教學方法。對于單片機實驗教學軟件進行結構化設計，將所面向的對象來進行用戶界面的設計，最后將子系統進行結合就成了單片機實驗教學軟件。[3]

3.2 子系統的具體設計內容

通常來說，一般單片機實驗教學軟件中一般包含了三種子系統的設計，分別是仿真編譯子系統、仿真運行子系統以及仿真電路子系統。首先對仿真編譯子系統的內容進行分析，在仿真編譯子系統中，一般是通過將編譯程序從初始程序要產生目標程序的過程中。此過程又分為若干個階段，主要負責將內部的語法與詞法進行充分分析，這種分析方法也叫做源程序分析法。但是單片機實驗教學軟件僅僅是教學軟件，因此只進行錯誤提示，并將編譯結果保存。其次是仿真運行子系統的設計內容，這種子系統主要是通過對單片機所發出的指令進行相應的處理，一般來說是通過相應對象中查詢所對應的元素，然后再根據相應指令進行處理，以此滿足子系統的基本運行。此外還存在一種設計掃描程序，可以將申請中斷的情況進行查詢，在查詢到中斷情況是就可以利用指令來進行中斷操作。最后只得一提的是這種系統與仿真電路子系統進行結合時可以實現運行子系統的接口。最后一種子系統就是仿真電路子系統，這種子系統可以為用戶提供實驗平臺，通過平臺可以仿真運行電路系統。然后再通過內部的實驗操作觀察到具體的實驗結果與實驗現象，讓用戶獲得與真正實驗條件下相同的實驗感受。[4-5]

4 結語

在高職單片機課程教學過程中運用虛擬實驗軟件，不僅能夠將傳統教學在器材、場地、經費方面所面臨的問題得到有效解決，而且還能使教學具有的靜態化缺點和抽象化問題得到改善。不僅是對傳統教學內容的簡化，而且還能使教學過程具有較高的生動性和直觀性，使學生的學習興趣得到全面提升，從而有效實現提高教學效果的目標。

參考文獻：

[1] 許超，吳新杰，張丹.基于Proteus和Keil的單片機課程教學改革[J].遼寧大學學報（自然科學版），2020（11）：127-129.

[2] 耿銘慈.“三化”教學在單片機課程中的探索與實踐[J].中國電力教育，2020（28）：124-125.

[3] 曹燕.單片機實驗教學平臺的改革與探索[J].現代職業教育，2018（04）：41.

[4] 喬莉，魏海波.基于虛擬實驗軟件的單片機實驗課程改革研究[J].數碼世界，2017（09）：32.

[5] 李昌，許裕華，祝常紅.基于虛擬實驗軟件的高職單片機教學改革[J].中國教育信息化，2013（24）：34-36.