基于Proteus仿真軟件的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革探索

謝斌

【摘要】目前，中職學(xué)校單片機(jī)原理與應(yīng)用課程課堂教學(xué)由于實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備不足、損耗率高、實(shí)驗(yàn)參數(shù)更改不易，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)開(kāi)出率低，學(xué)生很難自主進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)積極性低，創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力得不到培養(yǎng)。本文嘗試采用仿真軟件輔助教學(xué)，探索新的實(shí)驗(yàn)組織形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以期培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，并給出了相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)案例。

【關(guān)鍵詞】仿真軟件自主學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力單片機(jī)實(shí)驗(yàn)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）06-0228-02

一、傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在的不足

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是教師事先準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)課題和實(shí)驗(yàn)步驟，課上教師先講解、示范實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生按照課本上的實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械地操作，沒(méi)有自己的創(chuàng)新。就算有部分學(xué)生想嘗試采用不同方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也往往因?yàn)樾薷碾娐穮?shù)、更換檢測(cè)儀器設(shè)備的不易和高安全風(fēng)險(xiǎn)而無(wú)法進(jìn)行。在這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果差，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

二、Proteus仿真軟件輔助教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

1.可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量

Proteus仿真軟件具有很強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力和可操作性，可以為使用者提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方面的刺激，這種體驗(yàn)使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生濃厚興趣，教師在課堂進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)演示時(shí)，可以展示各種不同的現(xiàn)象，吸引學(xué)生的注意力。實(shí)踐證明，采用Proteus仿真軟件輔助教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有明顯提高，甚至一些基礎(chǔ)差的學(xué)生也能在一段時(shí)間內(nèi)保持他們的注意力。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力

Proteus仿真軟件在修改元器件參數(shù)、更換儀器和搭建電路上方便、快捷、安全，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以按照個(gè)人的理解繪制實(shí)驗(yàn)電路，還可以根據(jù)需要，隨時(shí)更改電路結(jié)構(gòu)，使用各種儀器觀測(cè)結(jié)果。學(xué)生在完成規(guī)定的相關(guān)技能訓(xùn)練后，還可以進(jìn)行小組合作完成擴(kuò)展練習(xí)，組內(nèi)學(xué)生分工合作，提出各種假設(shè)，然后利用仿真軟件在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行各種假設(shè)實(shí)驗(yàn)，最終完成擴(kuò)展練習(xí)任務(wù)。這種基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)模式，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，幫助學(xué)生樹(shù)立信心，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，發(fā)展自主學(xué)習(xí)的能力，形成有效的學(xué)習(xí)策略。

三、仿真軟件輔助教學(xué)流程

四、仿真軟件輔助單片機(jī)教學(xué)實(shí)例

由于Proteus仿真軟件在搭建電路上的方便快捷，老師和學(xué)生能夠在很短的時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)技能訓(xùn)練的教學(xué)活動(dòng)，將節(jié)省下來(lái)的時(shí)間讓學(xué)生自己制定計(jì)劃、分工合作進(jìn)行擴(kuò)展練習(xí)。下面是仿真軟件在“LED閃爍警示電路制作”課題中的應(yīng)用實(shí)例。

1.設(shè)計(jì)問(wèn)題情境

客戶（甲方）：為防止有員工誤入危險(xiǎn)生產(chǎn)車(chē)間，我公司擬在危險(xiǎn)生產(chǎn)車(chē)間門(mén)口設(shè)置一個(gè)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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，請(qǐng)貴公司盡快著手安排人員前來(lái)設(shè)計(jì)安裝。

某公司技術(shù)部門(mén)（乙方）經(jīng)理：經(jīng)研究，我方?jīng)Q定采用單片機(jī)控制紅色LED閃爍顯示，以實(shí)現(xiàn)客戶要求。

2.相關(guān)技能訓(xùn)練

（1）程序分析和目標(biāo)代碼的生成。這個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)在分析延時(shí)程序的編寫(xiě)原理,讓學(xué)生掌握延時(shí)程序的編寫(xiě)。

#include//頭文件

#define uint unsigned int//宏定義

sbit D1=P1^0; //聲明單片機(jī)P1口的第一位

void delay(uint z); //聲明子函數(shù)

void main()

{

while(1) //大循環(huán)

{

D1=0;//點(diǎn)亮第一個(gè)發(fā)光二極管

delay(500);//延時(shí)500毫秒

D1=1;//關(guān)閉第一個(gè)發(fā)光二極管

delay(500);//延時(shí)500毫秒

}

}

void delay(uint z) //延時(shí)子程序延時(shí)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(gè)環(huán)節(jié)讓學(xué)生掌握采用P1口控制LED的電路繪制方法。

（3）仿真運(yùn)行。這個(gè)環(huán)節(jié)讓學(xué)生掌握對(duì)硬件電路加載目標(biāo)代碼以及仿真運(yùn)行的方法。

3.相關(guān)技能鞏固

這個(gè)環(huán)節(jié)讓學(xué)生鞏固前面兩個(gè)環(huán)節(jié)中所講授的原理和技能，并提出問(wèn)題——將R1的阻值改變，觀察發(fā)光二級(jí)管亮度變化情況，試分析原因。讓學(xué)生在掌握基本技能的基礎(chǔ)上，能夠自主的去修改電路參數(shù)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探究原因，完成自主學(xué)習(xí)。

4.擴(kuò)展練習(xí)

本環(huán)節(jié)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新改造、獨(dú)立分析、綜合決策、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和與人溝通等能力。基本原則是以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。

（1）擴(kuò)展練習(xí)內(nèi)容：客戶（甲方）要求采用單片機(jī)P1.2口控制黃色LED燈，黃燈爍時(shí)間間隔為2秒。

（2）按學(xué)校情況，將學(xué)生分成10個(gè)小組，每組4人，經(jīng)過(guò)小組內(nèi)部交流，小組成員對(duì)客戶要求有一定認(rèn)識(shí)，然后進(jìn)行分工。教師負(fù)責(zé)全面統(tǒng)籌，化解分工時(shí)產(chǎn)生的一些矛盾。

（3）各小組集體討論，得出實(shí)施決策，組織制定工作計(jì)劃，合理安排工作步驟。小組成員根據(jù)自身技能操作水平和理論基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)習(xí)情境，制定工作實(shí)施計(jì)劃。教師查看各小組計(jì)劃，給出建議，指導(dǎo)各組對(duì)其計(jì)劃進(jìn)行完善。

（4）學(xué)生圍繞各自負(fù)責(zé)項(xiàng)目，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，完成負(fù)責(zé)項(xiàng)目。教師監(jiān)督各組內(nèi)交流合作情況，對(duì)各小組活動(dòng)進(jìn)程進(jìn)行追蹤，及時(shí)解決小組遇到的問(wèn)題。

5.工作崗位“6S”處理

各小組完成任務(wù)后，關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源，小組成員對(duì)本工作崗位進(jìn)行“整理、整頓、清掃、清潔、安全、素養(yǎng)”處理，確保各項(xiàng)設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。

實(shí)踐表明，將Proteus仿真軟件引入到單片機(jī)原理與應(yīng)用課堂中來(lái)，利用Proteus仿真軟件龐大的元器件庫(kù)和使用的方便、快捷、安全的特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)“情境性問(wèn)題”激發(fā)學(xué)生探究的興趣和動(dòng)機(jī)，能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)單片機(jī)程序的理解，切實(shí)提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理的應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)：

[l]《基于C語(yǔ)言的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與Proteus仿真》，楊黎主編，中南大學(xué)出版社，2012年8 月版。

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[3]《單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目教程》，金杰主編，電子工業(yè)出版社，2009年12月版。

[4]《單片機(jī)輕松入門(mén)》，周堅(jiān)主編，北京航空航天大學(xué)出版社，2006年3月版。