分析高職院校單片機(jī)虛擬實驗室開發(fā)與利用

【摘要】 各大高職院校都開設(shè)了單片機(jī)相關(guān)課程，也都配套建成了相應(yīng)的硬件實訓(xùn)室，但仍存在一些問題，因此有必要在教學(xué)中引入教學(xué)仿真資源，建成基于仿真的單片機(jī)虛擬實驗室，與已有的單片機(jī)硬件實訓(xùn)室結(jié)合，實現(xiàn)仿真和實踐相結(jié)合，提高教學(xué)效果，同時降低教學(xué)成本。

各大高職院校電子信息工程、應(yīng)用電子、微電子技術(shù)、光電技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化和電氣自動化等專業(yè)都開設(shè)了單片機(jī)相關(guān)課程，也都配套建成了單片機(jī)硬件實訓(xùn)室，但存在硬件實驗費(fèi)用和實驗室維護(hù)開支高，應(yīng)用范圍有限等問題，因此很有必要在教學(xué)中引入教學(xué)仿真資源，建成基于單片機(jī)仿真軟件的單片機(jī)虛擬實驗室，與已有的單片機(jī)硬件實訓(xùn)室結(jié)合，實現(xiàn)仿真和實踐相結(jié)合，相輔相成，提高實驗、實習(xí)和實訓(xùn)教學(xué)效果，同時降低教學(xué)成本，減少硬件實驗費(fèi)用和實驗室維護(hù)開支。目前主流的單片機(jī)仿真平臺是 Proteus。Proteus 是英國Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。

1.在長期的單片機(jī)教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映單片機(jī)課程難懂，難學(xué)

一方面是因為上理論課時很難現(xiàn)場演示，學(xué)生對一些知識點不容易接收，不能理解 ；另一方面是因為該課程是一門實踐性很強(qiáng)的課程，只學(xué)理論知識是學(xué)不好的，必須進(jìn)行實踐操作和訓(xùn)練，而高校能提供的實踐機(jī)會大多是一些生硬死板的實驗臺、實驗箱電路連線，明顯是不夠的【1】。

傳統(tǒng)教學(xué)方法中不論是采取“實踐教學(xué)， 學(xué)生直接與實物接觸”的直接學(xué)習(xí)法 ；還是“教師在課堂上傳授課本中的知識， 學(xué)生被動地接受”的間接學(xué)習(xí)法，都在直觀性、完備性、交互性、安全性和快捷性方面有著其固有的局限性。這些問題在引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)后都能得到有效解決，同時虛擬仿真教學(xué)還具有的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)功能， 可實現(xiàn)遠(yuǎn)程教育培訓(xùn) . 它不僅在局域網(wǎng)上具有雙向互動的教學(xué)功能， 還具有基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行雙向互動的遠(yuǎn)程教學(xué)功能， 數(shù)據(jù)傳送可以采用衛(wèi)星、寬帶等方式進(jìn)行。這使得遠(yuǎn)程教學(xué)名副其實， 而且還可采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試等功能， 并實現(xiàn)答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能， 輕松實現(xiàn)無紙化的考核與測評【2】。

此外，高等職業(yè)教育將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于日常教學(xué)也已經(jīng)成為一種趨勢。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為高職電子設(shè)計類課程的教學(xué)提供了一種新的手段， 一種新的技術(shù)。作為一種新的教學(xué)手段， 必將使傳統(tǒng)的教育形態(tài)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)過程的基本要素及其相互關(guān)系發(fā)生重大變化， 也使教學(xué)過程中教師、學(xué)生的主體關(guān)系發(fā)生變化。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以營造一個學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境， 將傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來獲得知識、技能的新型學(xué)習(xí)方式。

2.在教學(xué)中引入單片機(jī)仿真技術(shù)可大大提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果

2.1將單片機(jī)仿真演示教學(xué)引入課堂教學(xué)，其極為接近實際的動態(tài)演示可以激發(fā)學(xué)生興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使抽象變形象，使重點易懂、難點化解。

2.2教學(xué)仿真資源只需一臺電腦就可以仿真大量元件和儀器設(shè)備，并且效果非常好。建立以此為基礎(chǔ)的單片機(jī)虛擬實驗室，學(xué)生就有機(jī)會完成更多的實驗項目和內(nèi)容，免費(fèi)使用大量元件和儀器設(shè)備，進(jìn)而拓展學(xué)生的知識面和應(yīng)用能力，并且虛擬元件和儀器設(shè)備不存在損壞和維護(hù)問題，也就降低了教學(xué)成本，減少了

硬件實驗費(fèi)用和實驗室維護(hù)開支【3】。

2.3單片機(jī)教學(xué)仿真資源對學(xué)生實驗的預(yù)習(xí)、單片機(jī)課程設(shè)計、全國大學(xué)生電子競賽以及畢業(yè)設(shè)計等都有非常大的幫助，對提高他們的學(xué)習(xí)和工作效率，減輕勞動強(qiáng)度都有非常大的好處。

3.開發(fā)單片機(jī)虛擬實驗室過程中，要做到的特色和創(chuàng)新之處

3.1將先進(jìn)的教學(xué)理念融入教學(xué)資源 ：在教學(xué)整體解決方案中做到 ：依托行業(yè)企業(yè)開發(fā)能力標(biāo)準(zhǔn)（典型工作任務(wù)與職業(yè)能力分析）；面向職業(yè)崗位設(shè)置模塊課程（學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程歸并）；立足真實任務(wù)組織工學(xué)交替（全程工學(xué)交替以保障教學(xué)實施效果）；基于工作過程實施職場鑒定（開放多元的考核方式，引入社會評價）。

3.2采取“五步工作機(jī)制”選取仿真項目 ：采用“534”課程設(shè)計方法優(yōu)化課程體系、整合教學(xué)內(nèi)容。即“五步工作機(jī)制”：通過“行業(yè)專家確定典型工作任務(wù)→學(xué)校專家歸并行動領(lǐng)域→行業(yè)專家論證行動領(lǐng)域→學(xué)校專家開發(fā)學(xué)習(xí)領(lǐng)域→校企專家論證課程體系”，以實現(xiàn)校企專家共同參與課程體系設(shè)計“；三階段轉(zhuǎn)換”：通過工作任務(wù)實現(xiàn)“典型工作任務(wù)到行動領(lǐng)域”轉(zhuǎn)換，通過工作過程實現(xiàn)“從行動領(lǐng)域到學(xué)習(xí)領(lǐng)域”轉(zhuǎn)換，通過工作任務(wù)實現(xiàn)“從學(xué)習(xí)領(lǐng)域到學(xué)習(xí)情境”轉(zhuǎn)換，以構(gòu)建基于工作過程的專業(yè)核心課程教學(xué)內(nèi)容 ；“四項主要成果”：人才培養(yǎng)方案、課程體系、課程教學(xué)方案和優(yōu)質(zhì)教材。

3.3搭建立體教學(xué)資源體系 ：主動適應(yīng)行動導(dǎo)向教學(xué)模式轉(zhuǎn)型的需求，搭建資源平臺，為工學(xué)交替教學(xué)和定單培養(yǎng)的教學(xué)模式提供運(yùn)行的環(huán)境和資源的支持。引進(jìn)了虛擬教學(xué)系統(tǒng)模擬真實的環(huán)境，包括三維交互式設(shè)備結(jié)構(gòu)演示、虛擬操作、虛擬編程軟件等。建設(shè)真實企業(yè)環(huán)境，即“真實的工作崗位”、遵守“真實的行業(yè)規(guī)范”、操作“真實的設(shè)備”、采用“真實的工藝”、生產(chǎn)“真實的產(chǎn)品”等，營造了“虛實互補(bǔ)”的教學(xué)環(huán)境。

3.4仿真與實作結(jié)合的創(chuàng)新教學(xué)組織形式 ：以仿真與實作結(jié)合的形式組織教學(xué)，倡導(dǎo)理實一體，使學(xué)生經(jīng)歷單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的全過程，使師生的分析與解決等方面能力全面提升，積累豐富的實踐經(jīng)驗，為學(xué)生向單片機(jī)設(shè)計開發(fā)工作者身份的轉(zhuǎn)變搭好了橋梁【4】。

結(jié)束語：

單片機(jī)虛擬實驗室的開發(fā)建設(shè)對單片機(jī)課程教學(xué)環(huán)節(jié)改革，促進(jìn)教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量，降低教學(xué)成本，減少實驗維護(hù)開支，提高實驗效果有重要的作用和意義，為課程建設(shè)和實驗實習(xí)改革帶來新的思路。

參考文獻(xiàn)

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