虛擬實(shí)驗(yàn)軟件在高職單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

袁媛

摘 要 高職教育在現(xiàn)代化專業(yè)人才培養(yǎng)方面具有的重要性逐漸得到人們的認(rèn)可，高職單片機(jī)課程教學(xué)由于受到各種因素的影響。導(dǎo)致教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ骄哂械木窒扌允冀K無法得到有效解決。本文針對高職單片機(jī)教學(xué)中虛擬實(shí)軟件的有效應(yīng)用途徑展開詳細(xì)分析，為我國高職單片機(jī)教學(xué)質(zhì)量以及高職學(xué)生綜合素質(zhì)的進(jìn)一步提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 虛擬 實(shí)驗(yàn)軟件 單片機(jī) Preotel教學(xué)

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

在我國教育信息化技術(shù)不斷完善的環(huán)境下，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)，使高職開展單片機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)有效實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步提高高職單片機(jī)教學(xué)質(zhì)量，將虛擬實(shí)驗(yàn)軟件合理結(jié)合其中，使學(xué)生將注意力全部集中到老師設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件中，提高對相關(guān)知識點(diǎn)的掌握以及對具體技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。長此以往，不僅能夠使高職單片機(jī)教學(xué)信息化改革的目標(biāo)有效實(shí)現(xiàn)，而且還能確保學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的理解和記憶更加深刻。

1 傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)模式較為單一

作為我國目前高職電子類信息專業(yè)開設(shè)的主要課程之一，單片機(jī)課程中涉及了大量與電機(jī)一體化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動化、電子等工作崗位密切相關(guān)的內(nèi)容，也是電子工程相關(guān)技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識與技能。對于單片機(jī)而言，是一種數(shù)字電子芯片，具有高度集成的特點(diǎn)。所涉及的知識要素內(nèi)容較為復(fù)雜，包括計(jì)算機(jī)理論和數(shù)字電路等。與此同時(shí)，單片機(jī)具有的軟件和硬件設(shè)計(jì)形態(tài)具有較高復(fù)雜性和多樣化特點(diǎn)，極其重視理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。由于受到技術(shù)手段的影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)高職單片機(jī)教學(xué)模式較為單一，具有的抽象性較高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的程式化色彩濃重，對于高職學(xué)生而言，在學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)相關(guān)知識和技能的過程中具有的枯燥性和難度較高。

1.2 教學(xué)具有一定局限性

在高職教學(xué)過程中，往往存在一定局限性。在單片機(jī)教學(xué)中，課程內(nèi)容主要包括了單片機(jī)的具體構(gòu)造、內(nèi)存大小、開關(guān)接口、中斷以及串行通信接口以及計(jì)數(shù)器等相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。這些知識所教學(xué)的對象是高職學(xué)生，倘若沒有一個(gè)科學(xué)合理的教學(xué)手段與引導(dǎo)技巧，那么高職生對于上述內(nèi)容的了解與掌握是相對困難的。高職生往往動手實(shí)踐能力較強(qiáng)，但是對一些理論性的知識內(nèi)容往往掌握的不夠充分，學(xué)習(xí)能力稍顯薄弱。而在這個(gè)基礎(chǔ)上再使用單一性的教學(xué)手段對高職生展開教學(xué)往往是達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)效果的。高職傳統(tǒng)式教學(xué)方法往往是利用理論講解與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的形式進(jìn)行教學(xué)。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(jī)的概念與構(gòu)造進(jìn)行講解，這種教學(xué)形式并不能讓高職學(xué)生切實(shí)完整的了解與掌握單片機(jī)內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)流程以及各個(gè)接口信號的動態(tài)過程中，對相應(yīng)產(chǎn)生的關(guān)系也較為模糊。這就使得在實(shí)際過程中只能通過簡單的課堂演示進(jìn)行講解，讓高職生不明所以，無法理解單片機(jī)的實(shí)際內(nèi)涵。

1.3 實(shí)驗(yàn)具有相應(yīng)的限制

在高職院校以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置較為簡單，一般來說只有試驗(yàn)箱以及開發(fā)板。單片機(jī)試驗(yàn)箱的功能較多，且具有多種單片機(jī)典型的功能，對一般的教學(xué)內(nèi)容來說所能夠予以滿足。但是單片機(jī)試驗(yàn)箱的體積相對較大，且線路較為凌亂，缺乏穩(wěn)定性。在后續(xù)的使用中常常因?yàn)椴环奖憔S護(hù)導(dǎo)致出現(xiàn)問題，且因?yàn)轶w積問題不能隨意進(jìn)行移動。所能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為固定，無法滿足學(xué)生多元化的學(xué)習(xí)需求。且壽命較短，投入成本較大。另一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備單片機(jī)的特點(diǎn)則是，接口較少，而且功能不全面，不能滿足學(xué)生的多元化學(xué)習(xí)需求。但是單片機(jī)開發(fā)板也具有一定的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)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(shí)驗(yàn)設(shè)備一般高職院校不會進(jìn)行購置，一般是由學(xué)生自行購買供自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。它的壽命相較于單片機(jī)試驗(yàn)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(jī)教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的有效應(yīng)用途徑

2.1 結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的特征對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合

教師要結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)軟件具有的特征，將單片機(jī)細(xì)節(jié)過多的內(nèi)容以及理論性內(nèi)容進(jìn)行有效整合和精簡，確保構(gòu)建的基礎(chǔ)知識單元以典型功能模塊為主，使學(xué)生能夠?qū)⒂行д莆展δ苣K外部特征和組合應(yīng)用作為學(xué)習(xí)重點(diǎn)。這種重外弱內(nèi)的教學(xué)模式，不僅能夠使傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)在進(jìn)行地址空間、寄存器、指令系統(tǒng)等理論知識時(shí)講解時(shí)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(jī)相關(guān)知識點(diǎn)具有的難度大幅度降低。這不僅對于高職階段的學(xué)生而言比較容易接受，而且對項(xiàng)目化教學(xué)模式的有效開展提供了積極幫助。

2.2 開展proteus教學(xué)

proteus具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能;實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合;支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真;提供軟件調(diào)試功能。因此教師在對學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)相關(guān)知識點(diǎn)講解的過程中，可以將虛擬實(shí)驗(yàn)軟件作為實(shí)驗(yàn)工具，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)、動態(tài)、同步的演示，從而將單片機(jī)程序的運(yùn)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(xiàn)出來。對于單片機(jī)的內(nèi)部運(yùn)行程序而言，具有較快的速度，很難通過傳統(tǒng)教學(xué)方式將單片機(jī)內(nèi)部程序的運(yùn)行過程以及和外在結(jié)果之間具有的實(shí)際聯(lián)系清楚表達(dá)出來。通過開展仿真軟件教學(xué)，不僅能夠使教師所掌握的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程更加生動直觀、靈活方便，而且相關(guān)知識點(diǎn)也能夠被學(xué)生更加充分的理解[1]。

2.3 開展protel教學(xué)

protel是一個(gè)功能強(qiáng)大的印制電路板設(shè)計(jì)編輯器，具有非常專業(yè)的交互式布線及元件布局的特點(diǎn)，用于印制電路板（PCB）的設(shè)計(jì)并最終產(chǎn)生PCB文件，直接關(guān)系到印制電路板的生產(chǎn)。通過開展protel教學(xué)，學(xué)生可以不受時(shí)間與空間的約束，在圖書館、教室、宿舍等任何地方隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)。使學(xué)生protel相關(guān)教學(xué)資源提前充分了解，還可以點(diǎn)擊進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，按照網(wǎng)站提供的實(shí)驗(yàn)案例要求，對所學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行有效應(yīng)用。這樣的教學(xué)方式能夠?qū)鹘y(tǒng)單片機(jī)教學(xué)過程中的時(shí)間和空間約束徹底打破，使學(xué)生將自身在學(xué)習(xí)過程中具有的主觀能動性充分發(fā)揮出來，從而為學(xué)生創(chuàng)造能力和學(xué)習(xí)能力的提升提供幫助。與此同時(shí)，學(xué)生如果在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)過程中遇到了自身無法解決的編程調(diào)試有關(guān)的問題，可以將問題保留下來，在課堂教學(xué)中提出。這樣教師只需在課堂教學(xué)過程中解決學(xué)生存在問題的知識點(diǎn)方面即可，不僅提高了課堂教學(xué)具有的實(shí)效性，而且還能使課堂教學(xué)的針對性進(jìn)一步強(qiáng)化[2]。

3 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的構(gòu)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(yīng)的重要性。在自動化等電類專業(yè)中，單片機(jī)課程是一門極為關(guān)鍵的技術(shù)性課程，當(dāng)前高中單片機(jī)理論教學(xué)相對較為完善，但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往由于高職院校教育經(jīng)費(fèi)的緊張，無法開展良好的實(shí)踐教學(xué)，因此自行設(shè)計(jì)單片機(jī)的教學(xué)軟件可以充分解決這個(gè)問題，還能充分環(huán)節(jié)高職院校教育經(jīng)費(fèi)緊張的壓力。首先，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件主要由多個(gè)子系統(tǒng)組成，最后將每個(gè)子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)就組成了整個(gè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型。但是由于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件需要結(jié)合實(shí)際情況展開教學(xué)，因此設(shè)計(jì)了兩種教學(xué)方法。對于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，將所面向的對象來進(jìn)行用戶界面的設(shè)計(jì)，最后將子系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合就成了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件。[3]

3.2 子系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容

通常來說，一般單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件中一般包含了三種子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分別是仿真編譯子系統(tǒng)、仿真運(yùn)行子系統(tǒng)以及仿真電路子系統(tǒng)。首先對仿真編譯子系統(tǒng)的內(nèi)容進(jìn)行分析，在仿真編譯子系統(tǒng)中，一般是通過將編譯程序從初始程序要產(chǎn)生目標(biāo)程序的過程中。此過程又分為若干個(gè)階段，主要負(fù)責(zé)將內(nèi)部的語法與詞法進(jìn)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(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件僅僅是教學(xué)軟件，因此只進(jìn)行錯誤提示，并將編譯結(jié)果保存。其次是仿真運(yùn)行子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，這種子系統(tǒng)主要是通過對單片機(jī)所發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的處理，一般來說是通過相應(yīng)對象中查詢所對應(yīng)的元素，然后再根據(jù)相應(yīng)指令進(jìn)行處理，以此滿足子系統(tǒng)的基本運(yùn)行。此外還存在一種設(shè)計(jì)掃描程序，可以將申請中斷的情況進(jìn)行查詢，在查詢到中斷情況是就可以利用指令來進(jìn)行中斷操作。最后只得一提的是這種系統(tǒng)與仿真電路子系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合時(shí)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行子系統(tǒng)的接口。最后一種子系統(tǒng)就是仿真電路子系統(tǒng)，這種子系統(tǒng)可以為用戶提供實(shí)驗(yàn)平臺，通過平臺可以仿真運(yùn)行電路系統(tǒng)。然后再通過內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)操作觀察到具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓用戶獲得與真正實(shí)驗(yàn)條件下相同的實(shí)驗(yàn)感受。[4-5]

4 結(jié)語

在高職單片機(jī)課程教學(xué)過程中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)教學(xué)在器材、場地、經(jīng)費(fèi)方面所面臨的問題得到有效解決，而且還能使教學(xué)具有的靜態(tài)化缺點(diǎn)和抽象化問題得到改善。不僅是對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的簡化，而且還能使教學(xué)過程具有較高的生動性和直觀性，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到全面提升，從而有效實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)效果的目標(biāo)。

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