基于Proteus的单片机项目化教学改革研究与实践

姚健 刘喜双

引言：单片机在工业控制、智能仪器等方面有着广泛的应用，单片机课程是应用电子技术及相关专业非常重要的专业课程，课程的理论性和实践性强，课程难度大，学生不易理解和掌握，学习兴趣不高，实践能力差。将Proteus软件应用于单片机项目化教学改革，使项目案例直观、生动，激发学生学习兴趣，降低课程难度，提高学生实践应用能力。

单片机于20世纪70年代问世以来，已被广泛的应用在工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、家用电器、机电一体化设备、汽车电子等各个方面[1]。因此，单片机是应用电子技术及相关专业非常重要的一门专业课程，但单片机涉及到硬件与软件两方面的内容，课程的理论性和实践性都很强，课程具有较高的难度，对教师和学生的要求都比较高。在单片机课程的教学中，学生通常会感觉理论知识抽象，不易理解和掌握，对于实践操作无从下手，学生学习积极性不高，课程的教学效果不理想，需要对课程进行教学改革。

一、单片机教学中存在的主要问题

单片机课程涉及单片机内部结构、工作原理分析，系统外围电路设计和软件程序的编制，虽然在目前的教学中使用了多媒体教学，使单片机内部结构和工作原理更形象、具体，扩充了课堂的信息容量，但课程的理论性强，教师如果只是针对理论知识进行分析和讲解，而没有将其融入到具体的应用案例中，学生缺少感性认知，对理论知识的理解和应用有较大难度，学生学习的积极性不高。实践教学方面，通常的教学模式是在理论知识讲授完成后安排相应的实验课，理论与实验之间存在较大的时间间隔，实验时学生对相关的理论知识已经遗忘，需要教师将理论课内容重复讲述一遍，占用了较长的实验时间，学生实际操作的时间有限，实验方式主要是学生利用实验箱进行电路连线，通过电脑进行程序编制并下载至单片机运行，由于实验箱的电路结构相对固化，实验中硬件电路的设计主要就是学生按照原理图进行按线，缺少实际应用的训练，而且能够完成的实验项目有限，开放性差[2]。而且由于实验设备和场地的限制，往往是3～4名学生共用一套实验设备，平均每个学生动手操作的机会有限，而且个别学生还存在浑水摸鱼的现象。学生的实践应用能力差，不能独立完成简单的单片机应用系统的设计与制作。

针对上述单片机课程教学中存在的主要问题，结合高职院校学生培养目标和学生特点，对单片机课程进行项目化教学改革，以激发学生学习兴趣，切实有效地提高学生知识接受能力和实践动手能力，提高课堂教学效果。

二、单片机课程项目化教学改革

采用按项目重构课程内容，以实例组织单元教学的形式重组教学内容。项目化教学打破了传统的强调知识体系结构，以知识点为序编排教学内容的做法，用项目分解知识点，以产品制作为载体，将单片机应用系统设计所需要的基本知识和基本技能穿插在每个任务的完成过程中进行讲解，每一个任务只讲解完成本任务所需要的基本知识、基本方法和基本技能，将知识化整为零，降低课程的学习难度。同时项目化教学将理论知识融入到实践操作之中，使抽象的理论知识具体化、象形化，更易于学生理解和掌握，激发学生的学习兴趣，还可以提高学生的实践应用能力。但是在进行项目化教学改革的过程中，除了要精心设置各项目教学内容，优选与生产实际密切相关的实践操作案例，还要建立与项目内容配套的实践操作平台，否则项目化教学改革就只是空中楼阁。

三、Proteus在单片机项目化教学中的应用

Proteus软件是英国Labcenter公司推出的一款单片机开发平台，可以在没有单片机硬件的条件下，利用计算机进行虚拟仿真，实现单片机系统的软、硬件协同设计。将Proteus软件应用于单片机项目化教学改革中，教师可以在多媒体教室，不需要硬件开发环境的条件下，进行课程的项目化教学，演示项目案例的设计过程，仿真运行效果。如此，教师在课堂上可以边讲、边进行操作演示，使学生对于单片机的工作原理及系统的开发与设计过程有更深入的理解，增强学生的实践应用能力[3]。教学过程直观、生动，可以极大的激发学生学习兴趣，提高学生课堂的参与度。而且Proteus软件界面友好，操作方便，教师在课堂教学过程中可以灵活方便的对系统线路和程序进行修改与调试，扩展课程的知识、方法和技能，提高课堂教学效率。下面以数码管动态扫描显示为例，介绍Proteus软件在课堂教学中的应用。

首先进行硬件电路设计，从原件库中选取元器件，进行连线，将硬件电路设计好，如图1所示，其中P1口为段选码输出，P2口为位选码输出。

图1 动态扫描显示电路设计及仿真效果

然后根据硬件电路在Keil软件中进行程序编制，如图2所示。通过Keil软件编译生成HEX文件，加载到Proteus中进行仿真，运行效果如图1所示。

图2 程序代码

此外，还可以利用Proteus软件建立虚拟实验室，可以不受实验场地、时间和实验设备的限制，学生只要有电脑就可以随时随地进行实验操作，而且对实验项目没有限制，教师可以安排设计性和综合性实验项目，让学生在课后进行操作练习，不但可以加强学生的实践应用能力，还可以培养学生的自学能力[4]。

四、结束语

将Proteus仿真软件应用于单片机课程的项目化教学改革之中，可以使教学案例直观、形象，不但可以激发学生的学习兴趣，有效降低课程的理解难度，还可以培养学生的实践应用能力。教学实践表明，Proteus软件在单片机课程教学改革中发挥了重要作用，取得了较好的教学效果。

参考文献

[1]杨镇博，张加宏.Proteus软件在单片机教学改革中的应用[J].科技信息.2013（5）.

[2]庄乾成.基于Proteus仿真的单片机项目化教学改革[J].辽宁高职学报.2014（10）.

[3]张琳芳.基于Proteus技术的单片机教学改革研究[J].河南工程学院学报（自然科学版）.2014（6）.

[4]王京港，张翠平.基于项目驱动及Proteus仿真的单片机教学改革探索[J].中国电力教育.2013（22）.

（作者单位：浙江工贸职业技术学院）

作者简介

姚健（1981-），女，哈尔滨人，讲师，硕士，主要从事电气工程与自动化教学研究。

刘喜双（1977-），男，哈尔滨人，副教授，硕士，主要从事电气工程與自动化教学研究。单位：浙江工贸职业技术学院，电子工程系。