基于Proteus仿真软件的《单片机原理与应用》课程教学改革探索
2014-07-05谢斌
谢斌
【摘要】目前，中职学校单片机原理与应用课程课堂教学由于实验仪器设备不足、损耗率高、实验参数更改不易，导致实验开出率低，学生很难自主进行探究实验，学习积极性低，创新能力和自主学习能力得不到培养。本文尝试采用仿真软件辅助教学，探索新的实验组织形式，激发学生学习兴趣，以期培养学生的自主学习能力和创新能力，并给出了相应的教学设计案例。
【关键词】仿真软件自主学习创新能力单片机实验
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）06-0228-02
一、传统的教学方法存在的不足
传统的实验教学模式是教师事先准备好实验课题和实验步骤，课上教师先讲解、示范实验内容，然后由学生按照实验步骤进行操作。在这种教学模式下，学生按照课本上的实验步骤机械地操作，没有自己的创新。就算有部分学生想尝试采用不同方法进行实验，也往往因为修改电路参数、更换检测仪器设备的不易和高安全风险而无法进行。在这种传统的实验教学模式下，学生被动的学习，学习积极性不高，教学效果差，不利于培养学生的自主学习能力和创新能力。
二、Proteus仿真软件辅助教学的优点
1.可以激发学生学习兴趣，提高教学质量
Proteus仿真软件具有很强的视觉冲击力和可操作性，可以为使用者提供视觉、听觉等方面的刺激，这种体验使学生在学习过程中容易对所学内容产生浓厚兴趣，教师在课堂进行仿真实验演示时，可以展示各种不同的现象，吸引学生的注意力。实践证明，采用Proteus仿真软件辅助教学，学生的学习积极性有明显提高，甚至一些基础差的学生也能在一段时间内保持他们的注意力。
2.有利于培养学生的自主学习能力和创新能力
Proteus仿真软件在修改元器件参数、更换仪器和搭建电路上方便、快捷、安全，在实验过程中，学生可以按照个人的理解绘制实验电路，还可以根据需要，随时更改电路结构，使用各种仪器观测结果。学生在完成规定的相关技能训练后，还可以进行小组合作完成扩展练习，组内学生分工合作，提出各种假设，然后利用仿真软件在短时间内进行各种假设实验，最终完成扩展练习任务。这种基于虚拟仿真技术的教学模式，能够激发学生的学习兴趣和培养学生的创新能力，帮助学生树立信心，养成良好的学习习惯，发展自主学习的能力，形成有效的学习策略。
三、仿真软件辅助教学流程
四、仿真软件辅助单片机教学实例
由于Proteus仿真软件在搭建电路上的方便快捷，老师和学生能够在很短的时间内完成相关技能训练的教学活动，将节省下来的时间让学生自己制定计划、分工合作进行扩展练习。下面是仿真软件在“LED闪烁警示电路制作”课题中的应用实例。
1.设计问题情境
客户（甲方）：为防止有员工误入危险生产车间，我公司拟在危险生产车间门口设置一个LED闪烁警示电路，要求警示电路为红色LED闪烁显示，1秒钟闪烁一次，能长时间稳定运行，请贵公司尽快着手安排人员前来设计安装。
某公司技术部门（乙方）经理：经研究，我方决定采用单片机控制红色LED闪烁显示，以实现客户要求。
2.相关技能训练
（1）程序分析和目标代码的生成。这个环节的重点在分析延时程序的编写原理,让学生掌握延时程序的编写。
#include
#define uint unsigned int//宏定义
sbit D1=P1^0; //声明单片机P1口的第一位
void delay(uint z); //声明子函数
void main()
{
while(1) //大循环
{
D1=0;//点亮第一个发光二极管
delay(500);//延时500毫秒
D1=1;//关闭第一个发光二极管
delay(500);//延时500毫秒
}
}
void delay(uint z) //延时子程序延时约z毫秒
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
（2）LED闪烁警示电路绘制。这个环节让学生掌握采用P1口控制LED的电路绘制方法。
（3）仿真運行。这个环节让学生掌握对硬件电路加载目标代码以及仿真运行的方法。
3.相关技能巩固
这个环节让学生巩固前面两个环节中所讲授的原理和技能，并提出问题——将R1的阻值改变，观察发光二级管亮度变化情况，试分析原因。让学生在掌握基本技能的基础上，能够自主的去修改电路参数，观察实验现象，探究原因，完成自主学习。
4.扩展练习
本环节的目的在于培养学生的创新改造、独立分析、综合决策、团队协作和与人沟通等能力。基本原则是以学生为主体，教师为主导。
（1）扩展练习内容：客户（甲方）要求采用单片机P1.2口控制黄色LED灯，黄灯烁时间间隔为2秒。
（2）按学校情况，将学生分成10个小组，每组4人，经过小组内部交流，小组成员对客户要求有一定认识，然后进行分工。教师负责全面统筹，化解分工时产生的一些矛盾。
（3）各小组集体讨论，得出实施决策，组织制定工作计划，合理安排工作步骤。小组成员根据自身技能操作水平和理论基础，结合实习情境，制定工作实施计划。教师查看各小组计划，给出建议，指导各组对其计划进行完善。
（4）学生围绕各自负责项目，进行自主学习，完成负责项目。教师监督各组内交流合作情况，对各小组活动进程进行追踪，及时解决小组遇到的问题。
5.工作岗位“6S”处理
各小组完成任务后，关闭计算机电源，小组成员对本工作岗位进行“整理、整顿、清扫、清洁、安全、素养”处理，确保各项设备处于最佳工作状态。
实践表明，将Proteus仿真软件引入到单片机原理与应用课堂中来，利用Proteus仿真软件庞大的元器件库和使用的方便、快捷、安全的特点，创设“情境性问题”激发学生探究的兴趣和动机，能增强学生对单片机原理的感性认识，加深对单片机程序的理解，切实提高学生对单片机原理的应用水平。
参考文献：
[l]《基于C语言的单片机应用技术与Proteus仿真》，杨黎主编，中南大学出版社，2012年8 月版。
[2]《单片机应用与接口技术》，周坚主编，机械工业出版社，2011年8月版。
[3]《单片机应用项目教程》，金杰主编，电子工业出版社，2009年12月版。
[4]《单片机轻松入门》，周坚主编，北京航空航天大学出版社，2006年3月版。
