[摘 要]本文對當(dāng)前單片機課程教學(xué)中存在的不足進行了分析，提出聯(lián)合使用Proteus軟件與Keil編程軟件的教學(xué)方法，并嘗試開發(fā)了以典型項目為導(dǎo)向、軟硬件相結(jié)合、創(chuàng)客式模塊化結(jié)構(gòu)的單片機課程教學(xué)，實踐證明，該教學(xué)方式可以較大程度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提升教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵字]仿真 軟件 硬件

基金項目：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院人文社科類研究基金項目“基于proteus的創(chuàng)客式教學(xué)法在單片機教學(xué)中的應(yīng)用”（項目編號：GJ1849）；江西省教育廳2018年科學(xué)技術(shù)研究項目（項目編號：GJJ181058）。

單片機課程教學(xué)中存在的問題

單片機課程是一門實踐性和應(yīng)用性都很強的課程，在大部分高職院校中，它是電氣自動化、工業(yè)機器人技術(shù)等專業(yè)的核心課程。目前，我院單片機課程教學(xué)中存在如下問題。

1.軟硬件教學(xué)未能結(jié)合。在教學(xué)過程中，硬件和軟件分開講授，授課方式以知識為驅(qū)動，導(dǎo)致學(xué)生在實際工作中難以形成系統(tǒng)化認(rèn)知，不會獨立自主地搭建一個完整的單片機系統(tǒng)。

2.學(xué)生對硬件電路設(shè)計的參與度不高。學(xué)生進行單片機實訓(xùn)或參加相關(guān)制作時，多是把教師上課講的例子直接下載到單片機上，創(chuàng)新改動得較少。究其根本原因，主要是學(xué)生對單片機芯片及其周邊電子元器件的使用不夠熟悉。如果在最后焊接及調(diào)試過程中出現(xiàn)問題，就必須重新進行全面排查，學(xué)生難以在有限的時間內(nèi)高質(zhì)量地完成相應(yīng)項目，部分人甚至因此而失去學(xué)習(xí)主動性。

另外，大多數(shù)高職院校的實驗實訓(xùn)場地不能全天開放，而實驗實訓(xùn)設(shè)備和儀器價格又較貴，學(xué)生不可能自行購買、使用，以致學(xué)生的實踐能力不夠強。

Proteus軟件

傳統(tǒng)的電子線路教學(xué)都是先學(xué)理論，再動手實驗，將軟件教學(xué)與硬件教學(xué)分開進行。分離的教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生對電子線路的知識理解困難，缺乏想象能力，難以有效吸收所學(xué)知識，這種教學(xué)模式注定了電子線路實驗教學(xué)會存在一定程度的問題[1]。隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)改變和提升了電子線路實驗教學(xué)的條件，采用Protel、Proteus等軟件進行電子線路設(shè)計、運行、調(diào)試等工作，可使電子線路實驗?zāi)茉谟嬎銠C上完成線路功能設(shè)計、性能分析、程序調(diào)試、整機測試等步驟，電子線路實驗不再受設(shè)備、場地、資金等條件的限制，與實際硬件線路實驗相比，電子線路實驗軟件的使用更有利于開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的Proteus仿真軟件在電子線路仿真軟件中首屈一指，它集電子電路設(shè)計、電路仿真與分析、程序調(diào)試、PCB設(shè)計于一體，可以對“電子技術(shù)”“電工原理”“單片機應(yīng)用技術(shù)”等課程所涉及的電子電路進行設(shè)計與仿真[3-6]，各類電子設(shè)備元件模型會在仿真過程中實現(xiàn)規(guī)定的響應(yīng)，并能實時顯示仿真的結(jié)果。

將Proteus軟件安裝到計算機后，會有ISIS和ARES兩個軟件，ISIS能設(shè)計繪制電路圖及仿真，ARES可進行PCB設(shè)計。單片機課程使用的正是ISIS軟件，利用它把電子線路設(shè)計出來，然后用VSM虛擬仿真模式進行仿真，通過調(diào)用VSM動態(tài)器件庫可以非常清晰地看到被仿真電子線路各個參數(shù)的狀態(tài)。在教學(xué)中用Proteus軟件進行電路仿真輔助教學(xué)，可以使實驗教學(xué)過程生動有趣，實驗結(jié)果比較直觀，學(xué)生對電路設(shè)計、元器件功能及電路原理的理解更深刻、更易懂，能實現(xiàn)事半功倍的教學(xué)效果。在實驗中，當(dāng)設(shè)計文件建好之后，先把項目所涉及的元器件放置好，再通過布線將其連接起來，這樣就形成了一張完整的電路原理圖。這時，就可以點擊“開始仿真”按鍵進行仿真，形成電路原理圖，如需制作PCB板，則要生成網(wǎng)絡(luò)表文件，最后對整個原理圖進行電氣規(guī)則檢查，并根據(jù)檢查報告不斷修改原理圖直至檢查通過。

Proteus軟件在單片機課程實驗中的應(yīng)用

單片機課程的電子線路實驗不同于“電子技術(shù)”“電工原理”等課程的實驗，它不僅包含硬件電路設(shè)計，還包括單片機的程序設(shè)計，且需將軟硬件相結(jié)合才能完成一個單片機實驗項目。傳統(tǒng)的單片機技術(shù)實驗教學(xué)要在兩節(jié)課的實驗時間內(nèi)完成軟硬件設(shè)計任務(wù)，這樣的教學(xué)方式使得學(xué)生難以順利完成整個實驗項目，久而久之便會失去學(xué)習(xí)興趣，甚至出現(xiàn)了抄襲他人程序應(yīng)付了事的情況[3]。而用Proteus軟件構(gòu)建單片機課程的電子線路實驗，可以順利進行電路仿真功能，使Proteus軟件與Keil編程軟件聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)CPU的軟硬件調(diào)試，學(xué)生在計算機上就能完成實驗項目的功能效果驗證，不僅提高了教學(xué)效率，還降低了教學(xué)成本。

以基于單片機的數(shù)據(jù)采集、顯示實驗為例，簡述Proteus和Keil軟件聯(lián)調(diào)進行單片機系統(tǒng)仿真實驗的方法[2]?；趩纹瑱C的LED顯示實驗線路主要由單片機芯片、時鐘、復(fù)位電路，以及LED顯示數(shù)碼管和一些外圍線路構(gòu)成，用以實現(xiàn)相關(guān)信息的采集和顯示。只要設(shè)計的電路圖搭好硬件電路，就可以通過Keil軟件進行程序代碼的編寫；程序編譯成功后，生成HEX文件，將其加載到Proteus中的單片機里，并將Keil軟件的Debug狀態(tài)設(shè)置為Proteus VSM Simulator，點擊“全速運行”；在Proteus軟件中點擊“仿真運行”按鈕，這樣就能實現(xiàn)兩個軟件基于單片機的數(shù)據(jù)采集、顯示實驗線路聯(lián)合調(diào)試。在調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)功能有誤，可以隨時修改程序，將其重新編譯后再次加載運行。Proteus與Keil聯(lián)合使用，可以在沒有制作具體電路板的情況下完成一個單片機實驗項目的設(shè)計、調(diào)試和結(jié)果驗證，能充分激發(fā)學(xué)生參與單片機課程實踐的熱情。

創(chuàng)客教育在單片機課程教學(xué)中的應(yīng)用

創(chuàng)客教育秉承“開放創(chuàng)新、探究體驗”的教育理念，以“在創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式，與單片機課程教學(xué)的要求一致，將其引入教學(xué)能促進單片機課程教學(xué)改革。

為了改進傳統(tǒng)教學(xué)中軟硬件分離講授、學(xué)生被動學(xué)習(xí)的弊端，我院嘗試開發(fā)了以典型項目為導(dǎo)向、軟硬件相結(jié)合、創(chuàng)客式模塊化結(jié)構(gòu)的單片機課程教學(xué)內(nèi)容，實踐證明，該教學(xué)內(nèi)容深受學(xué)生歡迎。創(chuàng)客式教學(xué)內(nèi)容的開發(fā)、設(shè)計具體分為以下4個步驟。

1.把單片機課程的教學(xué)內(nèi)容細分成知識點。

2.為單片機課程的各知識點確定基礎(chǔ)任務(wù)。設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)時應(yīng)以學(xué)生掌握知識點為教學(xué)目標(biāo)，選擇與實際工程接近的、難度適宜且學(xué)生感興趣的小型應(yīng)用項目；引導(dǎo)學(xué)生使用常用的元器件，讓他們在實踐過程中學(xué)習(xí)相關(guān)元器件、簡單的硬件電路設(shè)計及簡易的軟件編程等。學(xué)生帶著問題進行實踐學(xué)習(xí)，能大大提高其學(xué)習(xí)主動性。

3.開展不同的創(chuàng)客主題任務(wù)。當(dāng)學(xué)生完成單片機課程的基礎(chǔ)任務(wù)后，就可以引導(dǎo)他們開展不同主題的創(chuàng)客任務(wù)。設(shè)計創(chuàng)客主題時，應(yīng)以讓學(xué)生能靈活應(yīng)用知識點為目標(biāo)，并注重對知識點的綜合運用。創(chuàng)客主題任務(wù)的形式主要有設(shè)計型、綜合應(yīng)用型、探究型等，都是對基礎(chǔ)知識的拓展。單片機課程主題的設(shè)計要從不同角度或者更深層次去加強學(xué)生對知識點的掌握和運用，促使學(xué)生內(nèi)化知識。創(chuàng)客主題任務(wù)的完成過程和基礎(chǔ)任務(wù)的過程基本相同。

4.結(jié)合主題開展實踐。教師可在學(xué)生完成創(chuàng)客主題任務(wù)的基礎(chǔ)上鼓勵他們結(jié)合創(chuàng)客主題及生活進行創(chuàng)新創(chuàng)客小制作的實踐，這一步驟的目標(biāo)是為加強學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。該過程由學(xué)生自行選題，自行進行硬件電路設(shè)計、軟件程序的編寫及軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，教師作為引導(dǎo)者，可以在適當(dāng)?shù)臅r機給他們提供一些建議和幫助。

結(jié) 語

在單片機課程教學(xué)中采用Proteus仿真軟件，能使理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合，大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力、實踐操作能力和創(chuàng)新能力，同時，對于學(xué)生理解單片機硬件電路原理與軟件設(shè)計也有很大幫助，有效解決了單片機學(xué)習(xí)過程中理論與實踐脫離、學(xué)生動手能力不足的問題。與實際工程接近的單片機項目有利于培養(yǎng)學(xué)生的單片機系統(tǒng)實際開發(fā)能力，明顯提高了單片機教學(xué)的效率與質(zhì)量。創(chuàng)客教育理念的理論分析和實踐應(yīng)用能進一步完善教學(xué)內(nèi)容；與實際工程接近的案例提升了教學(xué)內(nèi)容的實用性，便于學(xué)生主動運用相關(guān)理論知識，使其能學(xué)以致用，有助于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。另外，單片機課程的創(chuàng)客式教學(xué)法還為推動其他課程的教學(xué)改革提供了理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]吳樂堅、盧旭錦：《Proteus軟件在高職院校電子線路實驗中的應(yīng)用研究》，《科教文匯》2018年第25期，第93-98頁。

[2]金國華、翟朝霞、周麗娜 等：《Proteus和Keil軟件在單片機理論與實踐教學(xué)中的應(yīng)用》，《中國現(xiàn)代教育裝備》2017年第259卷第2期，第43-45頁。

[3]范程華、蔣先偉、魯世斌 等：《Proteus在電工電子實訓(xùn)中的應(yīng)用》，《電子設(shè)計工程》2011年第19卷第7期，第17-18、22頁。

[4]侯向鋒、周兆豐：《Proteus在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用》，《湖北師范學(xué)院學(xué)報》（自然科學(xué)版）2012年第32卷第4期，第114-118頁。

[5]楊晶晶、劉延飛、慕曉剛 等：《仿真軟件在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用》，《現(xiàn)代電子技術(shù)》2013年第36卷第20期，第45-46、50頁。

[6]胡中玉、岳強、任杰 等：《基于Proteus仿真的電工電子課程教學(xué)創(chuàng)新》，《實驗技術(shù)與管理》2016年第33卷第4期，第128-130頁。

作者單位：孫小春 劉林章 楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孫小迎 南昌工學(xué)院