摘 要：本文分析了傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷，介紹了運(yùn)用Proteus仿真軟件在單片機(jī)教學(xué)中的優(yōu)勢，并結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐，就如何在單片機(jī)中實(shí)施Proteus理實(shí)一體化教學(xué)進(jìn)行了闡述，以提高中職單片機(jī)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：中職；Proteus仿真軟件；單片機(jī)

一、傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷

1. 講授式。

或稱教師主導(dǎo)式、填鴨式、照本宣科式。這是一種學(xué)生被動接受知識的教學(xué)方式，此種教學(xué)方法因枯燥乏味，學(xué)生參與性、自主學(xué)習(xí)性、趣味性欠佳，已遭到學(xué)生的厭倦，革新的呼聲越來越高。但在欠發(fā)達(dá)地區(qū)卻仍然占主導(dǎo)地位，因師資、結(jié)構(gòu)與水平、設(shè)備條件及教學(xué)觀念的落后影響了其革新的力度、深度和持久性。用這種方法備課、備學(xué)生，雖最容易最輕松，但卻與激發(fā)學(xué)生興趣與潛能，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維、合作意識背道而馳，往往氣氛沉悶，使中職課堂教學(xué)效果不理想。而由教師講授、板書、學(xué)生做筆記的教學(xué)模式，到多媒體課件演示教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，雖然有所改善，但手、腦、口并用的追求卻得不到學(xué)生的配合，學(xué)生自主參與性不高。

2. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證式。

教學(xué)過程在實(shí)驗(yàn)室完成，學(xué)生通過完成教師設(shè)計的項(xiàng)目來達(dá)到接受知識和探究疑惑的目的。雖然這種教學(xué)方式靈活、有趣、有效，但組織、準(zhǔn)備的難度大，硬件的成本、室場的限制及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計的滯后，這些因素制約了它的全面開展，在實(shí)施過程中存在諸多缺陷。

（1）實(shí)驗(yàn)室有限。除了機(jī)房，相同功用的實(shí)驗(yàn)功能室，學(xué)校一般是建一個，如我校電子專業(yè)二年級共9個班，每班每周有4節(jié)單片機(jī)課，其中2節(jié)為實(shí)驗(yàn)課，但僅建有一個單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，且該室還是6個班的Protel DXP課程的實(shí)訓(xùn)場所，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足教學(xué)需要。

（2）師資的需求倍增。平均50人一個班，在教室上課只用一位教師，但在實(shí)驗(yàn)室必須要配兩位教師，或一位教師和一位實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)員，否則很難按計劃完成教學(xué)任務(wù)，無法達(dá)到預(yù)想的教學(xué)效果。

（3）設(shè)備投資、損耗大，易過時、滯后、使用率低。電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，與文、理科的實(shí)驗(yàn)室相比，設(shè)備使用周期較短，無法保證及時更新；實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備損耗、損壞、燒毀嚴(yán)重，增加教師的工作量；我校曾花十幾萬元配備了三向教儀的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，但只用了六年就被淘汰報廢，而新建的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室所需資金投入較大，給學(xué)校財政帶來了巨大的壓力?，F(xiàn)有部分學(xué)校采用實(shí)驗(yàn)箱或項(xiàng)目模塊，雖所投入成本降低，但卻存在缺陷。如我校的單片機(jī)模塊缺乏校本實(shí)操項(xiàng)目“LED點(diǎn)陣顯示”模塊，電源只12V內(nèi)可調(diào)，單片機(jī)燒錄器僅兩個，這些設(shè)計上的缺陷教師是無法糾正的，這制約了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的按需完成。

我校以往的單片機(jī)教學(xué)是教師在課室講解單片機(jī)的構(gòu)造、原理和基本指令，再紙上談兵般地教學(xué)生編程序，后再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行編程訓(xùn)練。接近期末，再進(jìn)行為期兩個星期的單片機(jī)“點(diǎn)陣顯示”項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)，學(xué)生用萬能板根據(jù)選定的電路圖進(jìn)行布局設(shè)計與焊接，學(xué)生往往花費(fèi)大量的時間在焊接上，而焊接成功且能插上單片機(jī)正常工作，達(dá)到實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目要求的不足40%，調(diào)試與測量、創(chuàng)新、編程等技能得不到有效培養(yǎng)。

二、Proteus仿真軟件在單片機(jī)教學(xué)中的優(yōu)勢

Proteus軟件具有非常豐富的仿真元器件庫，還為仿真系統(tǒng)配置有虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。除了具有EDA工具軟件的電路仿真功能外，還具有交互式的仿真能力和支持第三方的軟件編譯功能；針對微處理器的應(yīng)用，它可以編譯軟件聯(lián)調(diào)，調(diào)試與仿真相應(yīng)的接口技術(shù)，還能看到電路運(yùn)行后輸出的聲、光、信號波形等逼真的仿真效果。

Proteus軟件集電路仿真與軟件調(diào)試于一體，成為了一個完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)了在計算機(jī)中完成電路原理圖的設(shè)計、電路分析與仿真調(diào)試、微處理器程序設(shè)計與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗(yàn)證到形成印制電路板的完整電子設(shè)計和研發(fā)過程。Proteus軟件的應(yīng)用，不需要傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)所需的大量硬件設(shè)備，也不需要更多地占用實(shí)訓(xùn)場地，所以無需對這些硬件的購置、損耗、維修和更新投入很大的資金和精力，這對于需要大量實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)的課程來說，是高效且低成本的最好選擇。

一種教學(xué)手段的實(shí)施能否取得成功，要看學(xué)生接受程度和教學(xué)效果。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對計算機(jī)應(yīng)用軟件的接受和使用能力并不缺乏，且對學(xué)習(xí)仿真軟件的態(tài)度是積極的，絕大多數(shù)學(xué)生已從被動地聽課轉(zhuǎn)化到主動地求知，能夠軟、硬兩方面分析問題所在，再進(jìn)行實(shí)時修改、仿真，最后掌握相關(guān)技能，體現(xiàn)了利用仿真軟件收到了較好的教學(xué)效果。

三、實(shí)施Proteus的理實(shí)一體化教學(xué)過程

07年我校開始在電子技術(shù)與單片機(jī)兩門課程中廣泛應(yīng)用Proteus進(jìn)行仿真教學(xué)，收到了良好的效果，現(xiàn)以單片機(jī)教學(xué)為例進(jìn)行展示。

1.單片機(jī)的構(gòu)造、原理。通過在課室的多媒體教學(xué)完成，并把所有的知識點(diǎn)，通過問題的形式用多媒體板書，讓學(xué)生自主或與同學(xué)相互探討解決。難點(diǎn)可作為前置作業(yè)，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、到圖書館查閱資料等方式進(jìn)行突破，教師再適時用Proteus演示單片機(jī)控制的新穎霓虹燈，或帶他們到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室觀摩往屆學(xué)生的作品及教師提前準(zhǔn)備好的演示模塊，讓學(xué)生體驗(yàn)單片機(jī)程序的魅力，激發(fā)學(xué)生的興趣與求知欲。

2.指令與編程。教師把指令整理印發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生利用課余時間多閱讀。在教學(xué)過程中，教師每講解一個指令或一段程序，就用Proteus進(jìn)行仿真演示，學(xué)生可直觀看到不同的指令所產(chǎn)生的效果，增強(qiáng)了趣味性，從而提高學(xué)生課堂參與的熱情，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。同時要注重“軟硬兼施”，Proteus課堂仿真助理解，實(shí)驗(yàn)硬件模塊助實(shí)踐。學(xué)生每學(xué)完一類型的指令，教師就提供實(shí)驗(yàn)室的模塊讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，通過自己的思維，自己的編程，轉(zhuǎn)化為電路的多彩狀態(tài)。硬件缺乏的，就利用Proteus讓學(xué)生自己仿真，真正習(xí)得技能。

3.綜合項(xiàng)目訓(xùn)練。下文以AT89C51單片機(jī)控制的交通燈項(xiàng)目為例來說明實(shí)施Proteus的理實(shí)一體化教學(xué)過程。

（1）電路設(shè)計：首先從Proteus庫中選取所需的元器件，在編輯區(qū)中放置元器件、電源和地、連線、元器件屬性設(shè)置和電氣檢測等，保存為“交通燈.DSN”文件。

（2）源程序設(shè)計、生成目標(biāo)代碼文件：通過菜單“源文件→添加/移除源文件（S）…”，新建源程序文件“交通燈.ASM”。通過菜單“源文件→交通燈.ASM”，打開Proteus提供的文本編輯器“Source Editor”，在其中編輯源程序，程序編輯好后保存。通過菜單“源文件→構(gòu)建所有”編譯源程序，生成目標(biāo)代碼“交通燈.HEX”。若編譯失敗，對程序進(jìn)行修改直至編譯成功。

（3）Proteus仿真：加載目標(biāo)代碼文件，雙擊打開元器件單片機(jī)的屬性窗口“Edit Component”，在“Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件“交通燈.HEX”，在“Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率為12MHz。點(diǎn)擊按鈕?藎進(jìn)行仿真。當(dāng)發(fā)現(xiàn)硬件電路有問題時可隨時修改，直到軟硬件都滿足要求。

（4）在ARES中進(jìn)行PCB設(shè)計：電路圖后期處理，如添加電源、地、輸入輸出端等連接器、對沒有封裝的罕見元件制作定義封裝、設(shè)定層面、布局、設(shè)置約束規(guī)則、調(diào)整文字面、布線、規(guī)則檢查、鋪銅、輸出CADCAM文件。

（5）安裝與調(diào)試：雕刻機(jī)鉆孔、刻板后要進(jìn)行安裝與調(diào)試。因?qū)W校建有元件庫，學(xué)生所需的元器件由教師統(tǒng)一發(fā)放，學(xué)生領(lǐng)取元件測量無誤后直接焊接。因調(diào)試在軟件上已經(jīng)仿真完成了，一般不用調(diào)試就能正常工作。

相比用萬能板，學(xué)生做項(xiàng)目的效率大大提高。因?yàn)橐坏┌l(fā)現(xiàn)布局有缺陷，可以任意、隨時修改，直到滿意為止。對于短路、漏接線、導(dǎo)線縱橫交錯等方面的問題，也得到了解決。且全自動化雕刻機(jī)刻板，效率、成本、效果都改善了，使花在焊接上的時間大大縮短，為學(xué)生進(jìn)行編程、調(diào)試預(yù)留了更多的時間，學(xué)生做項(xiàng)目的成功率提升到85%以上，教學(xué)、學(xué)習(xí)重點(diǎn)得到強(qiáng)化與完成。

通過實(shí)施新的教學(xué)手段，運(yùn)用Proteus仿真教學(xué)，理實(shí)一體化，教學(xué)效果明顯。（1）學(xué)生期末綜合項(xiàng)目的成功率由40%以下提升到85%以上；（2）學(xué)生在省單片機(jī)技能競賽中從無到有，從有到優(yōu)，獲獎佳績不斷；（3）學(xué)生學(xué)以致用，畢業(yè)后從事單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的人數(shù)增多；（4）學(xué)生單片機(jī)項(xiàng)目作品一屆比一屆難，卻一屆比一屆好。

Proteus仿真軟件的應(yīng)用，可充分利用學(xué)校計算機(jī)機(jī)房的現(xiàn)有設(shè)備，減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件維護(hù)工作量，實(shí)驗(yàn)環(huán)境又與實(shí)際工程系統(tǒng)非常接近，且能夠以軟件代替硬件逼真地模擬單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的全過程，適應(yīng)了當(dāng)代學(xué)生的認(rèn)知能力。在教學(xué)效果上，它不但方便有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和綜合應(yīng)用知識分析問題、解決問題的能力，還大大地節(jié)省了教學(xué)時間，降低了教學(xué)成本，尤其是教學(xué)實(shí)踐后期的應(yīng)用電路的實(shí)際制作，獲得了較好的教學(xué)效果。

（作者單位：清遠(yuǎn)市職業(yè)技術(shù)學(xué)校）

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責(zé)任編輯 何麗華