郭恩來?陳永軍

摘 要：本文重點介紹了如何借助計算機虛擬仿真軟件推進單片機理實一體化教學，即通過引入計算機仿真軟件構建虛擬實驗室一體化教學平臺，實施任務驅動下的單片機課程一體化教學，讓抽象的內容變得生動、靈活，有助于解決理實一體化教學中受實訓條件限制的問題，提高教與學的效率。

關鍵詞：單片機Proteus 一體化教學 虛擬實驗室

一、單片機理實一體化教學存在的問題

學習單片機需要掌握多門相關的課程，它涉及電子技術基礎、Protel電路設計、單片機原理、C 語言程序設計等。這些課程的教學設置在幾個不同的學期，安排時間跨度大，教學時間往往會分為兩個學期，相互之間的聯(lián)系較少，很多學生往往前學后忘，知識得不到連貫，對本門學科沒有整體的認識，不能形成完整有序的知識系統(tǒng)，學習難以深入。

理實一體化教學方式已經(jīng)深入職業(yè)學校的課堂教學中，將有關專業(yè)設備和教學資料放在同一教室，學生在理實一體的教室里以做學結合的方式來完成相應的學習任務，專業(yè)理論知識與實踐技能的學習有效地融為一體，使得傳統(tǒng)的以學科為中心的教學方法帶來的輕技能培養(yǎng)，重理論知識的弊端得到了改變。然而，在實際進行一體化教學實踐時也遇到了一些問題，影響了教學效果。

1.硬件設備受制約

要開展好單片機的一體化教學，必須建立好符合教學需求的軟硬件環(huán)境。但是在實際操作中，要想建立健全的單片機教學場所需要的軟硬件投入資金比較大，而因為課程專業(yè)性強的特點往往收效不能立刻體現(xiàn)，因此學校是否愿意投入大量資金進行建設是個問題。在實際教學中往往是幾個學生圍著一臺電腦和一個實驗箱，而實踐過程中出現(xiàn)的器件損耗又制約了實踐操作，致使動手機會減少，影響教學效果。

2.教學效率受影響

做一次單片機的演示實踐需要用到比較多的實訓設備，如：仿真器、實驗電路板、計算機等，因此，教學準備就需要教師花費比較長的時間。在教學時，為了驗證軟件編程的效果，需要多次拔、插芯片，使得教學的效率受影響。而教學時需要用到PROTEL畫圖與制版軟件、編譯軟件、仿真軟件等多種軟件和編程器與下載器等各種硬件設備，老師在課堂教學時難免要經(jīng)常切換，因此學生在實際操作時會手忙腳亂。

3.教學內容受限制

由于單片機一體化教室硬件設備的不可更改性約束了電路的繪制或軟件的編寫。如果更改了電路卻沒有相配備的硬件那么就無法看到演示的結果，更不利于在課堂中生成個性化的教學內容，使得教學內容的選擇顯得比較死板，不利于學生持久的學習與提升。

二、單片機虛擬仿真教學策略

1.以仿真軟件搭建一體化教學平臺

能否借助目前職校較為發(fā)達的計算機系統(tǒng)構建“虛擬實驗室”，利用虛擬仿真軟件進行全方位實驗實訓仿真達到實驗室的教學效果呢？所謂“虛擬實驗室”就是運用現(xiàn)代信息技術，利用計算機平臺，采用信息技術軟件建立虛擬的仿真教學環(huán)境，用技術軟件在計算機中搭建出單片機虛擬實驗室，在這個實驗室上進行單片機項目的教學實驗與實訓。Proteus就是一款比較流行和具有良好通用性的電路分析與實物仿真軟件。Proteus具有強大的電子器件元件庫，可以方便快捷地繪制各種原理圖，可以對集成電路和各種器件進行虛擬仿真，它和Keil軟件可以共同構成基于個人PC 軟件的單片機個人虛擬實驗室。

相比于硬件仿真設備構建的單片機實驗室，基于Proteus軟件的虛擬實驗室可以不受資金和場地的限制，虛擬實驗涉及的項目內容可以更全面，設備的投入也減少，可以通過計算機模擬和完成整個演示實驗。學生可以構建基于Proteus軟件的個人實訓平臺，根據(jù)自身學習能力進行個性化的實驗，實訓過程沒有傳統(tǒng)教學時硬件的損壞，不需維護。教學時編譯的程序可以馬上在虛擬的環(huán)境中看到效果，并減少了設計中的插、拔、寫等過程，具有直觀、節(jié)省成本及與實際最為接近等特點，因此大大提高了課堂教學的效率。

2.以項目模塊組建一體化教學內容

為了更好地在PROTEUS軟件上建立實踐項目，我們將單片機課程的教學內容按照由淺入深的原則進行模塊化安排，盡量選擇較為基礎的教學項目，符合中職學生先易后難的學習特點。根據(jù)筆者學校學生實際情況，我們把單片機課程教學分成了三個模塊6個項目，并進行了任務分解，見下表。

因為有軟件的支撐，上述任務還可以在實際教學時根據(jù)學生的學習情況進行個性化的調整而不受硬件的限制。

3.以任務驅動構建一體化教學模式

（1）確定學習任務。根據(jù)項目模塊的安排，以工程實例引出學習任務，然后進行任務分解，確定各任務完成的目標。教師指導學生分組討論，共同對項目進行分析，確定工作步驟和程序。學生根據(jù)整個項目的知識需求，結合系統(tǒng)的電路和相關的描述找出并確定學習任務。

（2）明確學習要點。在具體分析項目，確定學習任務后，教師幫助學生明確本項目所涉及的單片機相關知識要點，幫助學生弄清項目工作原理；學生分組在紙上先畫出電路草圖，列出元器件表，找出知識的要點和技術的關鍵點以及要注意的問題，以便在項目的進行過程中有意識地對知識要點、關鍵技能進行檢查。

（3）搭建學習平臺。在教師的引導下，學生通過分析基本確定整個系統(tǒng)硬件和軟件組成。然后進入設計環(huán)節(jié)，硬件設計：學生在教師的指導下，明確設計要求和目的，用Proteus軟件畫出硬件電路。軟件設計：在硬件電路的基礎上，學生逐步編程控制硬件，分別繪制流程圖并編制軟件，通過Proteus畫好的單片機加載軟件進行仿真。

（4）測試教學項目。搭建好學習平臺后，學生進行教學項目的測試，使用Proteus軟件進行測試、調試，對存在的故障現(xiàn)象進行處理，直至順利完成學習項目。項目測試以學生動手實踐為主，在教學項目測試時，采取小組間自測和共同測試等以學生為主體的學習方式。當出現(xiàn)問題時，學生就會自主找尋問題的解決方案，這樣學生既要掌握項目任務所需的理論知識，又需要達成最終成果的實踐方法。因此，教學項目檢測是一體化教學中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)。

（5）評估學習成果。通過個人、小組和教師三方面對學生的學習能力、動手能力分析與評價，使學生個體對自己有一個較全面的多方位的了解，更是可以通過綜合評估發(fā)現(xiàn)個體自身的優(yōu)點，激發(fā)動力挖掘潛能，實現(xiàn)學生的全面發(fā)展。主要分成兩大部分：其一是教師根據(jù)設計好的項目評估表的具體內容對各組學生完成的項目產(chǎn)品集體評估打分，是小組的共同成果。二是對每一位學生在整個項目教學過程中的綜合表現(xiàn)進行評估打分，是學生個體的成果。通過綜合評估發(fā)現(xiàn)個體自身的優(yōu)點，激發(fā)動力挖掘潛能，實現(xiàn)學生的全面發(fā)展，并且項目評估分在學科總成績中占一定比例，實現(xiàn)理論考核與實踐評估相結合。

三、單片機虛擬仿真教學反思

一是在教學中引入 Proteus仿真軟件構建的虛擬實驗室，利用其提供的可靠的虛擬儀器和儀表，可以構建Proteusr的個性化實訓平臺。有效幫助解決了硬件環(huán)境條件不足帶來的教學問題，是一種低投資、高性能的電子設計自動化軟件，不但經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，而且大大提高了教學效率。

二是利用仿真的形象、生動，以及過程跟蹤、結果顯示等特性，可將過程直接反映在大屏幕上，達到師生互動，增強一體化教學的效果，使學生直觀地理解軟硬件結合的思想。學生主體參與意識的增加，提高了分析、解決問題的能力及團隊合作精神，培養(yǎng)了綜合職業(yè)能力。

三是在一體化教學模式下，每一個項目的完成都離不開Proteus軟件，對該軟件的學習將貫穿整個教學過程，隨著教學內容的復雜化，對開發(fā)工具的使用也將越發(fā)深入。同時由于開放性的實踐使得教師備課時要充分考慮到各種各樣的問題，促進教師為應對、解決可能遇到的各種問題不斷提高。

四是在實際教學中由于虛擬實驗室提供的可靠簡便的過程可視性，在教學中學生對硬件的操作技能訓練如：焊接、刻板等技能的訓練相對減少，并且在綜合應用項目中，還是要使用到硬件仿真器等設備，所以還要繼續(xù)建好和完善硬件實訓平臺，以優(yōu)化軟硬件實訓一體化教學。

總之，在一體化教學已經(jīng)被廣泛用于職業(yè)學校專業(yè)課教學的形勢下，通過信息技術的引入，構建虛擬實驗室一體化教學平臺，實施單片機課程一體化教學。在理論性和實踐性都很強的單片機教學應用中，能有效幫助解決教學中受硬件設備制約等問題的同時，也提高了課堂教學的效率，提高學生學習興趣，提升教學效果。

參考文獻：

[1]上海信息技術學校. 職業(yè)教育教學方法研究與實踐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[2]林立，張俊亮.單片機原理及應用——基于Proteus和Keil C[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]彭遠芳.基于“項目驅動法”的單片機課程一體化教學的探索與實踐[J].計算機教育，2010（06）.

[4]劉建華，王建立.基于一體化教學模式的單片機課程改革探索[J].職業(yè)教育研究，2010（10）.

[5]王秀.基于Proteus的單片機仿真教學的研究[J].科技信息，2010（32）.

[6]殷勤奮.淺談單片機應用技術課程一體化教學[J].職業(yè)，2011（02）.

[7]陳立.《單片機原理》教學做一體化教學的探索與實踐[J].職教論壇， 2010（17）.

（作者單位：溫嶺市職業(yè)中專）