王濤 陶薇 林峰

【摘要】目前微機(jī)原理及應(yīng)用課堂教學(xué)內(nèi)容枯燥抽象，課堂上缺乏生動(dòng)有效的演示平臺(tái)。為了解決這些問(wèn)題，提出了協(xié)同虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的教學(xué)模式，幫助學(xué)生更好地掌握和消化相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與學(xué)習(xí)效率。

【關(guān)鍵詞】微機(jī)原理及應(yīng)用 虛擬仿真 教學(xué)改革

學(xué)好單片微機(jī)技術(shù)是機(jī)械、機(jī)電類專業(yè)學(xué)生未來(lái)就業(yè)的一個(gè)很好的方向。目前有關(guān)這門(mén)課程的國(guó)內(nèi)教材結(jié)構(gòu)上合理，知識(shí)嚴(yán)謹(jǐn)，但課本的內(nèi)容偏重理論，概念較抽象復(fù)雜，缺乏有效實(shí)例驗(yàn)證。如果不改革課堂的教學(xué)方法而一味地強(qiáng)調(diào)書(shū)本知識(shí)和編程指令掌握，將會(huì)造成培養(yǎng)的學(xué)生既沒(méi)有扎實(shí)的理論功底，也沒(méi)有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，從而在培養(yǎng)應(yīng)用型人才和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中陷入尷尬的兩難境地。目前普遍的教學(xué)模式都是采用傳統(tǒng)的板書(shū)和播放PPT的授課模式，存在著許多弊端。

一、課堂教學(xué)現(xiàn)狀

目前教材章節(jié)內(nèi)容安排基本上為先介紹單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)制轉(zhuǎn)換，接著是單片機(jī)復(fù)雜的硬件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后介紹枯燥的指令系統(tǒng)及匯編語(yǔ)言編程，最后講解系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)和接口技術(shù)。教材布局結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，涉及的知識(shí)豐富，但存在內(nèi)容復(fù)雜抽象，邏輯性不強(qiáng)，指令枯燥難記，學(xué)生基本上是學(xué)了后面的編程知識(shí)就忘記了前面得硬件知識(shí)。課上聽(tīng)得懂，課后練習(xí)不會(huì)做，自己開(kāi)發(fā)的程序無(wú)法得到驗(yàn)證，長(zhǎng)期下去學(xué)生將缺乏學(xué)習(xí)激情，教學(xué)效果不理想，到考核的時(shí)候也是死記硬背，應(yīng)付過(guò)關(guān)，對(duì)自己以后的就業(yè)和技能的培養(yǎng)毫無(wú)幫助。授課方式目前也是以板書(shū)、PPT教學(xué)方式為主，通過(guò)板書(shū)能將指令和匯編知識(shí)講解得細(xì)致一些，有利于學(xué)生記筆記課后復(fù)習(xí)；通過(guò)PPT教學(xué)方式可以圖文并茂，有利于講解，提高上課效率，但是這樣的教學(xué)模式學(xué)生也是被動(dòng)地接受知識(shí)，缺乏有效地演示和互動(dòng)環(huán)節(jié)，而且幻燈片講解的速度太快，學(xué)生也是被PPT拖著走，一堂課下來(lái)學(xué)生都是處于似懂非懂的狀態(tài)。因此，本文提出了協(xié)同虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的教學(xué)模式。

二、課堂教學(xué)方法改革及實(shí)踐

在知識(shí)傳授的過(guò)程中，課堂實(shí)例演示和教學(xué)互動(dòng)起著非常重要的作用。為此，在課堂講授中引入了協(xié)同虛擬仿真軟件Keil μVision與Proteus，將單片機(jī)虛擬仿真軟件和多媒體教學(xué)設(shè)備結(jié)合起來(lái)，上課時(shí)教師實(shí)時(shí)地，動(dòng)態(tài)地利用仿真軟件編寫(xiě)程序、調(diào)試程序、搭建硬件電路以及將軟硬件系統(tǒng)集成完成一個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的教學(xué)。課后可以將所有涉及到的資源拷貝給學(xué)生，要求學(xué)生自己獨(dú)立完成上課的項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)布置類似的項(xiàng)目作為習(xí)題作業(yè)，讓學(xué)生舉一反三，自己用仿真軟件來(lái)完成作業(yè)。這樣使學(xué)生能夠在有計(jì)算機(jī)的地方就能搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室，并可以對(duì)自己所想的各種方案進(jìn)行驗(yàn)證權(quán)衡從而對(duì)自己所掌握的知識(shí)提煉。進(jìn)一步幫助學(xué)生積累經(jīng)驗(yàn)，鍛煉解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)的能力，提高學(xué)習(xí)效率。

三、改革實(shí)踐案例

上課講解內(nèi)容為L(zhǎng)ED流水燈控制項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。首先介紹LED的相關(guān)知識(shí)圖1，介紹其單向?qū)ㄐ院桶l(fā)光電流，通過(guò)兩種方法了解其極性，外觀識(shí)別法和萬(wàn)用表測(cè)量法，同樣對(duì)限流電阻的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行講解圖2，使學(xué)生知道電阻在硬件里面的作用以及如何確定阻值大小，通過(guò)學(xué)生和老師的互動(dòng)，實(shí)際測(cè)量達(dá)到對(duì)LED發(fā)光二極管和限流電阻的全面了解。

圖1 發(fā)光二極管LED

圖2 限流電阻

接著指導(dǎo)學(xué)生完成LED燈控制項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程：首先，硬件電路的初始方案設(shè)計(jì)；其次，Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)室搭建圖3；接著，Keil軟件程序設(shè)計(jì)（匯編或C語(yǔ)言）；然后，Keil與Proteus協(xié)同虛擬仿真驗(yàn)證圖4；最后，單片實(shí)驗(yàn)板實(shí)際驗(yàn)證圖5。

圖3 虛擬硬件實(shí)驗(yàn)室圖

圖 4 協(xié)同虛擬仿真

圖5 單片實(shí)驗(yàn)板實(shí)際驗(yàn)證

通過(guò)課堂上搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)際電路驗(yàn)證相結(jié)合的授課方式使學(xué)生更直觀地了解所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)互動(dòng)參與親身體會(huì)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，課后布置類似的項(xiàng)目作業(yè)，將開(kāi)發(fā)項(xiàng)目所需的虛擬仿真軟件拷貝給學(xué)生，使得學(xué)生在宿舍就可以搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，通過(guò)虛擬仿真驗(yàn)證自己開(kāi)發(fā)的程序的合理性，不斷動(dòng)態(tài)調(diào)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題直至程序最終調(diào)試成功，實(shí)際驗(yàn)證時(shí)可以到實(shí)驗(yàn)室自己動(dòng)手搭建硬件平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)積累可以開(kāi)發(fā)制作一些小的硬件電路，培養(yǎng)興趣，將自身從網(wǎng)絡(luò)中解脫出來(lái)。

四、結(jié)論

教師通過(guò)設(shè)計(jì)一些小項(xiàng)目，將書(shū)本上的硬件和軟件知識(shí)結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生能自己動(dòng)手，全心投入地完成一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)-搭建-驗(yàn)證-再設(shè)計(jì)-再驗(yàn)證的實(shí)踐環(huán)節(jié)。這樣一來(lái)學(xué)生的知識(shí)得到提煉和升華，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生高效的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)，進(jìn)一步為課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)從事更復(fù)雜的單片機(jī)開(kāi)發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)，最終為就業(yè)打下良好地基礎(chǔ)。

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