游乙龍

摘 要：針對當(dāng)前單片機課程教學(xué)效果不佳，學(xué)生普遍反映難理解，缺乏實際操作等問題。筆者提出一種基于Proteus仿真與實操的單片機課程教學(xué)改革思路。該思路以實操為主、以Proteus仿真軟件為輔，引入目前主流的C語言，并采用模塊化方式重新整合課程內(nèi)容，對單片機課程展開全方位的改革。經(jīng)學(xué)校高技層次班級試點，改革能很好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強動手能力、分析與解決問題的能力，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：單片機 實操 Proteus 仿真 課程設(shè)計 C語言 改革

一、問題的提出

單片機作為電氣專業(yè)高技層次的專業(yè)主干課程，對全面培養(yǎng)在校生的專業(yè)能力起著十分重要的作用。但現(xiàn)行的適用教材幾乎都是一樣的組織架構(gòu)，即按硬件結(jié)構(gòu)—指令系統(tǒng)—匯編語言程序—接口技術(shù)的順序展開教學(xué)。教師如果按照教材內(nèi)容展開教學(xué)，往往只能介紹基本硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計等內(nèi)容，最后再草草編一個“流水燈”就結(jié)束課程。這種形式的教學(xué)，勢必難以取得令人滿意的教學(xué)效果。作為非計算機專業(yè)的技校生，他們?nèi)狈镜挠嬎銠C基礎(chǔ)知識，往往堅持聽講幾次課后，就會因為聽不懂而放棄課程學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)為睡覺、玩手機。哪怕堅持到最后的那部分學(xué)生，課程結(jié)束后，還在困惑：到底什么是單片機？它有什么用途？我能用它做什么？

筆者在幾年的單片機課程教學(xué)反思后，認(rèn)為該課程必須改革，經(jīng)過幾個學(xué)期的嘗試、實踐，逐步形成了基于Proteus仿真與實操的單片機教學(xué)改革思路，并在高技班試點。

二、改革思路與實踐

1.以實操為主，仿真為輔

技校學(xué)生引以為傲的是具備過硬的實操技能，而非扎實的理論知識。技校必須注重對學(xué)生實操技能的培養(yǎng)，一方面動手做比聽講“更有意思”，另一方面實操也是學(xué)習(xí)單片機的捷徑。在實際操作中，有兩種方法，一是使用現(xiàn)成的學(xué)習(xí)板，二是使用萬能板進(jìn)行焊接電路板。考慮到學(xué)生在先修課程和實訓(xùn)中，已掌握了一定的焊接技能，因此筆者認(rèn)為，使用萬能板讓學(xué)生自己進(jìn)行焊接電路，學(xué)習(xí)一個模塊，焊接一個相應(yīng)電路，并實際操作、驗證，能幫助學(xué)生理解并掌握單片機系統(tǒng)的設(shè)計，并能從“電子技術(shù)”課程平穩(wěn)過渡到“單片機”課程。

在每個模塊教學(xué)過程中，教師充分利用當(dāng)前十分流行的單片機仿真軟件Proteus開展仿真教學(xué)。利用Proteus軟件，可以虛擬真實的設(shè)計過程（軟件名稱：From Concept To Completion），完成從基本的原理圖繪制—程序設(shè)計—仿真調(diào)試等全過程。通過軟件仿真，可以產(chǎn)生直觀的現(xiàn)象，學(xué)生可以獲取直觀的認(rèn)識，并逐步熟悉單片機系統(tǒng)的設(shè)計流程。

2.以C語言作為編程語言

單片機程序設(shè)計語言有機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言計算機能直接識別和使用，但對人類而言，則難以理解，因為它全為0、1代碼。匯編語言能夠直接對底層寄存器進(jìn)行操作，對深刻認(rèn)識和學(xué)習(xí)單片機原理很有幫助，但其實質(zhì)上是機器語言的“符號化”，依然顯得“深不可測”。以此編寫簡單的小程序還行，若是進(jìn)行項目設(shè)計，會使很多學(xué)生頭疼，且開發(fā)周期長，維護(hù)困難。因此，采用高級語言進(jìn)行單片機開發(fā)，自然成為大多數(shù)單片機工程師的首選。

C語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，按模塊化組織程序，具備豐富的運算符和數(shù)據(jù)類型，可以直接訪問內(nèi)存地址，進(jìn)行位（bit）操作，實現(xiàn)對硬件的編程操作，既有高級語言的功能，也有低級語言的優(yōu)勢。采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計，用戶只要大致了解單片機的基本結(jié)構(gòu)、相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)和特殊功能寄存器即可進(jìn)行開發(fā)，用戶如果有需要還可以通過反匯編等手段學(xué)習(xí)匯編語言，因此C語言獲得了廣泛的使用。

本著學(xué)以致用的原則，筆者堅定認(rèn)為技工院校的單片機課程必須采用C語言，而非匯編語言。實踐證明，由于C語言的簡單、易學(xué)，學(xué)生雖然沒學(xué)過《C語言程序設(shè)計》，但結(jié)合項目的案例講解分析，不斷總結(jié)，大多數(shù)學(xué)生均能較好地掌握C語言的基本內(nèi)容，并進(jìn)行單片機程序設(shè)計。

3.以模塊化整合教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的單片機教材脫離實際操作，側(cè)重對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的講解，未能突出實際應(yīng)用。而且教材中有不少內(nèi)容，陳舊過時、技術(shù)上還沿用幾十年前的思路。因此，筆者大膽對教材進(jìn)行改革，結(jié)合學(xué)生理解、接收實際，整合出以下單片機教學(xué)模塊（見表1）。

通過上述模塊的學(xué)習(xí)，大多數(shù)學(xué)生可以掌握單片機的基本操作、簡單的程序設(shè)計，并能夠形成單片機系統(tǒng)的認(rèn)識，熟悉單片機系統(tǒng)開發(fā)的基本流程。如此，單片機教學(xué)目標(biāo)也就實現(xiàn)了。

4.以課程設(shè)計全方位考核

通過各個模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生理解并掌握了單片機的基本知識和操作技能，可以自行搭建最小系統(tǒng)，諸如發(fā)光二極管、按鍵燈的簡單外設(shè)。但這只是相對獨立的各個模塊，無法真正形成應(yīng)用系統(tǒng)。因此，在教學(xué)安排上，筆者建議安排1～2周時間開展微機控制課程設(shè)計。這也是對教師、學(xué)生綜合、全方位技能的考驗。

在設(shè)計課程設(shè)計題目時，筆者充分考慮到學(xué)生的實際情況，力求避免過于復(fù)雜、難度大的題目，而偏向于總體難度不大，但具備一定綜合性的題目。以筆者的實際經(jīng)驗看，經(jīng)過1～2周的設(shè)計、調(diào)試，當(dāng)學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)形成“作品”后，大多數(shù)學(xué)生的表現(xiàn)是自豪的。下面是筆者給出的幾個課程設(shè)計題目，每個課題給出相應(yīng)的控制要求、設(shè)計指導(dǎo)，學(xué)生可根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況，自行選擇設(shè)計課題（見表2）。

三、小結(jié)

技工院校以“技”立身。筆者結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗、項目經(jīng)驗、技校學(xué)生特點，提出一種單片機教學(xué)改革思路，并積極探索實踐。通過教學(xué)實踐表明，這種教學(xué)改革是可行的，能很好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生動手能力、資料檢索能力和一定的分析問題、解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐愛鈞.單片機原理實用教程——基于Proteus虛擬仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]凌明.嵌入式系統(tǒng)高級C語言編程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

（作者單位：廣東省粵東高級技工學(xué)校）