基于軟件仿真的單片機課程啟發式教學方法探索

摘要 鑒于單片機課程在測控領域的重要性以及學生普遍反映難學的特點，通過將啟發式教學方法與軟件仿真技術相結合，開展本課程的新型教學方法探索與研究。實踐證明，在單片機教學中實施啟發式教學方法與仿真技術的融合，可以提高該課程的學習效果，同時增強了學生的學習能力和實踐能力。

關鍵詞 Proteus 單片機 啟發式 軟件仿真

中圖分類號：G642.423文獻標識碼：A

Exploring of Heuristic Teaching Method in the Microcontroller

Course based on Software Simulation

ZHANG Zhiyong， LI Yuelin， LIU Zhiqiang， HU Hongwei

(College of Automobile and Mechanical Engineering，

Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hunan 410114)

AbstractBecause of the importance of microcontroller course in field of measurement and control， and students generally reflect this course is difficult to study， a new teaching method for microcontroller course is explored and studied， in which the heuristic teaching method is integrated with the technology of software simulation. After this new teaching method is implemented in microcontroller course， the results of practice demonstrated that the learning effect is improved， and the ability of study and practice of the students are enhanced in the same time.

Key wordsproteus; microcontroller; heuristic teaching; software simulation

0 引言

對于單片機教學方法的探索和研究，一直是教研教改的重點內容，也提出了許多切實可行的教學方法，例如通過任務驅動法加強教學內容與工程的結合，以及引入Proteus軟件仿真增強教學的實踐性等，但這些研究成果一般從教師角度探討教學手段的應用，較少涉及教師與學生的互動。本文針對單片機課程的重要性和教學特點，將啟發式教學方法與Proteus軟件仿真技術相結合，充分發揮啟發式教學方法激發學生思考、活躍課堂氣氛的優點，同時利用電路仿真技術將教學內容和教學方法實施手段具體化，并在中斷系統和外設擴展這三個教學難點中，進行了啟發式教學方法探索與研究。教學實踐證明，基于軟件仿真技術的啟發式教學方法，可以在課程中引導學生積極思考，促進教師與學生的互動，改善單片機教學中存在教學內容過于抽象的問題，更重要的是能加強學生的實踐能力、學習能力和創新能力。

1 啟發式教學方法

在啟發式教學實踐中，常用的方法包括：（1）圖示啟發。利用圖示將復雜的內容以條理清晰、形象的方式表示出來，讓學生迅速地掌握相關知識間的聯系，拓展其思維；（2）討論啟發。在老師的引導下，學生圍繞某個議題進行討論，通過學生之間的辯論而相互啟發，不僅能使學生積極思考，還能培養學生的知識歸納和語言組織能力；（3）類比啟發。引導學生在已有知識的基礎上，將同屬性的知識進行歸類，對那些容易混淆的同類知識進行比較，使學生準確掌握知識的真諦；（4）發散啟發。以某個問題為中心，多角度發問，讓學生層層思考，重新組織知識，不僅讓學生能多方掌握知識，培養學生的變通能力，同時也能激發學生的積極性和創造精神；（5）設疑啟發。在教師的引導下讓學生對學習內容產生疑問，通過學生的積極、獨立地思考，尋求問題的答案，不僅有利于加深對知識的理解，還能培養學生的學習能力。在課堂教學過程中，多種啟發教學方法往往不是孤立地使用，而是將多種方法配合使用，通過多種渠道激發學生思維，提高學習積極性，達到知識和能力的雙重提高。

2 啟發式教學方法在單片機課程中的應用

2.1 中斷系統的啟發式教學方法

單片機中斷系統是單片機處理外部異常事件的方法之一，相對于查詢方式，具有較高的代碼執行效率和響應實時性。中斷系統是單片機應用的一個重點和難點，在教學過程中反映出來的難點主要包括：（1）中斷概念的理解；（2）多個中斷源的區別；（3）中斷控制；（4）中斷響應過程的理解等。

有了對中斷的初步認識后，再通過對比啟發方法讓學生掌握不同中斷源的用途、控制和響應條件等知識。最后以觀察啟發和疑問啟發方法，加深對中斷難點知識的理解，培養學生的思維能力和動手能力。以文獻[5]的圖5.5為例，該仿真實例的外部中斷0和1的觸發方式分別設置為低電平觸發和邊沿觸發，中斷服務程序分別控制發光二極管D1和D2的發光。在演示過程中，提醒學生注意下列現象：（1）開關SW1和SW2分別按下時， D1和D2的發光有何區別；（2）先按下SW1再按下SW2，與先按下SW2再按下SW1有何區別。這個實例的程序代碼能讓學生直觀了解中斷控制的程序實現方法，而對兩個現象提出的疑問能很好地讓學生理解電平觸發與邊沿觸發的區別，以及中斷優先級是如何影響中斷響應的。

2.2 單片機擴展的啟發式教學方法

A/D轉換是單片機接口與外設擴展的重點和難點，學生難以掌握的內容包括地址信號和控制信號的產生方法，以及外設的讀、寫控制等。如果利用Proteus與Keil聯合進行電路與程序的仿真，不僅有利于理論知識的理解，讓學生對整個系統有感性的認識，而且通過實際的系統組建、編程、調試，還可加深對知識點的理解和提高實踐能力。以文獻[5]的例9.5所建立的單片機A/D電壓采樣系統為例，A/D轉換芯片的時鐘信號直接采用信號發生器產生，地址信號通過74LS373鎖存而實現地址總線和數據總線的分時復用。另外，采樣數據通過4位7段共陰極數碼管顯示，其中字形碼由C52的P1口輸出，位選信號由P2口的前4位經過非門得到。該電路完全能很好地實現應有的功能，但是如果僅僅是將其作為例題講述，學生掌握的可能僅僅是表面上的知識，不能舉一反三。因此在學生理解本例題的基礎上，通過設定疑問來啟發學生進行思考，加深對該知識點的掌握。

針對本例可以設定如下的疑問，讓學生利用課后時間去探索問題的解決方法。

（1）如果該系統只需要實現一個電壓的采樣，如何簡化電路？此疑問的目的是讓學生理解地址信號的意義，同時探索地址信號和控制信號的產生方法；

（2）如何利用軟件查詢的方式來實現對采樣數據的讀取？通過此疑問的解答，能使學生最終掌握中斷和軟件查詢的特點和實現方法，加深對中斷的理解；

（3）目前系統是否是最佳方案，如何進行改進？可引導學生從ADC0808控制信號的產生、數碼管類型的選擇、地址信號的產生等方面進行思考。該疑問將激發學生深入研究A/D轉換的控制信號與地址信號的產生方法，以及數碼管的顯示控制等知識。

3 結論

在課程中結合軟件仿真技術，一方面讓學生形成知識點的感性認識，另一方面實現學生對電路理解和程序編寫兩方面的同步掌握，更重要的是提供了一種實施啟發式教學方法的具體途徑。在單片機課堂教學中運用基于軟件仿真技術的啟發式教學方法，實踐證明，課堂氣氛明顯得到改善，學生的學習興趣和知識掌握能力得到了提高。

論文資助項目：國家級特色專業-高等學校特色專業建設點：交通運輸（TS12321）；湖南省普通高等學校教學改革研究項目（湘教通[2010]243號）：“汽車服務工程專業人才培養模式創新改革的研究與實踐”；長沙理工大學校級教改課題資助（CN1003）

參考文獻

[1]龍志強，施曉紅，謝云德.“任務驅動法”在單片機系統設計教學中的實踐[J].實驗室研究與探索，2008.27(3):101-102.

[2]伍馮潔，謝斌.基于Proteus與Keil的單片機實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2009.28(7):125-127.

[3]袁鋒偉，趙立宏，朱慧玲，等.基于Proteus的單片機課程教學與實驗改革[J].實驗室研究與探索，2007.26(12):75-78.

[4]陶沼靈.啟發式教學方法研究綜述[J].中國成人教育，2007.4:139-140.

[5]李泉溪.單片機原理與應用實例仿真[M].北京:北京航空航天大學出版社，2009.