微機原理及應用教學方法改革與實踐

王濤 陶薇 林峰

【摘要】目前微機原理及應用課堂教學內容枯燥抽象，課堂上缺乏生動有效的演示平臺。為了解決這些問題，提出了協同虛擬仿真實驗和實際實驗驗證相結合的教學模式，幫助學生更好地掌握和消化相關知識，提高學生的學習主動性與學習效率。

【關鍵詞】微機原理及應用 虛擬仿真 教學改革

學好單片微機技術是機械、機電類專業學生未來就業的一個很好的方向。目前有關這門課程的國內教材結構上合理，知識嚴謹，但課本的內容偏重理論，概念較抽象復雜，缺乏有效實例驗證。如果不改革課堂的教學方法而一味地強調書本知識和編程指令掌握，將會造成培養的學生既沒有扎實的理論功底，也沒有較強的實踐能力，從而在培養應用型人才和就業競爭中陷入尷尬的兩難境地。目前普遍的教學模式都是采用傳統的板書和播放PPT的授課模式，存在著許多弊端。

一、課堂教學現狀

目前教材章節內容安排基本上為先介紹單片機的基礎知識，進制轉換，接著是單片機復雜的硬件內部結構，然后介紹枯燥的指令系統及匯編語言編程，最后講解系統擴展技術和接口技術。教材布局結構嚴謹，涉及的知識豐富，但存在內容復雜抽象，邏輯性不強，指令枯燥難記，學生基本上是學了后面的編程知識就忘記了前面得硬件知識。課上聽得懂，課后練習不會做，自己開發的程序無法得到驗證，長期下去學生將缺乏學習激情，教學效果不理想，到考核的時候也是死記硬背，應付過關，對自己以后的就業和技能的培養毫無幫助。授課方式目前也是以板書、PPT教學方式為主，通過板書能將指令和匯編知識講解得細致一些，有利于學生記筆記課后復習；通過PPT教學方式可以圖文并茂，有利于講解，提高上課效率，但是這樣的教學模式學生也是被動地接受知識，缺乏有效地演示和互動環節，而且幻燈片講解的速度太快，學生也是被PPT拖著走，一堂課下來學生都是處于似懂非懂的狀態。因此，本文提出了協同虛擬仿真實驗和實際實驗驗證相結合的教學模式。

二、課堂教學方法改革及實踐

在知識傳授的過程中，課堂實例演示和教學互動起著非常重要的作用。為此，在課堂講授中引入了協同虛擬仿真軟件Keil μVision與Proteus，將單片機虛擬仿真軟件和多媒體教學設備結合起來，上課時教師實時地，動態地利用仿真軟件編寫程序、調試程序、搭建硬件電路以及將軟硬件系統集成完成一個項目內容的教學。課后可以將所有涉及到的資源拷貝給學生，要求學生自己獨立完成上課的項目教學內容，同時布置類似的項目作為習題作業，讓學生舉一反三，自己用仿真軟件來完成作業。這樣使學生能夠在有計算機的地方就能搭建虛擬實驗室，并可以對自己所想的各種方案進行驗證權衡從而對自己所掌握的知識提煉。進一步幫助學生積累經驗，鍛煉解決實際工程設計的能力，提高學習效率。

三、改革實踐案例

上課講解內容為LED流水燈控制項目開發。首先介紹LED的相關知識圖1，介紹其單向導通性和發光電流，通過兩種方法了解其極性，外觀識別法和萬用表測量法，同樣對限流電阻的基礎知識進行講解圖2，使學生知道電阻在硬件里面的作用以及如何確定阻值大小，通過學生和老師的互動，實際測量達到對LED發光二極管和限流電阻的全面了解。

圖1 發光二極管LED

圖2 限流電阻

接著指導學生完成LED燈控制項目的設計開發流程：首先，硬件電路的初始方案設計；其次，Proteus虛擬實驗室搭建圖3；接著，Keil軟件程序設計（匯編或C語言）；然后，Keil與Proteus協同虛擬仿真驗證圖4；最后，單片實驗板實際驗證圖5。

圖3 虛擬硬件實驗室圖

圖 4 協同虛擬仿真

圖5 單片實驗板實際驗證

通過課堂上搭建虛擬仿真實驗臺和實際電路驗證相結合的授課方式使學生更直觀地了解所學的知識，通過互動參與親身體會項目的開發，課后布置類似的項目作業，將開發項目所需的虛擬仿真軟件拷貝給學生，使得學生在宿舍就可以搭建虛擬實驗平臺進行項目開發，通過虛擬仿真驗證自己開發的程序的合理性，不斷動態調試發現問題解決問題直至程序最終調試成功，實際驗證時可以到實驗室自己動手搭建硬件平臺，進行實物驗證。學生通過學習積累可以開發制作一些小的硬件電路，培養興趣，將自身從網絡中解脫出來。

四、結論

教師通過設計一些小項目，將書本上的硬件和軟件知識結合起來，使學生能自己動手，全心投入地完成一個實際項目的設計-搭建-驗證-再設計-再驗證的實踐環節。這樣一來學生的知識得到提煉和升華，同時培養了學生高效的計算機輔助設計開發技術，進一步為課程設計、畢業設計從事更復雜的單片機開發積累經驗，最終為就業打下良好地基礎。

【參考文獻】

[1]盧清平，蘇守寶. 《微機原理與接口》課程的教學思考與實踐[J]. 實驗科學與技術， 2012，10（2）：94-97.

[2]呂淑平，朱齊丹，曾薄文. 微機原理及應用實驗教學設計與實踐[J]. 實驗科學與技術， 2010，8（3）：91-92.

[3]盧萍，陳進才，周功業. 微機接口技術課程創新性實踐教學改革[J]. 電氣電子教學學報， 2010，32（1）：67-68.