虛實結合的《單片機原理及應用》教學改革

田紅霞++呂宏麗

摘要：本文在介紹了單片機原理及應用教學改革措施，論述了利用Proteus和Keil搭建仿真實驗的優勢，并使其貫穿于單片機教學的各個環節；在考核方式上，提出了筆試與實踐相結合的考核方式。實踐表明，在實際教學中取得了很好的教學效果，在培養應用型、地方性人才方面取得了較好的效果。

關鍵詞：單片機；Proteus Keil；仿真實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0056-02

一、單片機教學的整改措施

《單片機原理及應用》課程是我院建設的精品課。目前有7個專業開設了該門課程。其中機械設計制造及其自動化、測控技術與儀器專業及機電一體化專業因為其課程相關基礎知識較薄弱，使得學生對該門課程的學習效果較差。近年來為了提高教學效果采取了以下措施：（1）選取優秀教材，結合前沿技術講授。（2）CAI與板書相結合。（3）不斷培養學生自主學習能力，激勵學生課前預習，加強師生課下交流。在課余時間開放實驗室給學生。（4）加強實踐環節建設，加強學生動手能力培訓。實驗內容不斷更新，兼顧基本訓練和創新能力的培養。不定期舉辦電子設計大賽。

以上各個措施各有可取之處，但是從教學效果來看，并不是最理想的方式。因為理論和實踐的結合不能夠完全同步進行，而建立課堂虛擬實驗室，把理論課放到實驗室里進行，則可以解決以上措施存在的教學效果不理想的現象。在進行理論學習時，在實驗平臺上及時動手操作，那么就可以讓學生從理論、視覺和觸覺都同時接觸到單片機，可以幫助他們理論結合實際地理解單片機。這樣理論知識會更加形象，便于理解和記憶，也能讓學生及時發現自己對知識的掌握程度。因此將理論知識講授和實踐融合到一起同時進行才是最佳的教學安排。依據單片機實踐性很強的特點，本文介紹通過將仿真軟件Proteus和Keil相結合以仿真的形式把實驗搬進課堂，可以直觀地看到教學理論結果，從而最大可能地激發學生的學習積極性、主動性。

二、Proteus和Keil搭建仿真實驗的優勢

采用Proteus仿真軟件和Keil搭建單片機虛擬實驗室，不僅可以仿真和觀察單片機內部資源的變化，還能夠在程序調試過程中觀察單片機外圍電路的變化情況，使得硬件電路和軟件程序互動起來，真正實現了軟硬件協同仿真。并且采用Proteus仿真軟件進行實驗教學，克服了用單片機實驗教學中硬件電路固定、學生不能更改、實驗內容固定等方面的局限性，可以擴展學生的思路和提高學生的學習興趣。

實驗能力和實驗設計能力的培養，是工科學生解決實際工程問題能力中較為重要的。傳統的實驗教學中，忽視了學生解決實際問題的培養，對于設計能力的培養，則很少涉及到。如果采用傳統的實驗教學方法，則學生需要購置的設備比較多，增加了他們學習和研究的投入。采用仿真軟件后，學習的投入變得比較小，而實際工程問題的研究，也可以先在軟件環境中模擬通過，再進行硬件的投入，這樣處理，可以節省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費，鍛煉學生解決實際工程問題的能力，還可以在進行課程設計或進行大實驗的時候，具體地在Proteus中做一個工程項目，并將其最后移植到一個具體的硬件電路中，讓學生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結合起來，利于學生對工程實踐過程的了解和學習。

三、虛擬實驗室在教學中的應用

1.教學的驗證性。該階段主要用于教學演示，教師通過將Proteus和Keil建立的虛擬實驗平臺搬到課堂上，將實踐教學與理論教學融為一體，從而改進教學效果。另外也讓學生熟悉Proteus與Keil軟件環境，使學生對單片機實驗仿真有感性認識。比如在講授單片機課程時，學生總是不太理解數碼管的動態顯示時當刷新頻率過高或過低時，會回導致怎樣的實驗現象。但在課堂上使用Protues和Keil聯調建立的實驗平臺后，單片機教學中許多抽象的概念都可以以直觀的方式介紹給學生，這有助于學生對各種理論概念的消化吸收。多片數碼管動態顯示效果如圖1所示。

2.教學的可操作性。該階段主要是通過實驗和作業教學環節，培養學生用Proteus繪制系統原理圖及用Keil進行源程序設計的能力。實驗指導書給出實驗任務與要求、實驗原理圖。學生可以根據實驗原理圖，在任何時間、任何地點用Proteus繪制硬件電路圖，按照實驗要求設計程序進行實驗仿真，這樣有助于學生及時理解課上所學內容。

3.教學的創造性。主要激發學生學習單片機的興趣及學習主觀能動性，提高學生科研能力及創新能力。該階段主要與實訓或課程設計教學環節相結合。學生根據設計任務及要求設計硬件電路，包括CPU型號的選擇、元器件型號的選擇、各參數的設置、各部分電路的設計及連接等，并繪制Proteus硬件原理圖；根據硬件功能模塊進行軟件設計，包括系統總體設計框圖、各子模塊程序流程圖及源代碼編寫等。軟硬件設計完成后，充分利用Proteus與Keil的聯合仿真功能，及時發現并改正硬件電路或程序源碼的錯誤。系統仿真成功后，再制作實物，并比較兩者的異同。比如設計題目為“步進電機速度控制”，學生可以用Proteus設計出如圖2所示的原理圖，在Keil軟件編寫程序后，在Proteus環境仿真運行，很直觀地看到控制效果。

四、合理的考核方式

傳統采用閉卷考試的方式，對考核學生對知識的理解和記憶具有一定的效果，但是不利于激發學生的創造性和探索新知識的主動性。因此，探索合理的考核方式對提高學生學習積極性和主動性起著非常重要的作用。為此，采取了筆試與實踐相結合，并能夠體現學生平時學習中表現出來的狀態的多元化的考核方式，以其能夠更加公平、真實地反映學生的學習水平。筆試考核成績占50%與實踐考核成績各占40%，平時成績占10%。筆試考核重點考查學生對相關知識的理解和記憶能力。實踐考核既可以選擇仿真實驗也可以選擇實際電路實驗，以考查學生的創造性和動手能力。實踐證明，通過這種多元化的考核方式，能加強教學過程控制，提高教學質量。學生反映良好，教學效果很好。

五、結束語

《單片機原理及應用》是電類相關專業一門應用面較廣、綜合性實踐性較強的專業課，起著培養學生控制系統設計能力和初步工程經驗的作用。文中提出在教學過程引入Proteus仿真軟件和Keil構建的虛擬實驗室，將實驗環節帶入了學生平時的學習，不僅解決了理論教學過程中進行課堂演示實驗難的問題，而且使學生能夠擺脫單片機硬件實驗室，在課余時間有一個動手的平臺進行單片機系統的軟硬件設計，有效地提高了教學效率，擴展了教學時間和空間。考核方式的改革實現了理論與動手能力的真正結合。

參考文獻：

[1]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）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真實驗平臺在單片機教學中的應用[J].大眾科技，2008，（6）.

[3]唐明軍，王平.單片機課程教學改革的思考與探索[J].中國科教創新導刊，2009，（28）.

作者簡介：田紅霞（1976-），女，河北省藁城市人，碩士研究生，講師，研究方向：電氣工程及其自動化教學與科研。

endprint

摘要：本文在介紹了單片機原理及應用教學改革措施，論述了利用Proteus和Keil搭建仿真實驗的優勢，并使其貫穿于單片機教學的各個環節；在考核方式上，提出了筆試與實踐相結合的考核方式。實踐表明，在實際教學中取得了很好的教學效果，在培養應用型、地方性人才方面取得了較好的效果。

關鍵詞：單片機；Proteus Keil；仿真實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0056-02

一、單片機教學的整改措施

《單片機原理及應用》課程是我院建設的精品課。目前有7個專業開設了該門課程。其中機械設計制造及其自動化、測控技術與儀器專業及機電一體化專業因為其課程相關基礎知識較薄弱，使得學生對該門課程的學習效果較差。近年來為了提高教學效果采取了以下措施：（1）選取優秀教材，結合前沿技術講授。（2）CAI與板書相結合。（3）不斷培養學生自主學習能力，激勵學生課前預習，加強師生課下交流。在課余時間開放實驗室給學生。（4）加強實踐環節建設，加強學生動手能力培訓。實驗內容不斷更新，兼顧基本訓練和創新能力的培養。不定期舉辦電子設計大賽。

以上各個措施各有可取之處，但是從教學效果來看，并不是最理想的方式。因為理論和實踐的結合不能夠完全同步進行，而建立課堂虛擬實驗室，把理論課放到實驗室里進行，則可以解決以上措施存在的教學效果不理想的現象。在進行理論學習時，在實驗平臺上及時動手操作，那么就可以讓學生從理論、視覺和觸覺都同時接觸到單片機，可以幫助他們理論結合實際地理解單片機。這樣理論知識會更加形象，便于理解和記憶，也能讓學生及時發現自己對知識的掌握程度。因此將理論知識講授和實踐融合到一起同時進行才是最佳的教學安排。依據單片機實踐性很強的特點，本文介紹通過將仿真軟件Proteus和Keil相結合以仿真的形式把實驗搬進課堂，可以直觀地看到教學理論結果，從而最大可能地激發學生的學習積極性、主動性。

二、Proteus和Keil搭建仿真實驗的優勢

采用Proteus仿真軟件和Keil搭建單片機虛擬實驗室，不僅可以仿真和觀察單片機內部資源的變化，還能夠在程序調試過程中觀察單片機外圍電路的變化情況，使得硬件電路和軟件程序互動起來，真正實現了軟硬件協同仿真。并且采用Proteus仿真軟件進行實驗教學，克服了用單片機實驗教學中硬件電路固定、學生不能更改、實驗內容固定等方面的局限性，可以擴展學生的思路和提高學生的學習興趣。

實驗能力和實驗設計能力的培養，是工科學生解決實際工程問題能力中較為重要的。傳統的實驗教學中，忽視了學生解決實際問題的培養，對于設計能力的培養，則很少涉及到。如果采用傳統的實驗教學方法，則學生需要購置的設備比較多，增加了他們學習和研究的投入。采用仿真軟件后，學習的投入變得比較小，而實際工程問題的研究，也可以先在軟件環境中模擬通過，再進行硬件的投入，這樣處理，可以節省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費，鍛煉學生解決實際工程問題的能力，還可以在進行課程設計或進行大實驗的時候，具體地在Proteus中做一個工程項目，并將其最后移植到一個具體的硬件電路中，讓學生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結合起來，利于學生對工程實踐過程的了解和學習。

三、虛擬實驗室在教學中的應用

1.教學的驗證性。該階段主要用于教學演示，教師通過將Proteus和Keil建立的虛擬實驗平臺搬到課堂上，將實踐教學與理論教學融為一體，從而改進教學效果。另外也讓學生熟悉Proteus與Keil軟件環境，使學生對單片機實驗仿真有感性認識。比如在講授單片機課程時，學生總是不太理解數碼管的動態顯示時當刷新頻率過高或過低時，會回導致怎樣的實驗現象。但在課堂上使用Protues和Keil聯調建立的實驗平臺后，單片機教學中許多抽象的概念都可以以直觀的方式介紹給學生，這有助于學生對各種理論概念的消化吸收。多片數碼管動態顯示效果如圖1所示。

2.教學的可操作性。該階段主要是通過實驗和作業教學環節，培養學生用Proteus繪制系統原理圖及用Keil進行源程序設計的能力。實驗指導書給出實驗任務與要求、實驗原理圖。學生可以根據實驗原理圖，在任何時間、任何地點用Proteus繪制硬件電路圖，按照實驗要求設計程序進行實驗仿真，這樣有助于學生及時理解課上所學內容。

3.教學的創造性。主要激發學生學習單片機的興趣及學習主觀能動性，提高學生科研能力及創新能力。該階段主要與實訓或課程設計教學環節相結合。學生根據設計任務及要求設計硬件電路，包括CPU型號的選擇、元器件型號的選擇、各參數的設置、各部分電路的設計及連接等，并繪制Proteus硬件原理圖；根據硬件功能模塊進行軟件設計，包括系統總體設計框圖、各子模塊程序流程圖及源代碼編寫等。軟硬件設計完成后，充分利用Proteus與Keil的聯合仿真功能，及時發現并改正硬件電路或程序源碼的錯誤。系統仿真成功后，再制作實物，并比較兩者的異同。比如設計題目為“步進電機速度控制”，學生可以用Proteus設計出如圖2所示的原理圖，在Keil軟件編寫程序后，在Proteus環境仿真運行，很直觀地看到控制效果。

四、合理的考核方式

傳統采用閉卷考試的方式，對考核學生對知識的理解和記憶具有一定的效果，但是不利于激發學生的創造性和探索新知識的主動性。因此，探索合理的考核方式對提高學生學習積極性和主動性起著非常重要的作用。為此，采取了筆試與實踐相結合，并能夠體現學生平時學習中表現出來的狀態的多元化的考核方式，以其能夠更加公平、真實地反映學生的學習水平。筆試考核成績占50%與實踐考核成績各占40%，平時成績占10%。筆試考核重點考查學生對相關知識的理解和記憶能力。實踐考核既可以選擇仿真實驗也可以選擇實際電路實驗，以考查學生的創造性和動手能力。實踐證明，通過這種多元化的考核方式，能加強教學過程控制，提高教學質量。學生反映良好，教學效果很好。

五、結束語

《單片機原理及應用》是電類相關專業一門應用面較廣、綜合性實踐性較強的專業課，起著培養學生控制系統設計能力和初步工程經驗的作用。文中提出在教學過程引入Proteus仿真軟件和Keil構建的虛擬實驗室，將實驗環節帶入了學生平時的學習，不僅解決了理論教學過程中進行課堂演示實驗難的問題，而且使學生能夠擺脫單片機硬件實驗室，在課余時間有一個動手的平臺進行單片機系統的軟硬件設計，有效地提高了教學效率，擴展了教學時間和空間。考核方式的改革實現了理論與動手能力的真正結合。

參考文獻：

[1]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）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真實驗平臺在單片機教學中的應用[J].大眾科技，2008，（6）.

[3]唐明軍，王平.單片機課程教學改革的思考與探索[J].中國科教創新導刊，2009，（28）.

作者簡介：田紅霞（1976-），女，河北省藁城市人，碩士研究生，講師，研究方向：電氣工程及其自動化教學與科研。

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摘要：本文在介紹了單片機原理及應用教學改革措施，論述了利用Proteus和Keil搭建仿真實驗的優勢，并使其貫穿于單片機教學的各個環節；在考核方式上，提出了筆試與實踐相結合的考核方式。實踐表明，在實際教學中取得了很好的教學效果，在培養應用型、地方性人才方面取得了較好的效果。

關鍵詞：單片機；Proteus Keil；仿真實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0056-02

一、單片機教學的整改措施

《單片機原理及應用》課程是我院建設的精品課。目前有7個專業開設了該門課程。其中機械設計制造及其自動化、測控技術與儀器專業及機電一體化專業因為其課程相關基礎知識較薄弱，使得學生對該門課程的學習效果較差。近年來為了提高教學效果采取了以下措施：（1）選取優秀教材，結合前沿技術講授。（2）CAI與板書相結合。（3）不斷培養學生自主學習能力，激勵學生課前預習，加強師生課下交流。在課余時間開放實驗室給學生。（4）加強實踐環節建設，加強學生動手能力培訓。實驗內容不斷更新，兼顧基本訓練和創新能力的培養。不定期舉辦電子設計大賽。

以上各個措施各有可取之處，但是從教學效果來看，并不是最理想的方式。因為理論和實踐的結合不能夠完全同步進行，而建立課堂虛擬實驗室，把理論課放到實驗室里進行，則可以解決以上措施存在的教學效果不理想的現象。在進行理論學習時，在實驗平臺上及時動手操作，那么就可以讓學生從理論、視覺和觸覺都同時接觸到單片機，可以幫助他們理論結合實際地理解單片機。這樣理論知識會更加形象，便于理解和記憶，也能讓學生及時發現自己對知識的掌握程度。因此將理論知識講授和實踐融合到一起同時進行才是最佳的教學安排。依據單片機實踐性很強的特點，本文介紹通過將仿真軟件Proteus和Keil相結合以仿真的形式把實驗搬進課堂，可以直觀地看到教學理論結果，從而最大可能地激發學生的學習積極性、主動性。

二、Proteus和Keil搭建仿真實驗的優勢

采用Proteus仿真軟件和Keil搭建單片機虛擬實驗室，不僅可以仿真和觀察單片機內部資源的變化，還能夠在程序調試過程中觀察單片機外圍電路的變化情況，使得硬件電路和軟件程序互動起來，真正實現了軟硬件協同仿真。并且采用Proteus仿真軟件進行實驗教學，克服了用單片機實驗教學中硬件電路固定、學生不能更改、實驗內容固定等方面的局限性，可以擴展學生的思路和提高學生的學習興趣。

實驗能力和實驗設計能力的培養，是工科學生解決實際工程問題能力中較為重要的。傳統的實驗教學中，忽視了學生解決實際問題的培養，對于設計能力的培養，則很少涉及到。如果采用傳統的實驗教學方法，則學生需要購置的設備比較多，增加了他們學習和研究的投入。采用仿真軟件后，學習的投入變得比較小，而實際工程問題的研究，也可以先在軟件環境中模擬通過，再進行硬件的投入，這樣處理，可以節省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費，鍛煉學生解決實際工程問題的能力，還可以在進行課程設計或進行大實驗的時候，具體地在Proteus中做一個工程項目，并將其最后移植到一個具體的硬件電路中，讓學生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結合起來，利于學生對工程實踐過程的了解和學習。

三、虛擬實驗室在教學中的應用

1.教學的驗證性。該階段主要用于教學演示，教師通過將Proteus和Keil建立的虛擬實驗平臺搬到課堂上，將實踐教學與理論教學融為一體，從而改進教學效果。另外也讓學生熟悉Proteus與Keil軟件環境，使學生對單片機實驗仿真有感性認識。比如在講授單片機課程時，學生總是不太理解數碼管的動態顯示時當刷新頻率過高或過低時，會回導致怎樣的實驗現象。但在課堂上使用Protues和Keil聯調建立的實驗平臺后，單片機教學中許多抽象的概念都可以以直觀的方式介紹給學生，這有助于學生對各種理論概念的消化吸收。多片數碼管動態顯示效果如圖1所示。

2.教學的可操作性。該階段主要是通過實驗和作業教學環節，培養學生用Proteus繪制系統原理圖及用Keil進行源程序設計的能力。實驗指導書給出實驗任務與要求、實驗原理圖。學生可以根據實驗原理圖，在任何時間、任何地點用Proteus繪制硬件電路圖，按照實驗要求設計程序進行實驗仿真，這樣有助于學生及時理解課上所學內容。

3.教學的創造性。主要激發學生學習單片機的興趣及學習主觀能動性，提高學生科研能力及創新能力。該階段主要與實訓或課程設計教學環節相結合。學生根據設計任務及要求設計硬件電路，包括CPU型號的選擇、元器件型號的選擇、各參數的設置、各部分電路的設計及連接等，并繪制Proteus硬件原理圖；根據硬件功能模塊進行軟件設計，包括系統總體設計框圖、各子模塊程序流程圖及源代碼編寫等。軟硬件設計完成后，充分利用Proteus與Keil的聯合仿真功能，及時發現并改正硬件電路或程序源碼的錯誤。系統仿真成功后，再制作實物，并比較兩者的異同。比如設計題目為“步進電機速度控制”，學生可以用Proteus設計出如圖2所示的原理圖，在Keil軟件編寫程序后，在Proteus環境仿真運行，很直觀地看到控制效果。

四、合理的考核方式

傳統采用閉卷考試的方式，對考核學生對知識的理解和記憶具有一定的效果，但是不利于激發學生的創造性和探索新知識的主動性。因此，探索合理的考核方式對提高學生學習積極性和主動性起著非常重要的作用。為此，采取了筆試與實踐相結合，并能夠體現學生平時學習中表現出來的狀態的多元化的考核方式，以其能夠更加公平、真實地反映學生的學習水平。筆試考核成績占50%與實踐考核成績各占40%，平時成績占10%。筆試考核重點考查學生對相關知識的理解和記憶能力。實踐考核既可以選擇仿真實驗也可以選擇實際電路實驗，以考查學生的創造性和動手能力。實踐證明，通過這種多元化的考核方式，能加強教學過程控制，提高教學質量。學生反映良好，教學效果很好。

五、結束語

《單片機原理及應用》是電類相關專業一門應用面較廣、綜合性實踐性較強的專業課，起著培養學生控制系統設計能力和初步工程經驗的作用。文中提出在教學過程引入Proteus仿真軟件和Keil構建的虛擬實驗室，將實驗環節帶入了學生平時的學習，不僅解決了理論教學過程中進行課堂演示實驗難的問題，而且使學生能夠擺脫單片機硬件實驗室，在課余時間有一個動手的平臺進行單片機系統的軟硬件設計，有效地提高了教學效率，擴展了教學時間和空間。考核方式的改革實現了理論與動手能力的真正結合。

參考文獻：

[1]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）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真實驗平臺在單片機教學中的應用[J].大眾科技，2008，（6）.

[3]唐明軍，王平.單片機課程教學改革的思考與探索[J].中國科教創新導刊，2009，（28）.

作者簡介：田紅霞（1976-），女，河北省藁城市人，碩士研究生，講師，研究方向：電氣工程及其自動化教學與科研。

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