基于理實一體化的單片機原理及應用課程改革探索與研究

摘 要：單片機原理及應用是一門綜合計算機、電子、自動化控制等的技術，具有很強的應用型和實用性，是高職高專電氣自動化、機電一體化等專業的專業課。本門課程實踐性強、內容抽象，與實際應用聯系緊密，采用傳統的授課方式，學生難以理解、掌握。以降低學生學習難度、激發學生學習興趣、提高學生學習效果為動機，從引入PROTUES仿真教學、采用“任務驅動法”教學模式、選取C語言為設計語言三個方面進行綜合教學改革，從而提高單片機課程教學質量，培養出實踐能力、綜合應用知識能力均較強的學生，能很好地將本門課程所學知識應用到工作崗位上。

關鍵詞：課程改革；仿真教學；任務驅動法

傳統單片機原理及應用課程教學方式是以單片機的知識結構為主線，學習單片機的原理部分——單片機硬件結構、中斷系統、定時器/計數器、串行口應用、系統擴展等。原理部分內容抽象，對高職學生來說學習難度大。應用部分是在所學理論知識的基礎上，將理論用于實踐，實踐性強，與實際應用聯系非常緊密。單片機應用以硬件和程序作為基礎和支撐，前面知識一知半解，使單片機系統設計的學習和掌握變得難上加難。對于非計算機專業的高職學生，要學習如此復雜的單片機軟、硬件知識，傳統的以講授為主的教學模式顯然不能適應高職學生學習的需要，改革教學模式勢在必行。在本課程的教學中實施了以任務驅動模式為主的項目教學法，加大實踐在教學中的比重，力爭實現理實一體化教學。

一、引入PROTEUS仿真教學，激發學生的學習興趣

PROTEUS軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發的功能強大的EDA工具軟件。其運行環境為Windows系統，操作簡單，不僅具有PCB設計、Schematic Drawing仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，是目前對單片機進行模擬實驗的最好軟件。PROTEUS軟件可在目標板沒有進行制作前，事先對其合理性、功能等指標進行設計、調整，還能在沒有目標板的情況下實現對單片機軟件的開發和調試，從而進行完整的模擬開發。

單片機原理及應用課程的具體目的是培養學生的軟件編程能力及硬件設計能力。但由于課程教學課時以及經費的限制，學生很難親自動手將軟件和硬件進行實際操作。使用PROTEUS軟件可以實現單片機應用系統仿真模擬。在教學實踐過程中，教師通過計算機和多媒體指導學生使用計算機操作KEIL uVision2 軟件和PROTEUS軟件。學生首先使用KEIL uVision2 軟件練習程序編寫，將程序編輯、編譯、鏈接后生成“.hex”的可執行文件；然后利用PROTUES軟件平臺搭建實際硬件電路；最后在PROTEUS平臺加載可執行文件，進行仿真運行。

將PROTEUS與 KEIL uVision2 軟件相結合仿真，不但可以豐富教師教學手段，還可以使學生既能進行單片機系統軟件程序設計，又能進行單片機外圍接口電路的設計，并立即看到程序運行和電路工作的過程和結果。在提高學生學習興趣的基礎上鍛煉了學生實踐動手的能力，既降低了教學成本，又提高了教學效果。與此同時，還能解決實驗箱不能實現功能模塊的有關限制性。

二、選取任務驅動教學模式，提高學生學習效率

1.以“必需、夠用”為原則，在教學內容上改革

針對本課程實踐性強的特點，應以“強化能力，重在應用”為指導思想。通過對部分畢業生和相關企業、行業的調研，在教學內容的選取上應以培養技能型專業人才為出發點，以滿足崗位職業技能需求為最終目標，以真實的工作任務為載體進行教學過程的設計，以“必需、夠用”為原則設計教學內容，注重職業崗位技能訓練，增加實踐教學的學時，培養學生的實際應用能力。

2.教學過程主要采用“任務驅動法”，理論教學緊扣“實際應用”

“任務驅動法”是理論教學全過程都以單片機應用的典型工程實用案例進行分析講述的一種教學方法。授課時以“任務”演示作為引入，以實現“任務”為主線介紹單片機各相關理論知識。將單片機課程的內容融入幾個典型的單片機任務中，將理論教學和實踐教學融為一體，將“單片機理論”“單片機仿真”與“單片機實操”融為一體，將傳統教學方法與現代化教學方法融為一體。使學生在實踐中學習理論知識，使所學的理論知識在實踐中得以驗證；同時用理論指導實踐，培養學生的操作技能，實現理論和實踐的有機結合。這樣學習目標更明確，帶著具體的任務去學習，既增加了學習興趣，又提高了學生學習的主動性和自覺性。

3.結合以“單片機實驗開發板”為主，以“單片機實驗箱”為輔的實驗教學模式

“開發板”為電路板的形式，雖然體積很小但包含了“單片機”實驗的各個部分，可以根據需要對其進行擴展。另外，此單片機“開發板”要求學生自己動手焊接、調試，可加強學生對硬件電路的認識和手工焊接能力的鍛煉，為今后學生自主開發、設計單片機應用系統奠定了一定的硬件基礎。

三、以C語言為主，與市場接軌，降低學生學習難度

C語言是目前世界上使用最廣泛的高級程序設計語言之一。C語言已被人們普遍接受，它在系統軟件、數據處理、科學工程數值計算等多個領域的軟件開發中起著越來越重要的作用。C語言結構緊湊、語句簡潔，是介于高級語言和匯編語言之間的一類語言，具有像匯編語言那樣直接訪問硬件的功能。

單片機應用系統的程序設計，既可以采用匯編語言，也可以采用C語言。匯編語言雖然具有接近硬件和執行效率高等優點，但開發單片機難度高、效率低且周期長。C語言雖然執行效率不如匯編語言，但是C語言的突出優點是可讀性和可移植性好，既有高級語言的優點，又不失對硬件的控制，可以盡量少地對硬件進行操作，非常適合開發單片機。C語言中有豐富的函數，可以直接調用，大大降低了編程者的工作負擔。引入C語言進行教學，學生掌握起來相對較快，不用過多考慮硬件，編寫程序較容易。經過調研，目前在高科技電子領域實際應用中，單片機的開發多采用C語言編程。故采用C語言代替匯編語言開發單片機。

通過理實一體化課程教學改革，將任務驅動法、仿真法、實驗教學法相結合，將“教、學、做”融為一體，培養學生單片機系統的應用能力，并將C語言應用于單片機課程，降低了學生的學習難度。經過課程改革，可提高學生學習興趣、提高學生主動學習的積極性，教學效率和教學質量也有一定提高。單片機原理及應用教學改革是一個長期的過程，需要教師不斷學習、積累經驗、探索完善、拓展知識結構、加強科學研究，同時不斷改進教學方法，提高教學效率，使學生在知識的掌握與實踐能力的提升方面受益。

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