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随着人们对生活质量需求的不断提高,智能化产品设备的种类越来越多,技术也越来越成熟,就像大家非常熟悉的家电产品、数字影音设备、通信设备等,智能化产品已经悄无声息地渗透到我们的周围,这完全得益于电子与计算机技术的发展。在工科专业中,将计算机应用于原始的机械、电子设备使其具有智能已是当前的趋势,其中,《单片机原理与应用》就是机、电、通信类等专业的一门基本又重要的课程。现在的学生就是未来研发智能化产品的栋梁,因此在校学好《单片机》这门课程是关系到专业方面的后续发展。
一、现有条件下存在的问题
历年及多数院校的单片机教学效果并不是太好,主要原因在于《单片机》这门课程是软、硬结合的课程,既需要学生有扎实的硬件基础,又需要有软件编程的逻辑思维能力。而现今的教材基本都是以单片机的硬件结构、指令系统、程序设计等为章节顺序,软、硬件是分开学习,这既使学生感到枯燥乏味、学不进去,又不利于锻炼学生"软硬兼施"的能力。基于上述原因,我们在教学中曾经做过改革,采用实践教学的方法,教学中以实验为主导,为此我们把实验项目设计成软硬综合的小项目,授课时打破教材的章节顺序,让学生在实验室中学点硬件就能马上把相应的软件结合进去并直接操作体会。这项改革有一定的效果,但由于学生多实验室少,无法将所有的教学搬进实验室,特别是实验设备又老坏的太多,做实验时从最先的2位学生一台实验箱到后来的3、4位同学一台实验箱,不仅影响了教学进程,还出现一些学生因没有机会动手或没有足够的时间动手操作而懒散起来,而认真积极的同学则意犹未尽时就不得不离开,老师也是心有余而力不足。
二、在现有条件下寻求好的教学方式
现状如此,新的实验室也有待建设,但学生是等不了的,老师更是不能耽误任何一届的学生,为此我们一直努力在现有条件下不断寻求单片机教与学的更好的方法,而由英国Labeenter electronics公司开发的仿真软件Proteus ISIS成为我们关注的对象。
几年来,我系已应用有关电子仿真软件辅助教学,但这些软件都不能仿真微处理器, 而Proteus VSM 最重要的特点是它能把微处理器软件作用在处理器上并和连接该微处理器的任何模拟和数字器件协同仿真,微处理器模型和其它器件的模型一道驻流在原理设计中,仿真执行目标码,就像在真正的单片机系统上,用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。Keil公司的uVision集成开发环境与Proteus相结合将在很大程度上提高单片机课堂教学效果,解决学生课余学习单片机无实验设备的局限。
例如,在第二章"单片机的结构和原理"的授课中,根据教材,只陈述存储器与四个并行I/O口的结构,对如何应用软件控制只字未提。这些硬件知识枯燥不容易记忆,学生听了提不起兴趣,等到第三、四章讲"指令系统"和"程序设计"时,学生对前面讲的硬件部分已模模糊糊了。为此,我们设计了一个彩灯实验,学硬件时同时学软件,使学生在感性认识的基础上加深知识理解,提高兴趣,提高学习积极性。这样的教学设计虽好,但受实验室条件限制,并不是每次课都能这样在实验室上,不在实验室上的课还是理论又理论。若引入上面所说的Proteus软件参与课堂教学,则在一定程度上能仿真实验教学效果,提高了学生认知度的同时,也激发学生的课堂听课效率。同样以"彩灯实验"为例,教师在备课时要先应用Proteus软件画出电路图,如图1所示,用Keil软件编写程序,如图2所示,将程序编译生成.HEX文件,加载到彩灯电路的单片机中,点击运行仿真,并完成调试。授课时,教师首先演示"彩灯实验"的运行效果,提起学生对本堂课的兴趣,接着陈述这个系统的实现过程,并对这个系统所用到的相关硬件与软件部分作介绍,如硬件部分用到单片机的并行I/O口,软件方面要学习循环程序结构和软件延时程序的编制,指导学生在教材上找到相应的知识点,然后剖析这个系统的原理及软件实现方法。Proutues与Keil联合应用,不仅能使学生以从幻灯上看到电路在整个程序控制下的结果,还可以加强学生对知识的理解和深化。演示分析完这个系统后,教师可应用单步运行的方式加深学生对单条指令作用的理解,教师还可以修改指令仿真运行,让学生看到不同指令下相同或不同的结果、采用不同方法编制程序达到的相同结果等,甚至可以教授学生在外围增加几个按键扩大彩灯系统功能的方法,使学生能够相对直观的看到这个系统的原理及控制方法,理解指令和程序的作用,理解应用软件控制硬件工作的方法,提高软硬件思维能力及后续的应用能力。
三、在现有条件下寻求好的学习方式
单片机课程的另一大特点是应用性和实践性强。曾经听过的一段英文最能体现单片机这门课的特点,"听了,知道了;看了,明白了;做了,理解了"。学生光靠听课,老师讲得再好,也只是知道有这么回事;课后好好复习做习题,也只是明白书上所说的东西,而要真正的学透,必须动手去实践。目前能让学生实践的机会就在实验课上,每周的一次实验根本无法满足实践的需要,如果让学生自行购买简单的学习板也不是最好的办法。Proteus的出现让学生可以把实验学习"搬到"宿舍,让课堂的学习得到延续。现在的学生自带电脑的为数不少,在宿舍中经常会看到学生沉迷于游戏电影QQ,如果可以让学生把课堂上的"余兴"延续到宿舍,可以提升整个班级的学习气氛。在宿舍中,Proteus可以单人学习,提高个人学习能力,可以多人合作,提高团队的协作能力,一旦形成氛围,还会出现宿舍间学习成果的竞争。让学生主动提炼自己,这比起被动的书面作业有趣多了,不但能学好单片机课程,还能培养学生的学习能力、协作能力,为后续的课程学习、毕业设计以及将来的工作能力奠定基础。
仿真软件在教学中的有一定的优越性,但仿真毕竟只是模仿理想的真实情况,并非真正的真实情况,特别是在电路设计应用中,仿真正确的系统做成实物,可能会出现意料之外的情况,实物与虚拟的还是有区别,因此软件仿真还是不能完全代替实物制作,就像时常面对电脑畅谈的宅人不懂怎么与人打交道一样,我们也不可让学生定格在虚拟仿真中,实际工作中的开发还是要面对实物的,毫无疑问仿真软件教学对提高教学效果是显而易见的。
参考文献:
[1]苏变玲,朱志平,袁卫.基于PROTUES的单片机仿真教学的研究.实验室研究与探索[J].2009(4):75-78.
[2]蔺玉珂.基于工作过程教学的单片机课程改革研究.单片机与嵌入式系统应用[J].2010(4):5-7.
一、现有条件下存在的问题
历年及多数院校的单片机教学效果并不是太好,主要原因在于《单片机》这门课程是软、硬结合的课程,既需要学生有扎实的硬件基础,又需要有软件编程的逻辑思维能力。而现今的教材基本都是以单片机的硬件结构、指令系统、程序设计等为章节顺序,软、硬件是分开学习,这既使学生感到枯燥乏味、学不进去,又不利于锻炼学生"软硬兼施"的能力。基于上述原因,我们在教学中曾经做过改革,采用实践教学的方法,教学中以实验为主导,为此我们把实验项目设计成软硬综合的小项目,授课时打破教材的章节顺序,让学生在实验室中学点硬件就能马上把相应的软件结合进去并直接操作体会。这项改革有一定的效果,但由于学生多实验室少,无法将所有的教学搬进实验室,特别是实验设备又老坏的太多,做实验时从最先的2位学生一台实验箱到后来的3、4位同学一台实验箱,不仅影响了教学进程,还出现一些学生因没有机会动手或没有足够的时间动手操作而懒散起来,而认真积极的同学则意犹未尽时就不得不离开,老师也是心有余而力不足。
二、在现有条件下寻求好的教学方式
现状如此,新的实验室也有待建设,但学生是等不了的,老师更是不能耽误任何一届的学生,为此我们一直努力在现有条件下不断寻求单片机教与学的更好的方法,而由英国Labeenter electronics公司开发的仿真软件Proteus ISIS成为我们关注的对象。
几年来,我系已应用有关电子仿真软件辅助教学,但这些软件都不能仿真微处理器, 而Proteus VSM 最重要的特点是它能把微处理器软件作用在处理器上并和连接该微处理器的任何模拟和数字器件协同仿真,微处理器模型和其它器件的模型一道驻流在原理设计中,仿真执行目标码,就像在真正的单片机系统上,用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。Keil公司的uVision集成开发环境与Proteus相结合将在很大程度上提高单片机课堂教学效果,解决学生课余学习单片机无实验设备的局限。
例如,在第二章"单片机的结构和原理"的授课中,根据教材,只陈述存储器与四个并行I/O口的结构,对如何应用软件控制只字未提。这些硬件知识枯燥不容易记忆,学生听了提不起兴趣,等到第三、四章讲"指令系统"和"程序设计"时,学生对前面讲的硬件部分已模模糊糊了。为此,我们设计了一个彩灯实验,学硬件时同时学软件,使学生在感性认识的基础上加深知识理解,提高兴趣,提高学习积极性。这样的教学设计虽好,但受实验室条件限制,并不是每次课都能这样在实验室上,不在实验室上的课还是理论又理论。若引入上面所说的Proteus软件参与课堂教学,则在一定程度上能仿真实验教学效果,提高了学生认知度的同时,也激发学生的课堂听课效率。同样以"彩灯实验"为例,教师在备课时要先应用Proteus软件画出电路图,如图1所示,用Keil软件编写程序,如图2所示,将程序编译生成.HEX文件,加载到彩灯电路的单片机中,点击运行仿真,并完成调试。授课时,教师首先演示"彩灯实验"的运行效果,提起学生对本堂课的兴趣,接着陈述这个系统的实现过程,并对这个系统所用到的相关硬件与软件部分作介绍,如硬件部分用到单片机的并行I/O口,软件方面要学习循环程序结构和软件延时程序的编制,指导学生在教材上找到相应的知识点,然后剖析这个系统的原理及软件实现方法。Proutues与Keil联合应用,不仅能使学生以从幻灯上看到电路在整个程序控制下的结果,还可以加强学生对知识的理解和深化。演示分析完这个系统后,教师可应用单步运行的方式加深学生对单条指令作用的理解,教师还可以修改指令仿真运行,让学生看到不同指令下相同或不同的结果、采用不同方法编制程序达到的相同结果等,甚至可以教授学生在外围增加几个按键扩大彩灯系统功能的方法,使学生能够相对直观的看到这个系统的原理及控制方法,理解指令和程序的作用,理解应用软件控制硬件工作的方法,提高软硬件思维能力及后续的应用能力。
三、在现有条件下寻求好的学习方式
单片机课程的另一大特点是应用性和实践性强。曾经听过的一段英文最能体现单片机这门课的特点,"听了,知道了;看了,明白了;做了,理解了"。学生光靠听课,老师讲得再好,也只是知道有这么回事;课后好好复习做习题,也只是明白书上所说的东西,而要真正的学透,必须动手去实践。目前能让学生实践的机会就在实验课上,每周的一次实验根本无法满足实践的需要,如果让学生自行购买简单的学习板也不是最好的办法。Proteus的出现让学生可以把实验学习"搬到"宿舍,让课堂的学习得到延续。现在的学生自带电脑的为数不少,在宿舍中经常会看到学生沉迷于游戏电影QQ,如果可以让学生把课堂上的"余兴"延续到宿舍,可以提升整个班级的学习气氛。在宿舍中,Proteus可以单人学习,提高个人学习能力,可以多人合作,提高团队的协作能力,一旦形成氛围,还会出现宿舍间学习成果的竞争。让学生主动提炼自己,这比起被动的书面作业有趣多了,不但能学好单片机课程,还能培养学生的学习能力、协作能力,为后续的课程学习、毕业设计以及将来的工作能力奠定基础。
仿真软件在教学中的有一定的优越性,但仿真毕竟只是模仿理想的真实情况,并非真正的真实情况,特别是在电路设计应用中,仿真正确的系统做成实物,可能会出现意料之外的情况,实物与虚拟的还是有区别,因此软件仿真还是不能完全代替实物制作,就像时常面对电脑畅谈的宅人不懂怎么与人打交道一样,我们也不可让学生定格在虚拟仿真中,实际工作中的开发还是要面对实物的,毫无疑问仿真软件教学对提高教学效果是显而易见的。
参考文献:
[1]苏变玲,朱志平,袁卫.基于PROTUES的单片机仿真教学的研究.实验室研究与探索[J].2009(4):75-78.
[2]蔺玉珂.基于工作过程教学的单片机课程改革研究.单片机与嵌入式系统应用[J].2010(4):5-7.