论文部分内容阅读
摘要：结合近年单片机教学经验，总结出以项目驱动法为主、以Proteus仿真为辅助教学平台、以单片机应用系统开发为教学主线，以能力培养为目标的“单片机”课程教学新思路，并改进了教学内容，将各章节知识点融入典型的项目实例中。实践证明，该方法教学效果好，能引起学生学习的兴趣，并能极大提高学生学习的自主性和实际项目动手开发能力。
关键词：单片机；项目驱动；Proteus；教学改革
作者简介：王京港（1983-），男，江苏徐州人，南京理工大学紫金学院机械工程系，助教；张翠平（1982-），女，江苏宿迁人，南京理工大学紫金学院机械工程系，讲师。（江苏 南京 210046）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0138-02
“单片机原理及应用”是测控技术与仪器专业的学位专业课，在测控技术与仪器专业的课程体系建设中起着非常重要的作用。单片机是将自动化系统上的信号进行采集、处理、显示或发出控制信号的主体，通过单片机的学习可以把传感器原理、测控电路、智能仪器等相关课程连接起来，从而建立起测控电子—智能仪器课程体系群。因此，学好单片机对于测控专业的学生来说具有重要的意义。
单片机课程不是一门纯理论性的课程，更多的是需要学生动手实践和进行项目开发。结合这两年的“单片机”课程教学及科研实践经验，进行总结、摸索，提出了基于项目驱动及Proteus仿真的单片机课程教学改革新思路。实践表明，该方法教学效果好，能引起学生学习的兴趣，并能极大提高学生学习的自主性和实际项目动手开发能力。
一、单片机项目驱动法教学理念及Proteus仿真平台
项目驱动法教学是以实践应用为根本目标，学生为主体，教师为主导，围绕具体的项目构建教学内容体系，通过师生共同参与完成一个具体的项目而展开的教学活动。[1]在项目的教学实施过程中，学生按需学习，亲身实践，学习成为一个参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是项目完成的过程。学生在项目的实践过程中，理解知识和掌握技能，培养分析和解决问题的能力。[2]
传统的单片机教学模式是以“知识为本位”，强调以教材为中心、以教师为中心、以课堂教学为中心，学生学习为被动接受，往往学习兴趣不高，缺乏动手实践机会，教学效果一般不够理想。单片机项目教学打破原有教学组织安排，将课程教材原有章节的知识点重新排列整合，将课程的内容分解为一个个小项目，以项目的开发步骤作为教学顺序，将单片机的知识点穿插到具体项目开发的过程中，引导学生边做实验边学习，在实践中学习，在完成项目过程中使学生逐步掌握课程的内容。显然，项目引入→项目解析→任务分解→知识点讲解→知识点应用→软、硬平台搭建→项目展开→项目完成的一系列教学活动，使学生从被动学习变为主动学习，调动了学生的学习积极性。
在单片机项目教学改革中引入仿真开发工具Proteus。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真等功能。[3]在单片机项目教学和实践中，学生可借助Proteus与Keil C软件进行仿真，掌握每个项目的开发过程，加强学生对系统硬件设计能力的训练，可以直接从工程的角度直接看电路运行和电路工作过程和结果。
二、单片机项目驱动教学改革
1.项目内容设计
项目的设计是单片机项目驱动法教学开展中的一个至关重要的环节，项目内容构建是“项目驱动法”教学实施的基础。首先，应该选择合适的项目，将单片机课程教材的原有章节的知识点重新排列整合，组成一个个的项目。要求每个项目既要体现测控专业对单片机应用技术能力的具体要求，还要能基本覆盖当前阶段教学内容的相关理论知识点。同时还要注意测控专业学生学习的前后课程之间的关联，科学合理进行项目规划。确定了项目，就要制定明确的设计任务、设计目标和所要体现的单片机软硬件知识点。表1为测控专业“单片机原理及应用”课程的项目内容、任务分解及教学目标。
2.软硬件教学、实践平台的构建
传统的单片机教学课件和教案资源相对单一，教学平台大多是借助多媒体课件展示，讲解课程内容。[4]教学内容往往比较枯燥，理论教学和实践教学不能有效结合，学生只能了解些基本的单片机理论知识，不适合项目驱动法教学的展开。为此，构建了软硬两类教学平台。软件平台包括：Proteus仿真平台，可以用于课堂教学过程中的项目演示及学生课后进行项目重现；Keil C 软件平台，主要用于程序代码的编写与调试，并且可以把Keil C和Proteus仿真软件结合起来进行项目的系统连调，从而更好、更直观地把项目开发的过程，以及项目开发过程中经常出现的问题的解决办法形象展现在学生的面前。为了更好地开展教学，还制作了具有仿真功能的多媒体课件，用Proteus软件开发了基于一个个小项目的例程，并设计一个小型的适用于测控专业的单片机仿真开发板。硬件平台：不再采用传统的单片机教学实验箱进行项目教学的开展，而是根据选取的项目要求，设计了基于STC89S51的单片机硬件开发平台。如：最小系统模块，流水灯模块，6位数码管动态显示模块，矩阵键盘模块，串口通信模块等利于项目开展及单片机教学的模块。这样每个项目的展开时都有成型的硬件实体做支撑，各个模块间可以和单片机最小系统间相互配合，从而可以组成项目式教学的各个子项目。
3.课堂教学环节
在传统的教学模式中，“单片机”课程内容安排一般是：单片机概述、硬件结构、指令系统、汇编语言设计、存储器扩展、中断与定时系统、串行通讯等。这种教学模式中，教学内容略显枯燥、理论教学和实践教学不能相互紧密结合。学生往往对单片机没有一个直观的认识，对单片机系统的开发方法不甚了解，只是了解些单片机的理论基础知识，在具体实战中学生不知道怎么应用单片机去解决工程实际问题。 以单片机应用为核心的单片机项目教学法，把讲授的内容及知识点融入到单片机具体的一个个项目实例中，启发和引导学生去分析项目完成具体的任务，激发学生的求知欲，培养他们分析问题、解决问题、获取知识和应用知识的能力。[5]在具体教学时，让学生首先学会认识芯片、选择芯片，调动学生在学习上的主动性和积极性。不再是先讲解理论知识，而是先直观借助多媒体和Proteus仿真及Keil C连调，使学生看到每一个项目所要完成的功能。每一个项目实际上都是一个单片机系统，项目的讲解一般分为两个部分：硬件设计和软件设计。硬件设计借助Proteus仿真软件。在讲解硬件的同时，介绍相关的单片机基础知识点；软件讲解借助于Keil C软件的调试功能，一边单步调试程序一边讲解，在编程的同时讲解相关的硬件结构、指令及C语言语法。
4.实验实践环节
单片机实践环节是单片机学习的一个非常重要环节，因此在实践学习的过程中要注重学生是实践的主体，要引导学生化被动学习为主动学习。教师则利用以往的教学及项目实践经验帮助学生解决一些项目开展及实践过程中的软件、硬件调试过程中的问题。
在基于项目驱动及Proteus仿真的教学改革过程中，很大一部分的重点应该放在学生实践上。实践环节分为四个部分：一是理论教学时借助Proteus仿真平台及多媒体进行各个项目的讲解，使学生直观感受单片机编程的魅力，激发学生学习的兴趣；二是课后学生利用个人电脑中的Proteus仿真软件及Keil C 软件进行课堂教学的内容实践练习；三是在平时布置一些开放性自选作业，让学生选择自己感兴趣的内容进行深入学习；四是进入实验室进行具体项目的硬件电路的搭建及调试运行。
另外，根据学生实验项目的要求，还制作了专门的基于Proteus的单片机仿真开发板，这样学生除了可以自己搭建实验硬件外，还可以在仿真开发板平台上进行各种项目的实践。通过软件、硬件平台的相互配合，使学生在项目实践开展的过程中既掌握了单片机基础理论知识，又提高了动手实战能力，使学生的综合运用知识的能力和项目开发经验得以提高，真正实现知识性、实用性的有效统一。
三、教学改革效果分析
单片机项目驱动法教学改革，打破了传统理论与实践教学的界限，单片机项目教学的两种软、硬件教学平台相互配合，不仅有利于教师教学的展开，也有利于学生的学习及课后项目实践的展开。再配合实验室强大的软硬件资源、方便地实现了项目式教学及学生项目实践的展开，使学生对基础知识的掌握更为深入和扎实，有效提高了学生的学习效率，学习效果佳。
l.学生的学习主动性、积极性明显提高
借助软、硬件平台的项目驱动法教学使学生能直观地了解单片机以及单片机项目开发的全过程。学生的学习兴趣被激发出来，学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力得到提高。
2.毕业设计选题选择单片机类的题目明显增多
学生对这类课题的开展能力明显得到提高，有很多学生在答辩中取得了较好的成绩，并且有不少学生按照项目式开发方法搭建了硬件，较好地实现了课题要求。比如09测控的一个学生设计的履带式红外避障机器人。
3.学生参加相关竞赛热情高
学生积极主动报名参加基于单片机的智能机器人比赛、省级大学生创新计划，学生创新能力、动手能力得以体现和施展。
四、结语
针对目前“单片机原理及应用”教学中存在的问题，结合三本院校培养应用型创新人才的定位，以培养测控专业应用型、创新型人才为目标，提出了以项目驱动法为主，以Proteus仿真为辅助教学平台，以单片机应用系统开发为教学主线，以能力培养为目标的“单片机”教学改革新思路。通过两年的教学实践，把单片机的教学分成一个个的小项目的形式展开，并借助Proteus仿真软件和Keil C软件以及学生搭建相关硬件平台来进行基于项目式的教学，使学生一步一个台阶，在学习理论的基础上，通过一定的具体项目的开发实践，使学生达到掌握单片机开发的目的。实践证明，该教学方法效果好，能引起学生学习的兴趣，并能极大提高学生学习的自主性和实际项目动手开发能力。
参考文献：
[1]冯冬菊，王丹虹，等.基于项目驱动的机械制图教学改革[J].实验室科学，2012，15（3）：25-27.
[2]赵永熹，黄云峰.基于项目驱动法的单片机课程体系建设[J].中国电力教育，2013，（4）：55-56.
[3]林立，等.单片机原理及应用：基于Proteus和Keil C[M].北京：电子工业出版社，2009.
[4]杜志强.机械类专业“单片机原理及应用”课程教学探索与实践[J].理工高教研究，2010，29（3）：121-124.
[5]谢宏霖.基于“项目驱动法”的单片机类课程教学探索[J].电脑知识与技术，2012，8（30）：7290-7292.
（责任编辑：刘辉）
关键词：单片机；项目驱动；Proteus；教学改革
作者简介：王京港（1983-），男，江苏徐州人，南京理工大学紫金学院机械工程系，助教；张翠平（1982-），女，江苏宿迁人，南京理工大学紫金学院机械工程系，讲师。（江苏 南京 210046）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0138-02
“单片机原理及应用”是测控技术与仪器专业的学位专业课，在测控技术与仪器专业的课程体系建设中起着非常重要的作用。单片机是将自动化系统上的信号进行采集、处理、显示或发出控制信号的主体，通过单片机的学习可以把传感器原理、测控电路、智能仪器等相关课程连接起来，从而建立起测控电子—智能仪器课程体系群。因此，学好单片机对于测控专业的学生来说具有重要的意义。
单片机课程不是一门纯理论性的课程，更多的是需要学生动手实践和进行项目开发。结合这两年的“单片机”课程教学及科研实践经验，进行总结、摸索，提出了基于项目驱动及Proteus仿真的单片机课程教学改革新思路。实践表明，该方法教学效果好，能引起学生学习的兴趣，并能极大提高学生学习的自主性和实际项目动手开发能力。
一、单片机项目驱动法教学理念及Proteus仿真平台
项目驱动法教学是以实践应用为根本目标，学生为主体，教师为主导，围绕具体的项目构建教学内容体系，通过师生共同参与完成一个具体的项目而展开的教学活动。[1]在项目的教学实施过程中，学生按需学习，亲身实践，学习成为一个参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是项目完成的过程。学生在项目的实践过程中，理解知识和掌握技能，培养分析和解决问题的能力。[2]
传统的单片机教学模式是以“知识为本位”，强调以教材为中心、以教师为中心、以课堂教学为中心，学生学习为被动接受，往往学习兴趣不高，缺乏动手实践机会，教学效果一般不够理想。单片机项目教学打破原有教学组织安排，将课程教材原有章节的知识点重新排列整合，将课程的内容分解为一个个小项目，以项目的开发步骤作为教学顺序，将单片机的知识点穿插到具体项目开发的过程中，引导学生边做实验边学习，在实践中学习，在完成项目过程中使学生逐步掌握课程的内容。显然，项目引入→项目解析→任务分解→知识点讲解→知识点应用→软、硬平台搭建→项目展开→项目完成的一系列教学活动，使学生从被动学习变为主动学习，调动了学生的学习积极性。
在单片机项目教学改革中引入仿真开发工具Proteus。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真等功能。[3]在单片机项目教学和实践中，学生可借助Proteus与Keil C软件进行仿真，掌握每个项目的开发过程，加强学生对系统硬件设计能力的训练，可以直接从工程的角度直接看电路运行和电路工作过程和结果。
二、单片机项目驱动教学改革
1.项目内容设计
项目的设计是单片机项目驱动法教学开展中的一个至关重要的环节，项目内容构建是“项目驱动法”教学实施的基础。首先，应该选择合适的项目，将单片机课程教材的原有章节的知识点重新排列整合，组成一个个的项目。要求每个项目既要体现测控专业对单片机应用技术能力的具体要求，还要能基本覆盖当前阶段教学内容的相关理论知识点。同时还要注意测控专业学生学习的前后课程之间的关联，科学合理进行项目规划。确定了项目，就要制定明确的设计任务、设计目标和所要体现的单片机软硬件知识点。表1为测控专业“单片机原理及应用”课程的项目内容、任务分解及教学目标。
2.软硬件教学、实践平台的构建
传统的单片机教学课件和教案资源相对单一，教学平台大多是借助多媒体课件展示，讲解课程内容。[4]教学内容往往比较枯燥，理论教学和实践教学不能有效结合，学生只能了解些基本的单片机理论知识，不适合项目驱动法教学的展开。为此，构建了软硬两类教学平台。软件平台包括：Proteus仿真平台，可以用于课堂教学过程中的项目演示及学生课后进行项目重现；Keil C 软件平台，主要用于程序代码的编写与调试，并且可以把Keil C和Proteus仿真软件结合起来进行项目的系统连调，从而更好、更直观地把项目开发的过程，以及项目开发过程中经常出现的问题的解决办法形象展现在学生的面前。为了更好地开展教学，还制作了具有仿真功能的多媒体课件，用Proteus软件开发了基于一个个小项目的例程，并设计一个小型的适用于测控专业的单片机仿真开发板。硬件平台：不再采用传统的单片机教学实验箱进行项目教学的开展，而是根据选取的项目要求，设计了基于STC89S51的单片机硬件开发平台。如：最小系统模块，流水灯模块，6位数码管动态显示模块，矩阵键盘模块，串口通信模块等利于项目开展及单片机教学的模块。这样每个项目的展开时都有成型的硬件实体做支撑，各个模块间可以和单片机最小系统间相互配合，从而可以组成项目式教学的各个子项目。
3.课堂教学环节
在传统的教学模式中，“单片机”课程内容安排一般是：单片机概述、硬件结构、指令系统、汇编语言设计、存储器扩展、中断与定时系统、串行通讯等。这种教学模式中，教学内容略显枯燥、理论教学和实践教学不能相互紧密结合。学生往往对单片机没有一个直观的认识，对单片机系统的开发方法不甚了解，只是了解些单片机的理论基础知识，在具体实战中学生不知道怎么应用单片机去解决工程实际问题。 以单片机应用为核心的单片机项目教学法，把讲授的内容及知识点融入到单片机具体的一个个项目实例中，启发和引导学生去分析项目完成具体的任务，激发学生的求知欲，培养他们分析问题、解决问题、获取知识和应用知识的能力。[5]在具体教学时，让学生首先学会认识芯片、选择芯片，调动学生在学习上的主动性和积极性。不再是先讲解理论知识，而是先直观借助多媒体和Proteus仿真及Keil C连调，使学生看到每一个项目所要完成的功能。每一个项目实际上都是一个单片机系统，项目的讲解一般分为两个部分：硬件设计和软件设计。硬件设计借助Proteus仿真软件。在讲解硬件的同时，介绍相关的单片机基础知识点；软件讲解借助于Keil C软件的调试功能，一边单步调试程序一边讲解，在编程的同时讲解相关的硬件结构、指令及C语言语法。
4.实验实践环节
单片机实践环节是单片机学习的一个非常重要环节，因此在实践学习的过程中要注重学生是实践的主体，要引导学生化被动学习为主动学习。教师则利用以往的教学及项目实践经验帮助学生解决一些项目开展及实践过程中的软件、硬件调试过程中的问题。
在基于项目驱动及Proteus仿真的教学改革过程中，很大一部分的重点应该放在学生实践上。实践环节分为四个部分：一是理论教学时借助Proteus仿真平台及多媒体进行各个项目的讲解，使学生直观感受单片机编程的魅力，激发学生学习的兴趣；二是课后学生利用个人电脑中的Proteus仿真软件及Keil C 软件进行课堂教学的内容实践练习；三是在平时布置一些开放性自选作业，让学生选择自己感兴趣的内容进行深入学习；四是进入实验室进行具体项目的硬件电路的搭建及调试运行。
另外，根据学生实验项目的要求，还制作了专门的基于Proteus的单片机仿真开发板，这样学生除了可以自己搭建实验硬件外，还可以在仿真开发板平台上进行各种项目的实践。通过软件、硬件平台的相互配合，使学生在项目实践开展的过程中既掌握了单片机基础理论知识，又提高了动手实战能力，使学生的综合运用知识的能力和项目开发经验得以提高，真正实现知识性、实用性的有效统一。
三、教学改革效果分析
单片机项目驱动法教学改革，打破了传统理论与实践教学的界限，单片机项目教学的两种软、硬件教学平台相互配合，不仅有利于教师教学的展开，也有利于学生的学习及课后项目实践的展开。再配合实验室强大的软硬件资源、方便地实现了项目式教学及学生项目实践的展开，使学生对基础知识的掌握更为深入和扎实，有效提高了学生的学习效率，学习效果佳。
l.学生的学习主动性、积极性明显提高
借助软、硬件平台的项目驱动法教学使学生能直观地了解单片机以及单片机项目开发的全过程。学生的学习兴趣被激发出来，学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力得到提高。
2.毕业设计选题选择单片机类的题目明显增多
学生对这类课题的开展能力明显得到提高，有很多学生在答辩中取得了较好的成绩，并且有不少学生按照项目式开发方法搭建了硬件，较好地实现了课题要求。比如09测控的一个学生设计的履带式红外避障机器人。
3.学生参加相关竞赛热情高
学生积极主动报名参加基于单片机的智能机器人比赛、省级大学生创新计划，学生创新能力、动手能力得以体现和施展。
四、结语
针对目前“单片机原理及应用”教学中存在的问题，结合三本院校培养应用型创新人才的定位，以培养测控专业应用型、创新型人才为目标，提出了以项目驱动法为主，以Proteus仿真为辅助教学平台，以单片机应用系统开发为教学主线，以能力培养为目标的“单片机”教学改革新思路。通过两年的教学实践，把单片机的教学分成一个个的小项目的形式展开，并借助Proteus仿真软件和Keil C软件以及学生搭建相关硬件平台来进行基于项目式的教学，使学生一步一个台阶，在学习理论的基础上，通过一定的具体项目的开发实践，使学生达到掌握单片机开发的目的。实践证明，该教学方法效果好，能引起学生学习的兴趣，并能极大提高学生学习的自主性和实际项目动手开发能力。
参考文献：
[1]冯冬菊，王丹虹，等.基于项目驱动的机械制图教学改革[J].实验室科学，2012，15（3）：25-27.
[2]赵永熹，黄云峰.基于项目驱动法的单片机课程体系建设[J].中国电力教育，2013，（4）：55-56.
[3]林立，等.单片机原理及应用：基于Proteus和Keil C[M].北京：电子工业出版社，2009.
[4]杜志强.机械类专业“单片机原理及应用”课程教学探索与实践[J].理工高教研究，2010，29（3）：121-124.
[5]谢宏霖.基于“项目驱动法”的单片机类课程教学探索[J].电脑知识与技术，2012，8（30）：7290-7292.
（责任编辑：刘辉）