周強+蔣慧敏+李媛+劉楓

摘 要 單片機課程是電類專業(yè)的主干課程。本文介紹了在單片機課程中利用Proteus軟件開展項目化教學的經驗，著重從項目的確定、實施及最后評價三方面入手展開研究。實踐表明：電子類學生對單片機課程學習滿意度提高，提高了學生的工程實踐能力。

關鍵詞 Proteus 單片機 項目化教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0引言

2005年11月，《國務院關于大力發(fā)展職業(yè)教育的決定》要求高水平的培養(yǎng)高素質技能型人才，拉開我國新時期高校教育人才培養(yǎng)模式改革的序幕。2014年6月，《國務院關于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》明確要求引導一批普通本科高等學校向應用技術類型高等學校轉型，以就業(yè)為目標，整合教育資源，改進教學方式?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家教育事業(yè)發(fā)展第十二個五年規(guī)劃》也明確指出地方高校教育改革的重點方向是“加快培養(yǎng)重點領域緊缺人才，優(yōu)化學科，辦出特色，服務地方”，高等教育轉型對于部分地方高校來說已是辦學的大勢所趨。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展和進步，諸如“物聯(lián)網技術”“工業(yè)4.0”等名稱不斷涌現(xiàn)，企業(yè)對高素質的電子類專業(yè)人才越加渴望。他們往往希望畢業(yè)生在很短的時間內能夠勝任工作崗位的要求甚至是直接參與企業(yè)的項目開發(fā)，因此高校的人才培養(yǎng)模式也應該適應時代的發(fā)展趨勢。

1“單片機課程”開展項目化教學的意義

項目化教學法是“行為導向”教學法的一種，往往由“內容”“活動”“情景”“結果”四大要素組成。項目化教學在國內外的教育中被廣泛采用，教師根據(jù)課程特點認知規(guī)律制定任務以項目的形式交給學生，學生可以工作小組的方式，分工合作，共同完成整個項目。其實質是與企業(yè)需求相結合的，是針對具體崗位的。在不斷的教學實踐中“基于工作過程”和“行動導向”的教學思想在職業(yè)教育的理論和應用中逐漸清晰，用一種指向工作世界的“能力”來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能力理念。在項目化的教學中，教師扮演著引導和把控全局的角色，學生在項目實踐的過程中，逐步會養(yǎng)成團隊合作精神、培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，同時也會激發(fā)學生的潛能和創(chuàng)造力。

“單片機原理與應用”作為工科院校電類專業(yè)的重要專業(yè)必修課，是一門硬件電路和軟件編譯有機結合，具有很強應用性的課程，可以較全面、較系統(tǒng)地錘煉學生的專業(yè)素質。但該課程對于初學者來說相對抽象，傳統(tǒng)的教學方式只是為了加深單片機基本原理及接口電路等，驗證性的實驗課讓學生在學習的過程中不夠深入，這與企業(yè)的要求相差甚大。近年來，單片機技術飛速向前發(fā)展，集成度越來越高，種類十分紛雜，學校在教學的過程中儀器、設備等方面總體偏落后，迫切需要在教學的過程中引入仿真軟件等現(xiàn)代教育技術。目前單片機仿真技術的軟件主要采用Proteus，它是英國Lab Center Electronics公司出版著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺結合的較為出色，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。對于單片機初學者，仿真軟件是一個可以加快認知周期、提高學習效率的工具。

2項目化教學的實踐

2.1項目的確定

確定項目是“項目化教學”的基石。單片機課程主要包括單片機硬件結構、指令系統(tǒng)、編程調試方法及其接口應用等，項目選取要以單片機課程必須要掌握的知識點為主線，站在初學者的角度上分層次逐漸遞進，精心設計和安排項目內容，選擇的教學項目如圖1所示。項目構架可以包括基本部分、發(fā)揮部分和強化訓練部分等三個層次。項目的基本部分要容易實現(xiàn)，那樣可以增強學生學習的積極性和信心；而項目的發(fā)揮部分要以鍛煉學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造力和成就感為目的，從而激發(fā)學生深入學習的動力。

與此同時，強化訓練需要教師要積極調研相關企業(yè)，邀請企業(yè)專家進行研討，分析崗位需求，制定學習目標并開展拓展技能的強化訓練，可以深入理解理論知識，學會單片機開發(fā)的實踐知識。項目教學輔助資源的構建是實施教學的重要平臺，項目化教學需要提供給學生大量的相關文獻，需要學生在自學的過程中發(fā)現(xiàn)問題，然后解決問題。傳統(tǒng)教學模式下的教學資源較為單一落后，僅僅是教材或者是參考書等，這遠遠不能滿足開展項目化教學的要求。因此，需要整合文字教學資源（教材、學習指導書及參考書等），參考各知名單片機開發(fā)網站資源（尤其是國內外知名院校的視頻課），利用軟件教學資源（Keil、Proteus以及Protel 軟件）和硬件教學資源（實驗箱、仿真器、單片機開發(fā)板等），構建豐富的課程資源庫。充分運用現(xiàn)代教育技術和手段，使學生能夠按照自己的需要，方便地實現(xiàn)不同教學資源的切換，為開展項目化教學提供資源保證。教師先明確本次項目的目標和要求，并先學生一步實施并完成項目。那樣既能保證教師能全面了解本項目，最終的成果展示又能給學生直觀的感知，讓學生明確項目最終的目標。

2.2項目的實施

下面以“PWM調光”為例說明項目教學的實施過程。要求學生利用Proteus仿真軟件，搭建規(guī)范的系統(tǒng)原理圖；編寫程序使電路正常運行；完成PCB的設計；撰寫設計報告。

2.2.1項目的要求

PWM脈寬調制是利用微處理器AT89C51的數(shù)字輸出，來對模擬電路進行控制的一種有效手段。通過調整單片機I/O口輸出波形的占空比，來模擬不同電壓下，LED燈的發(fā)光情況。

a.基本部分：系統(tǒng)上電時，單片機某一I/O口輸出低電平，同時數(shù)碼管顯示“00”。endprint

PWM信號在示波器上顯示的頻率為2KHz。

b.提高部分：按鍵S1可控制該I/O口輸出的矩形波占空比，每按下一次，輸出波形占空比增加5%，由數(shù)碼管顯示占空比數(shù)值（省略百分號），當占空比增加到100%時，蜂鳴器報警，若此時再按下S1， 該I/O口持續(xù)輸出高電平。按鍵S2每按下一次時，輸出波形占空比減少5%。數(shù)碼管顯示當前占空比數(shù)值，當輸出波形占空比減小到0時，若再按下S2鍵，該I/O口持續(xù)輸出低電平。

c.創(chuàng)新發(fā)揮部分：長按按鍵實現(xiàn)連續(xù)加或者減等功能。

2.2.2項目實施的步驟

a.設計系統(tǒng)硬件框圖和電路原理圖。所謂硬件框體，是指實現(xiàn)該項目的所有功能所需的硬件電路模塊，它是電路原理圖的單元電路。學生根據(jù)已有知識，通過查閱文獻等相關方式完成電路原理圖的繪制，完成單元電路的設計和關鍵參數(shù)的計算，列出元器件清單，由教師最后確認。這一步驟是項目化教學的第一步，也是重要的一個環(huán)節(jié)。通過原理圖的設計，既能夠檢驗學生對模電、數(shù)電、單片機技術及常用電子元器件的熟悉程度，又可以讓學生更加懂得注重對基礎知識學習，為他們將來走向工作崗位打下堅實的基礎。

b.繪制程序流程圖及軟件編寫。程序流程圖是程序的骨架，是程序分析中最基本、最重要的分析技術，它是進行程序流程分析過程中最基本的工具。因此在軟件編寫之前，要求學生運用Word、Visio等軟件繪制程序流程，向教師闡述自己的編程思路，得到認可后才可以進入軟件編寫的環(huán)節(jié)。在軟件設計，教師引導學生學會模塊化設計的概念，即根據(jù)項目中軟件承擔的任務，結合硬件資源，掌握硬件中各I/O通道與外界的聯(lián)系、定時器、中斷等工作狀態(tài)?？蓪⑷蝿辗纸獬芍T如鍵盤掃描、數(shù)碼管顯示、延時函數(shù)、A/D、D/A、外部中斷、定時器及串口通信等幾個相對較為獨立的子任務，然后分配給項目組成員完成。

c.系統(tǒng)調試。把各成員的完成的子任務組合起來聯(lián)調，在調試的過程中，一來學生對示波器、信號源、邏輯分析儀等常用的電子儀器更加熟悉，二來學會通過觀察、比對、分析、討論增強他們的團隊合作意識。當某小組出現(xiàn)大偏差或者久久不能解決問題的時候，教師不直接給出答案，而是引導學生朝某一方向繼續(xù)研究，自始自終讓學生處在主體地位。那樣反復的訓練，一定會增加學生的耐心、自信心和創(chuàng)造力。

2.2.3完善評價體系

評價體系是評估總結是“項目化教學”的最后一環(huán)，也是重要的環(huán)節(jié)。學生要先進行自我評估，以小組為單位，每個學生分別介紹項目實施過程中的具體任務、方法、遇到的問題及解決方案，使大家可以看到別人的解決方案中汲取營養(yǎng)。教師要總結學生遇到的各種各樣問題，講解自己遇到類似問題時的解決方法。最后，教師要總結比較各個小組的特點，引導他們是否可以繼續(xù)深入研究，鼓勵學生永無止境的科研精神。

在整個評估過程中，每一個項目都要有完善的評分標準。按百分制，評價分為四個方面：功能實現(xiàn)（基本副本20分，提高部分25分，創(chuàng)新10分）、現(xiàn)場匯報及問答（15分）、撰寫項目報告（20分）及綜合表現(xiàn)（10分）。

3結束語

在單片機課程中開展基于仿真軟件的項目化教學，有效地提高電子類專業(yè)學生工程實踐能力，有效地推動了高校教學改革和向應用型高校轉型的發(fā)展。近年來，該門課程的學生滿意度都較高，提高了學生的自信心。同時，在國家級、省級各項學科競賽諸如全國大學電子設計競賽、全國“恩智浦”杯智能汽車競賽中成績逐年提升，學生在項目研究中能夠獨當一面，獲得省、市級項目的項目數(shù)也節(jié)節(jié)攀升。

參考文獻

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