时间：2022-03-02 12:38:49
【关键词】单片机；Proteus；Keil；教学改革
0 引言
由于单片机体积小、成本低、控制功能强，易扩展等优点，使得它作为智能控制核心被广泛应用到各个领域中。所以说单片机的开发已成为目前高校电子和计算机等相关专业学生必备的能力。
然后现有实验教学中一般的单片机实验系统通常为固定线路，学习者只能依照该实验系统进行简单的接线，然后将代码输入，进行实验的验证，几乎没有自由创新和开发的空间。实验系统的数量也很难达到人手一台的标准，加上课时的限制使得大多数学生无法在课上得到充分的锻炼。基于现如今电脑的普及，软件的高度开发，笔者在此基础上增加了将Proteus与Keil整合应用于单片机实验教学中的环节，使学生可以在课下进行深入学习，培养学生自己开发简单项目的能力，达到理论与实际的合理过渡。
1 Keil软件的编程训练
作为一种高级语言，C语言已成为高校好多专业所必修的课程。而在单片机开发中，大多企业的软件开发也是以 C51为主。在此形势下，原来实验系统一贯的汇编语言开发环境显然已跟不上时代的发展， 对学生就业造成一定的影响。鉴于学生此前学习过C语言程序设计， ，加上C51语言编程简单易入门的优点，学生由汇编语言向C语言过渡会容易的多。因而，在实验系统开发环境上可以安装C开发环境―― Keil uvision软件。
Keil uvision4是基于C51的集成开发环境，支持汇编和C51编程，可编译生成HEX 下载文件。若挂接与目标处理器相应的硬件仿真器可直接进行软硬件联合调试，若纯软件实验还可完全不需要硬件而单独调试程序。学生在实验时， 只有在精确控制时，如频率、时间的控制上用汇编语言，其余部分均可用C51来完成编程。C51编程部分还可以通过在自己电脑上安装Keil软件完成对应的课前预习和课后总结任务，使课堂上的时间不会太过紧促。
2 采用Proteus辅助设计
Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出品的电路分析与仿真软件。软件特点如下：（1）单片机仿真与SPICE 电路仿真相结合；（2）支持示波器、信号发生器、逻辑分析仪等虚拟仪器，器仪具有理想参数指标，例如极高输入阻抗或极低输出阻抗，这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响，支持众多外部模拟和数字器件；（3）自身提供软件调试功能，也支持Keil C51等外部编译和调试环境。
Proteus允许用户搭建以单片机为核心的完整电路系统，并进行整体硬件仿真和软件调试，能真正对单片机系统进行辅助设计。利用Proteus软件，学生的硬件电路将不再受限于实验箱固有的模式，可以充分发挥自己的想象力进行自主开发。在课上老师可以进行简单实验如单片机最小系统的搭建与仿真的任务分配，而课下则要求每人根据自己兴趣进行一个稍微复杂电路的设计。这样，学生即使离开实验室，脱离实验箱，也可以进行完整的系统设计，而且能通过仿真看到结果。学生可以自由发挥设计灵感，不受既有电路的限制，大大锻炼了学生自主创新的能力，可谓之后工作打下扎实的基础。
3 基于 Proteus+ Keil的实验平台
鉴于proteus支持Keil作为外部编译和调试环境的特点，Proteus和Keil软件的结合使用已成为单片机制作初期常用的手段。在电路板实际制作之前，开发者可通过Proteus和Keil软件进行所需功能的仿真，达到要求后再进行具体元器件及PCB板的购买，大大节省了开发周期和开发成本。
单片机实验教学也可以把 Proteus与 Keil仿真软件整合起来使用。首先采用Proteus软件绘制硬件电路图， 然后通过 Keil进行软件部分的程序设计，最后再通过两部分的整合进行真调试。在实验室的电脑上安装好这两个软件，老师在实验教学过程中向学生展示其功能及应用，然后在课堂上让学生完成基本功能的使用。要求学生在自己的电脑上也安装这个软件， 利用课余时间自己动手做像LED发光管，蜂鸣器发声、键盘控制、数码管、AD模块转换等小实验。
4 传统方法与新方法的有机结合
根据单片机课程的特点，传统方法的存在与课堂内容更接近；而文章介绍的新方法则更贴近于就业，因而做到传统方法与新方法的有机结合将是培养高水平人才的关键所在。为达到上述目标，将实验教学内容分为基础实验、综合实验、开放实验三部分。
基础实验主要是基本硬件的认识、基本指令的使用与汇编语言的设计。这是对学生课堂知识的巩固，帮助学生消化课堂上的知识。
综合实验则包括硬件接线和软件编程两部分。实验系统提供基本电路，但完成实验要求还需要学生在掌握各模块功能的前提下自主接线。实验指导书只给出了任务、要求和原理性说明，学生必须根据实验目的和要求来搭建主体电路，然后编写程序，最后进行调试和验证。学生需认真观察实验现象，并对实验结果进行分析，上交实验报告和调试心得，作为实验考核的一部分。
开放实验室是由教师带动学生在课下自主完成实验任务的环节，它是对课堂内容的补充和升华，是学生充分发挥自主创新能力的环节，也是解决仪器损坏、仪器数量不足、内容多等问题的重要手段。指导老师可以鼓励学生自主提出感兴趣的题目进行设计研究，也可提出几个方向供学生选择。这样，领悟能力高的学生有了发展才华的机会，很有可能开发出新颖的实验电路，得到满意的仿真结果，甚至焊接出实现功能的电路板。贪玩的学生也会有完成课余任务的压力与紧迫感，提高他们的自制力，自觉完成任务。另外，学生需在课下利用Proteus和Keil软件进行软硬件的调试，而课堂只作为对学生进行答疑和供学生相互交流的环境。调试过程和结果可以PPT的形式展示，作为实验考核的重点。
基础实验是过渡实验的基础，基础实验和过渡实验又是顺利完成综合实验必不可少的环节。根据课时情况有条理地分配和穿插三部分，培养学生综合应用知识的能力，培养学生自主完成项目开发的能力。
5 结束语
传统的实验模式过于贴近课本，是验证性实验，作为基础可以很好的帮助学生消化课堂上的知识。利用Proteus与Keil进行单片机教学，具有比较明显的优势，为单片机实验改革提供了一个很好的思路。在传统模式让学生学会理论联系实际的方法的基础上，利用Proteus与Keil进行单片机有关软硬件技术的自主训练，大大培养了学生的创新能力。这种通过“软硬结合”的实验方法实现了以学生为主体的个性化教育模式，为学生在以后更高层次的深入应用和工作打下扎实的基础。
【参考文献】
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术学习辅导与实践教程[M].北京：清华大学出版社，2004，6.
[2]唐涌杰，王祯岩，等.面向21世纪高校实验教学改革的思路[J].实验室研究与探索，2000（5）：8-10.
【摘要】本文分析了目前高校单片机实验教学中存在的不足，并从教学内容和教学方法两方面提出了单片机实验课程改革的一些思路。教师只有不断丰富教学内容，改进教学方法，才能培养学生的动手能力和创新能力，实现教与学的最佳统一。
【关键词】单片机；实验；教学改革
单片机又称微控制器，是微型计算机的一个重要分支。由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好、价格便宜、应用灵活等特点，因此广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，可以说单片机已经渗透到我们生活的方方面面。目前高校的计算机类、电子类、控制类等专业都开设了单片机课程。该课程是一门理论性和实践性都很强的课程，因此实验教学应该占很重要的地位。然后，目前很多高校中单片机实验教学存在问题，如何通过改革单片机实验教学的内容和方法，充分调动学生学习的积极性，进一步发挥他们的主观能动性和创新能力，成为了本学科实验教学的重中之重。
1.单片机实验教学的现状
大多数高校在单片机课程的理论教学中，先介绍单片机内部结构和引脚、再讲汇编指令系统和汇编语言程序设计、然后讲存储器扩展、最后讲单片机系统的扩展和各种外围芯片的应用。WWw.133229.Com实验课一般在汇编语言程序设计讲完之后才开始进行。实验课设置存在以下问题。
1.1实验设备不能锻炼学生的动手能力；实验教学一般使用教学用实验箱，实验箱在出厂时，已经把单片机和外围芯片的大部分接线连接好了。实验时，学生按照实验指导书给出的接线图、实验方法和步骤操作，通过安装在pc机上的仿真软件，把汇编程序输到pc机上，然后通过串口通信，把编译好的机器码传送到单片机实验箱。实验结果通过pc机、示波器、万用表以及其它一些辅助设备观察。
这种实验箱性能稳定，避免了学生自己搭建实验设备带来的不确定性，从—定程度上可以让学生尽快熟悉和进入实验环境。但是，它缺少培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，也不利于进一步激发学生的学习兴趣和主观能动性。本来单片机的内部结构就看不见摸不到，学生们学起来感觉很抽象，再加上实验箱中单片机和外围芯片的连接也早已经固定好，所以很不利于学生们掌握单片机和其它芯片的连接。甚至有的同学做完了实验，竟然不知道单片机在本实验中起到什么作用。
1.2实验课时少；由于课时限制等因素，单片机原理与应用实验学时很少，一般在8-12个课时左右。其中入门实验、软件实验和验证性实验至少要占4个课时，所以设计型和综合型实验开出率不高，其结果是学生对所学的知识缺少一个整体的了解与认识。
1.3学生在思想上不重视；我国目前的文化教育，重视理论轻视实践，这造成了学生们从小就重视理论知识的学习而轻视动手实践。另外，在考核方式上，实验课一般作为理论课考试分值的一部分，即使实验课单独考核，往往也只占很少的学分，并且只要写过实验报告就基本可以通过。久而久之，大部分学生也滋生了重视理论课程轻视实验的思想。
通过以上分析可以看出，目前单片机的实验教学显然不利于培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，也不能进一步激发学生的学习兴趣和主观能动性，学生普遍反映单片机这门课太难学或者没有收获。为了适应当今社会对单片机行业人才的需求，必须对单片机实验教学进行改革。
2.单片机实验教学的改革
针对单片机实验教学存在的问题，可以从以下几个方面进行改革。
2.1教学内容的改革。
2.1.1增加c5l的编程训练；目前教学中，单片机的开发采用汇编语言。汇编语言是一种面向机器的语言，其汇编指令与机器指令一一对应，要想完成某种操作，就必须考虑计算机的硬件如何工作。由于汇编语言程序要安排运算的每一个细节，这就使得编写汇编语言程序比较繁琐、复杂。一个简单的计算公式或计算方法，也要用一系列汇编指令一步一步来实现。另外，调试汇编语言程序要比调试高级语言程序困难得多。
现在市场上单片机开发己经普遍采用了c51高级语言。和汇编语言相比，c51高级语言具有程序结构清晰、可读性好、易于维护等优点，一条c语言相当于几条汇编指令，完成同样功能程序的行数也大大缩小，更便于复杂算法的实现和调试。c51与c语言十分类似，通过先修课程c语言的学习，学生已经有一定的基础，学起c51会很快入门。所以为了提高学生的学习兴趣和开发能力，我们可以在实验中给学生增加c51的编程训练。
2.1.2protues软件的学习；proteusisis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，运行于windows操作系统上。它支持主流单片机系统的仿真，如68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种外围芯片。还可以仿真模拟电路、数字电路、rs232、i2c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统、各种虚拟仪器等。同时由于在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也具有这些功能。
在单片机的实验教学中，可以让学生自学proteus。
学生学习了proteus之后，可以在课余时间利用这些虚拟工具完成一些实验题目，整个过程如同操作硬件仿真器一样。过去需要到实验室操作电子仪器设备、电子元件才能完成单片机等实验，现在只要一台电脑，就可在该软件环境下快速轻松地实现。对于学习单片机的学生来说，拥有一台计算机和一套proteus软件，就可以随时随地开展单片机的学习了。
2.1.3实验内容的调整；目前市场上单片机实验设备种类繁多，但总的来说，都能够完成相关的软件实验和硬件实验。在教学中，我们可以把实验分成入门实验、软件实验、验证实验、设计性实验及综合性实验五部分。入门实验主要是完成对单片机仿真实验箱的硬件结构及相应的集成开发环境的熟悉。软件实验可以帮助学生尽快掌握汇编指令，提高编程水平，这类实验可以选择外部ram数据传送、数据区清零、数据排序等让学生们练习。验证性实验所用的例子应该与实际生活相结合，实验指导书给出实验要求、实验步骤、相应连线以及软件程序，让学生按实验指导书实现相应功能。比如我们可以给出8155控制交通灯的实验让学生们验证。通过验证性实验，学生们可以进一步了解单片机及外围芯片的作用，提高学生的学习兴趣。设计性实验，可以培养学生实践动手能力及创新能力。这类实验可以选择利用p1口进行输入输出、利用定时器进行定时、利用中断系统进行工业现场控制、利用a/d，d/a芯片进行转换、利用串口进行两机通信。实验指导书只列出各个实验项目的目的、要求和原理性的说明，学生在实验过程自行设计完成任务。综合性实验要求学生要有广阔的知识面，要对所学知识有较全面的掌握。开设综合性实验的目的，是为了提高学生的实验技能和和培养学生的创新能力。实验的项目包括：电子音响、led点阵显示、数字温度传感器、逻辑加密ic存储卡读写等实验。在进行这部分实验的过程当中，学生可任意挑选感兴趣的实验项目，自行在课余时间完成。在实现此类实验过程中，学生们可以利用所学的c51编程和proteus软件来帮助完成任务。
2.2教学方法改革。
2.2.1提高学生学习单片机的兴趣；为了提高学生对单片机课程的学习兴趣，可以在刚开课时给学生布置课下作业，让他们在网上搜索单片机的用处以及列举他自己身边单片机的影子。或者邀请有单片机开发经验的技术人员来学校作有关单片机的讲座，使学生了解单片机在工业控制、智能化仪器仪表、计算机外部设备、计算机网络与通讯技术和家用电器等领域的应用。当学生们明白了单片机的作用，尤其是看到广阔的就业前景之后，学习兴趣自然就会提高。
2.2.2用目标教学法促进学生学习；目标教学法是指提出教学目标，通过努力实现目标，达到教学目的的一种教学方法。在教学过程中，教师以教学目标为导向，整个教学过程围绕教学目标展开。在教学目标的刺激下，学生为实现目标而努力学习。这种方法的突出特点是教学活动过程中确立以理论为实践服务的指导思想，注重知识的实用性，有的放矢地培养学生，倡导教学过程中师生间的互动性，并以此来确保教学目标的实现。教学过程一般分为制定目标—展示目标—实施目标—检测目标—矫正深化达成目标等几个阶段。
将这种方法应用到单片机实验教学中，可以引起学生的兴趣，提高学生独立思考能力和解决问题的能力。实施时，教师先制定本次实验要实现的目标，并在实验室演示目标问题的实际运行过程。然后，让学生从硬件设计部分入手，再到软件编程，使软、硬件相结合，最后，由老师进行检查，指出软硬件设计过程中不合理的地方，由学生进行修改，从而完成单片机实验课的整个过程。在实施的过程中，老师可以引导学生将实际应用与所学的知识点、指令、原理紧紧地联系在一起，使学生清楚地了解理论知识在实际应用中的作用。在解决问题的过程中，学生置于实际问题之中，使学生可以清楚地认识到单片机的原理、概念在实际生活中的意义。这对于激发学生的学习兴趣，培养创造能力及分析、解决问题的能力极有益处。
2.3增加实验学时数。单片机是实践性很强的一门课程。单片机实验是掌握单片机应用技术不可缺少的重要环节，对理工科大学生实践能力和创新能力的培养起到至关重要的作用。笔者认为应该增加实验课学时，让学生有尽量多的时间在实践中进行学习，如果再配合目标教学法，很多理论知识点完全可以从课堂上的理论教学转移到实验教学中。当然这也利于综合性设计实验的开展。
2.4实验考核模式的改革。目前，很多高等院校对单片机这门课程只有理论考试没有实验考核，有的院校即便有实验考核，也只是仅看本学期实验课所做实验的实验报告而已，不进行任何考试。要改变单片机实验教学的现状，就必须把理论与实验分开，分别考试。考试虽然不是检查和促进学生学习的唯—手殴，但是不考试会给学生造成—个误区，认为实验课不重要，因此也就不会认真学习。因而笔者在参考了其他一些高校的做法后认为。在做完所有实验之后，我们进行一次考试。教师事先拟定好几个题目，题目的内容与本学期所做实验的内容相近，由考生抽签来决定自己做的题目并当场于规定的时间内完成。考试时，学生可以带课本、以前写好的实验报告等资料。考试成绩由教师检查实验结果后给出。期末实验课成绩由实验课考试成绩（占80%）和平时出勤情况、实验报告提交情况（共占20%）进行综合评定给出。
3.结束语
由于单片机本身软、硬兼备的特点，在单片机课程的教学中，实验环节直接关系到教学效果的好坏。本文分析了目前高校单片机实验教学中存在的不足，并从教学内容和教学方法两方面提出了单片机实验课程改革的—些思路。随着单片机技术的迅速发展，教师应不断调整教学理念，丰富教学内容，改进教学模式，调动学生学习的积极性，培养学生的动手能力和创新能力，实现教与学的最佳统一，以适应科技时代不断发展的需要。
参考文献
[1]胡汉才。单片机原理及其接口技术[m]．清华大学出版社．2004．
[2]林志琦．郎建军等．基于proteus的单片机可视化软硬件仿真[m]．北京：北京航空航天大学出版社．2006．
[3]李莉．单片机实验教学改革与创新能力的培养[j]．电脑与电．2008，4：71—72
【关键词】单片机；教学改革；实验教学
随着现代科技的发展，单片机作为微处理器已被广泛地应用在家用电器、办公自动化、智能产品、测控系统、工业自动化等领域。高职院校旨在培养具有良好职业道德的高素质技能型应用人才，单片机与嵌入式系统实验课对培养学生的创新能力和实践设计能力起到举足轻重的作用。传统的单片机教学，以老师讲授理论知识，学生被动的听，效果不好，实验课以验证性实验居多，学生的学习热情不高，各类创新、创业大赛都不敢参加。针对这种教学状况，要对单片机与嵌入式系统课程的实验教学进行改革。
1.单片机与嵌入式系统实验课教学中存在的问题
1.1实验课程没有有效的激发学生的学习兴趣单片机与嵌入式系统教学多用单片机实验箱进行简单连线和下载程序进行的验证性实验。由于实验箱的结构是固定的，已开发的程序也是固定的,所以学生难以通过实验箱进行开放性的创新型的项目开发与设计。因此，学生学习的积极性不高,也难于提高学生的创新性。1.2实验课程以验证性实验居多，忽视学生的能动性单片机与嵌入式系统实验教学内容过多注重验证性，而忽视学生的能动性。做实验时学生通常参照指导书的实验步骤简单的操作一遍，然后验证一下结果，对现象的背后原因不去关注、研究，并且实验的内容也多年不变，不能根据实际情况来设置实验教学内容。这样教学不能和现代企业需求相结合，也限制了学生的创造力和想象力。1.3考核机制不能反映学生的真实水平以往的考核方法一般以平时占20﹪，实验占20﹪，理论占60﹪来考核学生对这门课的掌握程度。这种考核方法只能反映学生对理论知识的理解能力和简单实验操作的能力，无法考查学生实践的能力和创新能力以及对电子产品的设计能力。所以传统的考核方法不能体现出实践的重要性，更不能考查学生的实践与应用能力。
2.单片机与嵌入式系统实验课教学改革
2.1改变教学方法与手段根据单片机与嵌入式系统课程教学的实际情况，积极探索教学模式，并努力实践。建立“学生积极主动参与并动手实践操作，做中学，学中做，教学中一体”的教学模式，达到以“学生为主体、教师为主导”的教学过程。由简单的项目制作任务，驱动学生学习。采用实际案例教学、项目驱动教学、边讲边做教学等方式，激发学生的学习兴趣，变“被动学”为“主动学”，提高学生的创新能力。在项目教学的过程中同时注重学生的团队合作与协调能力，发挥自己的优势，体现自己的价值。2.2优化教学内容，注重动手能力原来的教学中，验证性实验的比例较高，学生的实验结果基本一样，实验过程固化，无法进行各种设计，这样不利于培养学生的动手能力和创新能力。为此要更新实验内容的同时，也要更新实验装置。围绕新的课程标准，减少验证性实验内容，增加设计性和综合性实验比例。单片机技术发展很快，并且很多时候都和其他技术相结合，如传感器，电子技术，人机界面等，为此实验内容也要适时的介绍这些技术。这样学生才能适应现在社会的发展与需求，开阔学生的知识面，培养学生的动手能力和创造能力。2.3提供开放性实验室，培养学生设计能力以及创新能力将实验室开放，学生可以随时到实验室做实验、讨论、并验证自己的设计，培养学生的创新精神和实践能力，提高人才培养量，还能有效的利用实验室资源，充分发挥实验室在高素质人才培养中的作用，促进单片机与嵌入式系统实验教学改革。鼓励学生参加学校每年的创新、创业大赛，充分利用学校的实验室和实验设备，使学生的创新能力进一步得到锻炼和提升。同时鼓励有创新和实践设计能力的学生积极参加各类比赛，提高自己的实战能力、团队合作能力，增强他们的自信心和成就感。2.4改革考核方法，增强实践能力为全面考核学生单片机与嵌入式系统应用的能力，实验课考核包括平时考核（20%）、项目考核（50%）和上机考核（30%）三部分，平时考核包括出勤、书面作业，项目考核包括硬件电路的设计、安装调试等，上机考核包括程序调试以及仿真运行。考核真正反映了学生的实践能力，注重了学生学习单片机与嵌入式系统课程的动手能力。2.5建立网络教学平台,实现互动教与学在学校的网络教学平台上建立了“单片机与嵌入式系统”的教学网站，已将该课程教学相关的课程标准、视频、课件、参考书、课程学习资料等上传至网上。同时，向学生提供了实验和大作业示例、多种常用的芯片资料、常用仿真和开发软件、热门的单片机相关的网站链接等。实现了学生与教师之间交流，为学生参与和自主创新创造良好的条件。本文分析了江苏食品药品职业技术学院单片机与嵌入式系统实验课存在的问题，从教学内容，教学方法，考核机制等方面进行教学改革，以此来激发学生学习该课程的兴趣，提高学生的动手实践能力和创新设计的能力。
【参考文献】
[1]马惠兰.《单片机》课程教学改革与实践[J]电子世界.2015
[2]解德鑫.解析《单片机》实验课程教学探讨[J]中国市场.2015年第32期
关键词：中专；单片机；教学改革；思考
在我国单片机的应用是相当广泛的，如：工业控制、仪器仪表、汽车、办公自动化等领域。但是，还有一个问题不容忽视，就是单片机在我国的市场占有率却很低，所以说单片机在我国的发展空间很大。因此，单片机这门课程成为了中等职业学校相关专业学生必修的课程。但是，对单片机的学习需要在理论和实践上都有很高的要求，不仅要对抽象的逻辑电路和编程技巧学习，还要具有独立动手解决实际问题的能力。但对于中专学校的学生而言，在基础上相对薄弱一些，因此在对单片机课程学习上相对困难些。针对这一现象，教师应注重单片机教学方法的不断改革，同时还要在教学改革期间不断思考并创新，进而适应中专学校学生的学习规律。
一、单片机课程教学的现状
在当前单片机教学中所存在的问题有，理论与实践之间存在脱节现象、教材的更新过快对知识的传播有所限制、实验设备的不足影响学生的创造力、在学生的考核制度上过于片面。对于以前的单片机教学方式主要是以理论知识的受教为主，对于这样的教学方式虽然教学方法上比较严谨，但脱离了实践，导致学生对学习产生枯燥和厌倦的感觉，进而失去了对这门课程学习的兴趣。在单片机课程的教材上看，它属于一种先进的技术，对技术而言始终走在社会的最前沿，相比之下，更新的相对快些。而对单片机的教材来看，还停留在传统的知识面上，严重影响了学生对单片机最新发展动态的学习。在教学中实验设备的简陋，对学生深入学习单片机起到了严重影响。在中专学校对学生在学习的考核上知识仅仅强调理论知识，而忽视了应用课程，进而影响到了对学生实际学习情况的全面了解。
二、单片机教学的改革思考
对于课程改革而言，只是一味地对学生综合职业能力、高新技术能力和创新能力的培训是不够的，还应对学生进行全面的素质教育。
1.课程内容的改革
对中专学校而言，课程内容的设计主要依据“够用、适用、实用”的原则。它主要是以单片机的内部结构和汇编语言为主对理论教学进行设计，软件仿真部分只是对其进行开发的相关工具进行简单介绍，而在硬件仿真上被完全的忽视，所以对课程内容的设计应以激发学生动手、动脑的原则为主进行设计，与实验的设计英语实际结合。因单片机在计算机发展的影响下不断发展。若中专学校想跟随单片机的发展，就必须对其所采用的教材进行及时的补充，或以项目的形式引入课堂。同时让学生对当前单片机产业的发展动态有所了解，这样更容易让学生涉及单片机的发展行列。只对教材的编写技巧注重和程序设计是不能够让学生掌握重点知识，必须要与硬件结合。因此，讲义的编写也是很重要的，对讲义的编写应从实际处编写和设计，还要与实际实验项目紧密相连。进而让学生更深入地了解单片机的运行原理。随着社会的发展，电子信息技术的发展尤其快速，同时新知识、新技术也层出不穷。为培养学生从业后查阅资料和收集信息的能力，在平时教学中利用网络资料来丰富教学内容，进而培养学生筛选整理资料的能力，也提高了学生自主学习的积极性。
2.教学软件的应用及对实验教学设计的优化
随着社会的发展，传统的教学方法已无法满足当今教学的要求。而多媒体的运用，在单片机教学中掀起了一股风波。对于单片机所设计的电路图、逻辑图和时序图在传统教学方式中不仅费时还费力，但是对软件教学，可以将有关图片和文字通过多媒体一一表现出来，进而提高了学生自主学习的积极性，并且省时省力。在单片机课程教学中，实验教学质最重要的一部分，它主要是对单片机实验课程教学起到了逐步引导、循环上升的作用，进而起到了优化作用。
3.考核制度制定以应用能力为主
对学生的学习情况采用科学的方式进行考核。对传统的考核制度进行改革，摆脱以前的对学生知识点的记忆能力的考核，应全面对学生进行考核，包括学生的思维能力、动手能力和创新能力。对考核的改革应从两方面进行：一是综合在考核中的应用，为了对学生综合的考核，应将笔试、项目方案设计以及实际操作等多种方式结合起来。二是注重应用能力的考核，在单片机课程实践教学中，实验设计是其中的一个重要的环节，同时也是对学生综合能力训练的关键所在。因此，在对学生所学情况进行考核时，应用能力的测试是至关重要的。
三、单片机课程设计改革的思考
【关键词】单片机实验；教学改革；PROTEUS软件
单片机课程是各高校电子信息类专业的一门非常重要的专业基础课程，其实践性、操作性，工程性都很强，学好单片机的应用开发对后续专业课程的学习起着重要的作用。单片机教学分理论教学和实验教学两部分，实验教学是对理论知识的检验实践，对培养学生的电路设计能力和编程能力都起着非常重要作用。单片机应用开发能力的培养需要的实验环节较多，涉及知识面较广，对初学者来学习单片机时会存在一定困难，为了得到更好的教学效果，调动学生的积极性，本文对单片机实验教学环节进行改革探索。
1.传统实验教学的不足
传统的单片机实验教学是在实验室中进行，每个实验桌配置PC机和一个体积较大的单片机实验箱，学生在做实验时需要了解实验电路图，实验接口按钮以及实验连线等，操作比较复杂，如果初学者对这些不熟悉的话做实验就比较困难，影响学生学习的兴趣，老师也只能忙于指导学生对硬件进行操作，浪费实验时间。另外如果实验箱出现故障不能及时修复的话会严重影响实验的进度和效果。
因为学校的实验室资源有限，而学生人数较多，因此学生能利用实验室进行更多的实验操作的机会有限，制约了学生对单片机开发应用水平的提高。构建传统的单片机实验室除了需要购置单片机实验箱外，还需要购置直流稳压电源，示波器，信号源，仿真器的仪器等配套设备，需要投入的资金较大，且日常维护成本较高。单片机实验箱的硬件资源有限，且已经固定不能改变，在实验时教师和学生都感觉到使用实验箱进行单片机实验不够灵活，学生的电路设计能力得不到很好的锻炼，也不能更深入地理解电路的性能或作用，因此，传统的单片机实验教学有诸多弊端。
2.基于PROTUES的实验模式的优势
Proteus是Labcenter公司出品的电路分析、实物仿真系统。它可仿真各种电路和集成IC，它还支持许多型号的单片机的仿真，还提供电路原理图绘制与PCB设计功能。它的元件库齐全，使用方便，是非常好的电子电路设计辅助软件。Proteus软件不仅能对单片机进行仿真调试，对单片机的其他电路同样可以仿真，不管是否是与单片机相关的电路。因此在进行仿真调试时，既可以看到单片机程序语句的执行情况，又可以看到其他电路运行的结果，这与实际工程开发非常接近，有利于培养学生工程应用开发能力。
构建基于Proteus软件的单片机实验室只需要一台PC机即可，这样就使得实验室的通用性很强，硬件成本投入大大减少。用Proteus软件进行单片机实验开发，仪器设备资源损耗小，没有元器件损坏的问题，学生不需要操作真实的仪器设备，使得实验过程安全系数增高。实验内容可灵活设置，学生可以自行设计实验电路，可以尝试相同功能的接口电路用不同的器件构成，有利于扩展设计思路，培养和提高设计能力。用Protues仿真软件进行单片机课程实验教学，可以克服用传统实验箱带来的硬件电路固定，实验内容固定等方面的局限性，学生只要有电脑即可安装软件自行学习，减少学习资金的投入，从而提高学生的学习效果和学习兴趣。
在学生学习过程中，会接触到多种单片机，学校也会开设各种单片机的选修课，如AVR单片机，PIC单片机等，为了教学需要就要购买相应的实验设备，建设和维护成本较高。而Proteus软件可以支持多种单片机的仿真实验，并且提供了大量的元件库，有数千种元件供使用，包括模拟电路，数字电路相关元件，以及交流和直流相关元件；另外Proteus软件提供了丰富的仪器仪表资源，包括常用的示波器、信号发生器、直流电压表、逻辑分析仪、计数器等，这是实验室必备的设备，为建立仿真实验室提供了可靠的资源保障，这体现了软件仿真的经济优势。Proteus软件还具有图像显示模块，以及提供多种激励测试信号，这些资源在调试电路时发挥很大的作用，为调试电路提供方便。
在单片机实验完成后会安排单片机课程设计环节，这时要求学生做出具体的硬件电路来，把在Proteus软件上验证好的工程项目移植到具体电路中，让学生体会仿真运行结果和具体硬件电路运行结果的差别，提高学生的工程设计和调试能力，为将来工作时做更复杂的电路设计做好准备。虽然Proteus的仿真运行与实际硬件运行结果存在一些差别等缺点，但只要稍微调整程序参数就实现在硬件上的良好运行，相比它带来的学习开发优点来说，这些缺点是可以接受的。Proteus软件提供了很多例子，学生可以参考和借鉴好的设计方案，也可以在原来电路基础上加以修改处理，满足自己的设计需求，这都是很好的学习资源。
3.用C语言进行单片机编程的优势
单片机程序设计是学习的重点，在传统单片机理论教学中，都是以学习汇编语言为主，而C语言只进行简单介绍，在单片机实验中也是主要用汇编语言进行程序设计，其优点是占用资源少，执行效率高。但是汇编语言是面向机器的程序设计语言，是最接近机器码的一种语言，其指令较多，学生难以掌握，编写的代码难读懂，不好调试，开发效率低，需要对单片机内部资源非常熟悉，而且不同的CPU的汇编语言有差异，不好移植。因为学生是初次接触到这种编程语言，也没有单片机编程基础，对单片机内部资源不够熟悉，所以学习效果不理想，在进行单片机实验时暴露出了很多问题。
本次单片机实验教学改革中教师要求学生采用C语言进行程序设计，并与理论教师沟通在上理论课时多讲用C语言编程的知识。学生在大一时就进行了C语言的学习，有一定的基础，因此用C语言进行单片机程序开发对学生来讲会容易理解些，复杂的程序一般都用C语言进行开发，这也符合现在企业用人的要求。使用C语言进行单片机程序开发有诸多优点：
（1）语言简洁，使用方便灵活，可大幅度提高开发速度，系统越复杂，开发效率越高。
（2）无须深入了解单片机内部结构，和复杂的单片机汇编语言指令集。
（3）可进行模块化开发，软件逻辑结构清晰，有条理，易于分工合作。
（4）可移植性好，写好的一个c语言算法，可方便地移植到其他单片机上，而汇编语言相对要复杂的多。
（5）可直接操作硬件，易于编写、调试和维护。
随着单片机的内部资源越来越多，存储空间越来越大，资源已经不是考虑的首要问题，因此用C语言进行单片机程序设计是单片机开发应用的必然趋势。C语言是初学者的首选语言，当掌握好用C语言进行单片机编程后，再学习汇编语言就会轻松很多。
4.单片机实验教学组织
单片机实验所涉及到的内容较多，而单片机实验课程一般只安排8次实验共16学时，实验时间有限。有关单片机的相关理论知识在理论课中已经学习过了，如单片机内部资源，常用接口电路，编程设计，系统开发设计等知识在理论课中都会涉及到，单片机实验课程的目的主要是让学生提高动手能力，验证理论知识的正确性，加深单片机应用的理解，直观感受单片机在电路运行过程中发挥的作用，提高编程设计能力。
在首次实验中让学生掌握Proteus仿真软件和keil编程软件的使用方法，掌握单片机应用开发步骤。keil是目前世界上使用最广泛的单片机编程开发工具，很多型号的单片机都用它进行程序开发，它支持汇编、C语言以及混合编程，同时具备强大的仿真功能。在实验指导书中要编写软件的详细操作步骤，让学生会能快速掌握两款软件的使用方法。
接下来的实验根据理论教学内容的进度由易到难地安排相关的实验内容，包括单片机IO口的应用设计，单片机外部中断开发设计，定时器计数器开发设计，串行通信开发设计，数码管显示器件应用开发，器件的控制开发（模数转换器件、数模转换器件），综合系统设计等，循序渐进地让学生学习单片机相关知识，从而提高学生的兴趣和实验信心。
5.一个具体的实验教学例子
以单片机IO口应用设计为例子，实验电路图如图1所示，实验要求是让接在P0口的8个LED从左到右循环依次点亮，产生流水灯效果，这是单片机典型的入门开发例子，涉及的知识内容包括单片机最小系统电路，单片机IO口的输出编程，延时程序设计等，内容丰富。
实验电路比较简单，在实验之前让学生跟据实验指导书要求用Proteus仿真软件设计好电路图，到实验室做实验时主要进行程序的设计开发调试，因为程序设计和调试是实验学习的重点。对于学生来说，程序设计是一个难点，实验课时教师可以结合实验电路讲解程序设计的思路，让学生从实现一个最简单的功能开始，如只让一个LED亮，然后逐步添加程序实现流水灯功能。在实验指导书中可以给出程序设计流程图和程序设计框架，让学生根据框架添加设计程序。程序框架如下：
#include
void DelayMS（unsigned x）
{ unsigned i；
while（x--）
{
for（i=0；i
}
}
void main（）
{ P0=0xfe；
while（1）
{//在下面添加自己的程序
}
} }
6.结束语
通过本次单片机实验教学探索证明，在Proteus仿真软件建立的虚拟平台上进行实验的教学效果良好，Proteus仿真软件不但在课堂教学中发挥重要作用，对学生在课外的学习也提供了极大地便利，学生不会因为手上没有开发板而失去学习的兴趣，充分调动了学生学习的积极性和主动性，提高学生单片机应用编程能力。使用C语言进行单片机编程设计，加快了学生学习的步伐，也符合企业用人单位的需要，为将来工作做好准备。
参考文献
[1]栾淑丽.如何用Proteus软件建立单片机仿真虚拟实验室[J].价值工程，2011（1）.
[2]谭炳菊，富钰.单片机C语言编程方法探讨[J].辽宁高职学报，2010（4）.
关键词：单片机；Proteus；软硬结合
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0260-02
人才培养是学校的根本任务，质量是学校的生命线，教学是学校的中心工作，而实践是教学的重要环节，要提高学生实践动手能力，需要推进实验内容和实验模式的改革和创新。“单片机与接口技术”课程除了理论基础外，还具有很强的工程实践性。因此，需要对该课程提出更具针对性的实验教学模式，以便使学生能够在掌握理论基础的同时，工程实践能力也得到培养与提升。本文即是在此背景下，主要对“单片机与接口技术”的实验教学进行了分析研究，结合本课程的实际情况提出了改革措施。
一、课程实验教学现状
“单片机与接口技术”课程目前仍沿袭以前纯理论课程的教学模式，虽然设置了实验课程的教学，但实验仅作为理论教学的次要辅助，未对实验教学加以足够的重视。
（一）实验教学内容设置不合理
目前，对单片机实验教学不够重视，内容安排上主要以理论课内容为主线，多是作为理论教学的验证，所以对于学生而言，各个实验是相互独立的，没有相互联系起来形成一个知识网络。加之实验指导书内容编写的面面俱到，学生在做实验时仅仅是参照设计好的实验内容，简单地将程序输入到计算机上，如此重复地完成规定的实验内容，课程实验实际上演变成了程序功能的验证，并没有到达对单片机程序设计、编写、调试等过程训练的目的。由于过于实验指导书的作用，学生不愿独立分析思考，解决实验大纲中提出的问题，甚至不对实验进行预习，急于得到实验结果，照抄实验报告，忽视了实验过程的重要性。这难以调动学生学习的兴趣性和积极性，也不利于在解决单片机实际工程应用问题时，对学生动手与创新能力的培养，进而失去了实验教学应有的作用。
（二）过度依赖功能集成的实验箱
随着单片机实验课程的发展，许多高校对实验设备进行了更新，配备了将实验所需功能集成于一体的综合实验箱，这在一定程度上方便了实验教学的开展，但单一依赖于实验箱进行实验教学具有局限性，并且从学生反馈的来看并没有达到应有的实验效果。这种综合实验箱将全部实验内容都集中在一起，学生在做实验时只需按照实验接线图完成所需实验内容必要的线路连接，将实验参考程序直接烧录到实验箱，再查看实验结果。整个实验过程得到了简化，减少了硬件连接上的错误，加快了实验教学的进度。然而，由于其集成度过高，实验内容都已经固定，不易改变和扩展，降低了实验的灵活性，限制了学生的创新思维；不用从原理图开始对硬件进行设计，简化了硬件的连接，弱化了对学生电路设计能力的需求；实验程序也随着硬件连接的固定而固化，学生对单片机程序的编写与调试能力没有得到锻炼。
二、课程实验教学改革
为改善上述课程教学的不足，本文将EDA仿真软件Proteus引入到单片机实验教学中来，同时提出了Proteus与实验箱软硬结合的实验教学方法，使得虚拟仿真与真实硬件互补互足。
（一）基于Proteus单片机仿真的特点
Proteus是一款由英国Labcenter Electronic公司开发的EDA软件，它支持对微控制器和元器件组成的嵌入式系统仿真，并且能够与Keil等软件实现联合仿真调试，这样不仅可以查看程序执行时微控制器内部寄存器、存储器内容的变化，而且可以观察元器件的工作情况。利用Proteus可以快速灵活地完成嵌入式系统原理图的绘制，便于在课堂上进行讲解。
例如，我们利用Proteu进行定时器控制LED灯亮灭的实验。学生按照硬件原理图（如图1所示）用Proteus软件绘制实验仿真电路图（如图2所示），使得在P1.0脚输出周期为1s的方波，即实现LED灯循环亮0.5s，灭0.5s，同时，在P1.0引脚用虚拟示波器观察输出信号，最终实现LED灯控制器的仿真（如图3所示）。通过本Proteus实验，学生学会硬件原理图的绘制、掌握定时器/计数器的原理及编程方法，学会使用虚拟示波器观察波形变化，为后续的实验打下基础。
当然，软件虚拟仿真无法达到与硬件完全一致，有时仿真结果存在一定差异。因此，Proteus仿真只能作为实验教学的其中一环。
（二）软硬结合的单片机实验教学
通过Proteus对单片机实验教学内容进行仿真，可以让学生在做实验时，不仅软件编程能力得到了提升，并且也对单片机硬件设计有所了解。由此对单片机系统有了全面的认识，而不是在实验箱上按部就班地参照实验指导书进行实验操作。
在实验课前，学生不再是通过阅读实验指导书进行枯燥预习，而可以根据教师布置实验任务，利用Proteus提前设计实验硬件电路、编写程序、仿真调试。在课堂上，教师可以根据学生课前仿真的完成情况，有针对性地讲解实验。然后学生可以在实验箱上认识真实的元器件，连接线路完成实验。在实验课上，结合Proteus与实验箱完成基础性实验，巩固理论课上学习的知识。实验课后，教师可以再布置一些扩展性实验，以便有兴趣、有能力的学生进一步利用Proteus及单片机开发系统进行仿真和实物验证，以更加深入地学习、掌握单片机及接口技术。
例如我们布置一个扩展性大作业：通过PWM信号驱动直流电机转速，运用AD转换模块，将电位计输入的电压转换成AD值，该AD值通过换算得到占空比，即只需要调节电位计就可以改变直流电机的转速。AD值换算成占空比后可通过动态数码管显示出来。另外，增加一个独立键盘按钮，来作为控制直流电机运转的总开关。知识点的考核含有定时计数器、中断、动态数码显示、AD转换、独立键盘的使用等内容。总之，完成该大作业需要学生对51单片机的上述每个知识点进行详细的了解与掌握，并对独立的知识点进行整合，通过合理的逻辑梳理，完成整个程序的编写。学生可以对51单片机有更加深刻的了解，加强了对逻辑思维能力的培养，为学生今后的学习打下深厚的基础。
这样的教学方法，打破了传统实验教学在课堂时间上和空间上的限制，使学生愿意主动预习实验内容并能带着问题进入课堂，有针对性的教学也提升了实验教学的学习效率。实验内容设置上也更加灵活多变，易于扩展。这种软硬结合的单片机实验教学方法不仅可以增强学生对单片机实验教学的兴趣，而且还可以提升学生的单片机系统综合设计能力，将所学理论应用到实际工程中。
三、结束语
本文从实验教学内容、实验设备两个方面分析了当前单片机实验教学现状，分析了其中存在的问题。在此基础上，将虚拟仿真引入到实验教学中来，并且结合Proteus软件的特点，提出了Proteus与实验箱软硬结合的单片机实验教学方法，以此提升单片机实验教学质量，激发学生对单片机的学习兴趣，提升学生对理论知识的应用能力。希望此文的教学探讨，能对同行起到抛砖引玉的作用。
参考文献：
[1]赵天翔，肖寒鹏.对单片机教学改革的探讨[J].新西部月刊，2008，（7）：162-162.
论文摘要：介绍了单片机实验教学改革的必要性和实验教学改革的多个措施，探讨了如何通过强化单片机实验教学，培养学生面向工程的应用能力和创新实践能力。
单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，应用于各种嵌入式系统中。单片机技术的发展极大地推动了电子工业的发展，无论在教育界还是在产业界，单片机技术的推广仍然是一个热点。目前，各个高校都建立了单片机实验室，但是很多学校的实验教学现状却不容乐观。就我院而言，主要存在以下问题：（1）实验场地和时间不足。学生除了上实验课外，平时难得有机会实践。（2）以验证性实验为主。实验室所配备的实验箱只能满足验证性实验的要求。由于实验箱是成品，学生很难参与到其中的细节设计中去，学生的实践能力很难得到锻炼和提高，学生也很难建立起单片机系统开发的整体概念。并且，这种实验设备的配置方式局限了实验项目数量，还存在设备维护工作量大的现实问题。（3）由于实验设备仅适用于某一系列的单片机，若开设新的单片机课程，则需要重新配置实验设备，增加了学校的投入。
为此，笔者进行了长时间的探索，提出了一些解决办法。
建立开放式的实验室管理模式单片机实验室应实行开放式管理，在不影响正常实验教学任务的前提下，面向全校学生，在课余时间向学生提供实验所需要的场所、仪器设备等。开放范围除了实验开放项目、课程设计外，也包括学生兴趣爱好、第二课堂活动、创新活动等。开放性实验管理模式是在注重知识、能力和素质协调发展的同时，贯彻因材施教、注重个性培养的教学原则，目的是激发学生的学习兴趣和热情。www.133229.cOM在实施过程中，要注意实验内容不应与教学计划及教学大纲所规定的实验教学内容相重复，应属于课程教学内容的拓展性实验；还要注意综合性和针对性，强化基础，拓宽知识覆盖面，注重培养知识的综合运用能力。此外，还要根据科技的发展及其实际应用，结合实际工作，加强对学生科学研究思维和建立工程概念的训练，培养学生的创新能力和动手能力。开放性实验的组织中要突出学生的自主性，要全方位体现以学生为主体的自主式学习方式。在实验方案设计、操作、实验结果的分析处理等方面最大限度地发挥学生的主体作用，教师布置任务、讲解及指导等要点到为止，留有余地，给学生独立思考、独立操作、独立分析、独立解决问题的空间，充分调动学生的积极性和主动性。
利用proteus与keil整合构建单片机虚拟实验室proteus是labcenter公司推出的一款基于标准仿真引擎spice3f5的电路分析、实验仿真系统。该软件有交互式动画仿真、基于图形的仿真和基于微控制器的仿真等三种模式，其最大的特点就在于它能够仿真单片机及其外围芯片。proteus软件支持mcs-51及其派生系列、motorola68hc11系列，以及avr系列和pic12、pic16、pic18系列的单片机。proteus软件支持的外围器件有74ls373、8255、矩阵式键盘、lcd及多种a/d、d/a转换器等。另外，用户还可以建立新的元器件模型。对于mcs-51系列单片机而言，proteus还能够与keilc51集成环境实现联机同步调试。而keil是德国开发的一个51单片机开发软件平台，是目前应用最广泛的、最重要的单片机开发平台。它的界面简单，操作容易。keil的uvision2可以进行纯粹的软件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上单片机硬件电路，在仿真器中载入项目程序后进行实时仿真。此外，还可以使用keil monitor-51在不需要额外硬件仿真器的条件下，搭接单片机硬件系统对项目程序进行实时仿真。uvision调试器的调试功能也很丰富，具有常规源极调试、符号特性调试、历史跟踪，代码覆盖，复杂断点等功能。构建虚拟实验室主要是利用proteus进行硬件电路的设计，用keil进行软件设计。硬件电路的设计主要有两个方面：系统扩展（包括rom、ram、i/o口、定时器等功能单元的扩展）和系统的配置（即根据系统的要求进行外围设备的配置，如键盘、显示器、a/d转换器、d/a转换器、打印机等的接口电路的设计），通过该软件的使用，可以使学生掌握硬件电路的设计方法。软件设计主要是应用程序的编制、调试，使学生掌握软件开发的步骤、方法和技巧。而软硬件的设计完成之后，还需要进行系统的总调，将这两大执行环境组合起来构成联合的仿真系统，其中，keil作为软件的调试界面，而proteus作为硬件的仿真和调试界面。这样，就可以像仿真器一样调试程序了。
开设大型综合设计实验，培养学生的创新能力大型综合的设计实验需要在学生完成基础实验之后视学生掌握程度而开设，这个环节在整个单片机教学中非常重要，只有经过完整的项目训练，学生才会建立起完整的系统的概念。学生需要根据设计任务书上的要求（包括软硬件的资源配置、实验要求达到的效果）进行设计实验。这样的训练可以将科技方法的训练、机电综合设计、创新设计及毕业设计等实践内容融合到大型综合设计实验项目中，使原来分散的小规模设计和训练集成为一个大型的系统设计项目，从而培养学生的创新能力。此外，在单片机实验开发的基础上，在学生参与下开发一些应用板，组成机电一体化的实验平台，如我院已经开发出的步进电机的单片机控制实验平台。这些训练可以使学生更加熟悉单片机的组成、工作原理、程序开发、系统的扩展。更重要的是，学生可以积累自己实践的经验，增强工程意识，为将来顺利进入实际的工程环境打下坚实的基础。
建立单片机网络互动实验系统，作为传统实验教学的补充传统的实验教学是近距离的，由于实验设备紧缺，设备普遍比较昂贵，加之时间和空间上的限制，已成为制约教学质量的一个重要因素。为满足培养具有高素质创新人才的要求，实验教学要不断地进行改革，实验要向综合型、设计型转变，但这种新型教学模式的实现必须有高技术化的手段和条件支持，因而网络虚拟实验教学成为现代教育技术应用的大趋势。单片机网络互动实验室系统是针对单片机实验而开发的内容全面、结构完整的单片机网络实验室系统。单片机网络互动实验室的构建基于internet远程智能化虚拟系统，充分发挥了网络教学的特有优势，使学生的学习与交流不受时间、地点和实验仪器设备的限制，甚至可以联机协作完成实验。实验内容以图形、文字、动画等方式呈现在客户端的浏览器上，具有较强的交互性和真实性。同时，也提高了实验教学的伸缩性和适应性，有助于提高分散教学资源的利用率，形成科学的实验管理体系。单片机网络互动实验室可作为传统理论与实验教学的补充模式。我院在设计中采用服务器和客户端模式，可以实现客户端与服务器的交互通讯。我院自主开发了网络系统，学生只需到我院的网站注册一个用户名并下载客户端，便可以在自己的计算机上进行单片机实验。
以电子技术竞赛为契机，深化单片机实验教学改革课程与教学改革一直是高职院校所关注的热门话题，实验教学改革的效果直接影响着应用型人才培养的质量。目前，以单片机控制技术为核心的电子信息技术的飞速发展和应用领域之广是其他技术无法比拟的。但是学校教学内容却滞后于科技的高速发展。在高职院校开展电子技术竞赛正是解决这一问题的有效途径。竞赛有力地促进了专业课程内容的整合和实验教学内容的更新。一方面，所有参加竞赛的学生都要经过严格的赛前培训和赛中训练，学生普遍反映受益匪浅。实践证明，这样的学生在就业时也普遍受到企业青睐。此外，为了能够使没有参赛的学生也得到同样的训练，我院还开设了电子专业课程的设计训练课程，作为传统单片机实验教学的补充。课程完全按照电子竞赛的要求进行。这样的训练有效地提高了学生的工程设计能力和综合素质。另一方面，以竞赛为契机，改革单片机实验课程内容和实验方法。由于竞赛中涉及的单片机内容能够跟随科技发展的步伐，竞赛的题目具有实际意义，所以对目前的单片机理论教学改革和实验教学改革起了一定的引导作用。
参考文献：
[1]刘映群. proteus与keil整合构建单片机虚拟实验室[j].中国现代教育装备，2005，（8）:26-28.
关键词:单片机 软件仿真 中断
中图分类号:TP38 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0182-03
单片机,又称单片微控制器,是将计算机系统集成到一个芯片上的电子系统,应用范围十分广泛。目前,各高校电子信息和自动化等专业均开设了单片机课程,注重对学生进行单片机知识的普及和单片机使用技能的培养[1]。
单片机是一门实践性很强的课程,从某种意义上讲,学生上机体验丰富与否,将直接影响教学效果。然而,受到实验课时和实验资源的限制,仅凭课堂有限的学时是无法大幅度提升学生的单片机应用能力的,他们不得不在课下缺少单片机资源的条件下进行学习。因此,使用单片机的软件仿真环境,也成为了他们的必备技能之一。除了满足脱机环境下的学习需求之外,软件仿真在控制程序的精确耗时方面有着独特的优势。所以,注意在单片机实验教学中培养学生应用软件仿真分析问题的能力是十分必要的[2]。
1 单片机软件仿真在高校教学中的应用
1.1 单片机软件仿真环境
单片机软件仿真是指在没有或尚未连接单片机的情况下,采用上位PC机软件模拟单片机运行状态的辅助开发手段。本文以天津科技大学PIC单片机授课所使用的microchip公司18F4520单片机为研究对象,具体介绍软件仿真在高校单片机教学中的应用。
1.2 定时器中断程序设计的代表性
众所周知,中断是单片机教学的重点和难点,这是因为它要涉及程序的暂停、中断的开启、数据的暂存、中断的终止、数据的恢复和主程序的执行等内容,涉及知识点多,学生理解起来较为抽象,所以一般的短时实验教学效果并不理想,需要学生在课下通过软件仿真来慢慢消化理解。教学中常用的中断有两种:一种是如由诸如按键按下等外部事件引发的中断;另一种则是由定时器所产生的中断。对于前者,由于有外部行为的发生作为标志,理解起来相对容易;对于后者,由于单片机的指令周期很短,通常都在微秒级别,人的生理器官无法体察如此短的时间变化,而中断的一系列过程又恰恰在这期间渐次发生。所以,如果能让这些微秒级别的程序流程变得直观可测,无疑将有助于提高教学效果[3]。
软件仿真的应用,可以使上述要求得到满足,这也是本文选择定时器中断程序进行软件仿真的原因。
1.3 应用软件仿真进行定时器中断程序的教学
(1)教学要求。
要求学生完成如下设计:使用外接10MHz时钟的18F4520的TMR0定时器,每隔100μs发出中断指令并进行往复取反操作,以产生一个5kHz的方波并驱动蜂鸣器发声。程序较为简单,其原理见图1。可以看出,程序的关键在于如何精确发出中断指令。
学生的困惑集中在下面两个方面:(1)如何发出中断,中断的流程如何;(2)如何精确确定定时器的触发时间。这两点,均可通过软件仿真解决。
(2)使用软件仿真帮助学生完成设计。
18F4520单片机集成开发环境Mplab自带了Mplab SIM软件仿真器,可以用设置断点的方法,跟踪软件的流程和各数据项的数值变化。由于外部时钟的周期为0.1μs,因此18F4520的指令周期为0.4μs,要满足100μs的间隔,TMR0这个8位计时器应该每计时250个指令周期发出一条中断指令。
大多数学生的编程思路如下:首先,为中断程序进行必要的环境标志位设置;之后,将TMR0计时器的初始值设为6。这是因为TMR0是8位计数器,每个指令周期,即0.4s计数一次,增加到255后的下一个指令会使TMR0溢出,产生中断指令。学生认为应给计数器赋初值6,使其在溢出时计数250并产生100μs延时。这种方法乍看起来没有纰漏,但却无法得到正确结果。这是因为学生没有明白中断的具体流程,不清楚除了计数的时间消耗之外,还有诸如中断跳转语句之类的其他隐性消耗,如不加以考虑,是不可能得出理想结果的。
为了帮助学生熟悉程序流程,提示学生使用软件仿真器跟踪程序的主要步骤并观察TMR0中断计时器的低字节TMR0L(用来存放计数初值)的数值变化。在设置定时器初值的语句TMR0L=6处设置断点,让程序调试运行到此处,然后开始单步运行,很容易发现在语句执行到T0CONbits.TMR0ON=1处初值开始增加,说明计数器已经开始计数,当计数器增加到255(二进制11111111)时,TMR0L计数溢出,程序跳转并开始执行新的中断程序,说明中断指令是在溢出之后自动发出的,如图2所示,此过程不断往返重复。
通过软件仿真,程序的流程、中断从哪里发出、计时从哪里开始等关键问题一目了然。而中断计时是否符合要求,也可以得到验证。在执行中断的语句部分设定断点,然后应用Mplab软件仿真器的stopwatch功能观察每个中断周期的具体耗时,可以发现结果是105.6ms,与设计要求的100ms存在较大差距,如图3所示。造成这一状况的原因是程序在跳转至中断语句的过程中还要产生额外延时5.6ms,即14个计数周期,若不使用软件仿真,这样的症结所在很难被察觉。排除此干扰的方法是在TMR0计时器的理论初始值6的基础上加14,将计数初值设为20。具体情形如图3所示。
可以看到,使用软件仿真后,迅速执行的程序内部流程变得清晰可见,各步骤的耗时情况也变得量化可查,学习过程由抽象变得具体,理解难度也随之大大降低,因而学生在课上和课下的学习效率得到了很大的提升。
2 结语
单片机软件仿真技术特别适合初学单片机的本科生,结合课堂的讲授,他们可以在课下没有单片机的大量时间中利用该技术熟悉环境、编制和调试程序,巩固所学知识,无形中大大提高了课堂的教学效果和上机操作水平。
当然,软件仿真只能作为一种辅助教学手段,无法代替实际操作环节。只有将软件仿真和课堂上机实践有机结合起来,才能最大限度地利用好现有的教学资源,达到最佳的实验教学效果[4]。
参考文献
[1] 姜宁,樊延虎.单片机教学改革与实践[J].延安大学学报(自然科学版),2011,30(1).
[2] 乔吉新.浅谈单片机的教学方法与教学手段[J].中国校外教育,2011,4.
【关键词】单片机；实践教学；设计；创新
高校实行综合化改革以后，教育模式从“精英化”向“大众化”转移，高校的综合化和社会对人才的专业化之间产生矛盾日益突出。在现阶段的教育模式下，如何培养出社会需求的专业化人才和具有创新能力的高素质实用型人才，成了目前高校教学改革的主要目标[1]。
本文着重探讨高校在实践性教学环节上存在的问题，以单片机实践性教学环节为例，阐述该课程存在的问题，提出一种更能适应学生需求和社会需求的实践性教学环节新思路和新方法。
1 目前存在的问题
1.1 对实践教学重视不够
具体说，高校在培养方案设置上依然是先理论后实践，过分重视理论教学，把实践课当成理论课的附属，实验的重心不在于培养学生创新动手能力，而是简单的验证理论定理[2]。在课程安排上，往往是规定一门理论课需要完成几个实验，每个实验结合课堂教学适时的穿行。表面上看，实践和理论结合在一起了，但从实际教学来看，往往是一本指导书、一个实验箱，按照既定的要求条件，机械的完成步骤，最后观察结果，根本不关心其中涉及到的原理和理论。学生从头到尾都只是模仿照搬，没有一点自己的设计在里面。
首先，实验课时偏少，不能满足现代的教学要求。一般一个实验安排为3个课时，单片机原理、DSP、嵌入式系统等稍微复杂一点的实验项目根本无法在一次课程内调试完成[3]，结果为了完成教学任务，只能降低实验难度，甚至把程序给学生，只是让他们验证一下结果，从而牺牲了学生设计创新的应用能力。其次，学校实验设备老化也是一个重要原因。一套设备的招标采购往往需要花费很长的时间，而电子产品更新换代非常快，经常学校采购进来的新设备，没用两年就无法跟上时代的需求了。而且，在实验教学中，由于学生操作不当或者人为损坏导致设备故障，因为学校实验场地紧张没有及时维修，经常是上一个班做完下一个班马上进场，使得损坏设备往往到实验全部结束时才能得到维修，这样大大降低了设备的使用率，学生的实验效果也大大减弱。
1.2 理论和实践教学脱节
单片机实际上是一门实用性很强的专业课，教学的主要目的应该是让学生能够熟练应用芯片编程，因此教学的重点应该放在芯片的应用上。但现在很多高校对于单片机理论课依然从汇编语言讲起，实验课程也是要求用汇编语言编写程序。真正广泛应用的东西往往因为课时不够，而轻轻带过，这就导致了实验与实际的脱节。这样学生学的往往是过时的内容，大部分已经被淘汰了，使得学生有一种无所谓的心态，认为反正是用不上的东西，随便应付一下就可以了。其次，在实验教学中，因为内容的限定，让学生不能自主能动性的设计实验，规定要求完成的实验一定要做完，导致学生的动手能力和创造性得不到锻炼。最后，有部分同学理论课内容没有掌握，在实验中完全不理解步骤，只知道机械照搬书上的步骤。
2 改革举措
2.1 增加实践性教学环节的内容，重视实践教学
首先，要使得学生在思想上重视实践教学。拿单片机为例，单片机广泛应用于各个领域，是生产生活必不可少的原件。学生对单片机掌握的程度，决定了他们毕业后的工作，从这一点上让学生明白要经过大量的实践，才能熟练掌握单片机。
其次，在实验课中重视学生的参与，增加设计性的实验内容，鼓励学生自己设计实验系统，不仅可以锻炼学生的动手能力，也很好的解决了设备老化故障的问题。比如流水灯实验，要学生自己用单片机最小系统外加一些电阻和发光二极管组成一个最简单的流水灯平台，再利用自己做的这个平台编写流水灯程序，这样学生会更有兴趣，学习的热情也明显提高了。在教学实验中，鼓励学生在上课前查阅资料，自己编写程序，遇到问题，相互交流讨论，共同解决问题，通过这样的学习方式，学生能更好的掌握单片机硬件系统和接口关系，对程序的编写也更加得心应手[4]。
对于实验和实际的脱节，我们采取修改实验内容和表现形式的方法，充分利用声、光效果，增强实验的趣味性和直观性，将所学和所做的东西，与现实应用联系起来，从基础到提高，每一步都对学生提出详细要求。例如流水灯的实验，我们要求每个学生都要编程实现3种变换效果；较高的目标，实现用按键控制流水灯的效果切换；最后要求利用更多的流水灯实现阵列显示效果，这样通过不同的要求可以很好的掌握学生学习的情况。
2.2 理论课重点分明，针对实验有过渡性和连贯性
单片机这门课程是一门应用型课程，对于这种课程我们采取在课堂上由老师提供简单的例程，让学生理解例程，模仿例程从而达到学习编程的目的。在授n方式上，可以分为5个步骤：介绍单片机的背景和硬件结构，软件的介绍及应用，例程的讲解说明，学生自己设计和模仿编程，考核[5]，如图1所示。
我们从最基础的流水灯实例开始，其中涉及到了I/O口、延时子程序等内容的讲解，然后带着理论课上的内容进行实验，在实验中提出对流水灯时间控制的问题，再回到课堂上讲解定时/计数器的内容。这样由理论开始，实验提出问题，再由理论解决的方法，可以让学生整个学习过程持续深入，同时也起到了理论和实际相辅相成的作用。
2.3 考核方式的改变
有了前面的教学改革，我们对学生实验成绩的考核方式也有所改变。我们着重考核学生单步执行、断点调试及变量观察三种调试手段的使用，看重学生自主调试程序及排除编程错误的能力。尝试用团队合作的方式，让学生自由组合，相互帮助完成复杂程序的调试，使得每一个同学都可以在实验中验证所学，有所收获。
2.4 尝试多功能开放平台
目前实验室常用的单片机系统平台是以验证性实验为主，优点是采用了可靠的成品硬件，减少实验中硬件的错误和硬件的损耗，有助于学生对系统整体的把握。但缺点也很明显，器件固定搭配限制了学生的思维，在综合性、创新性实验中几乎起不到作用[6]。因此我们选择了一个合适的开发平台，在前期采用Proteus虚拟实验平台作为单片机学习的基本平台，后期有选择的进行硬件搭建的方法来对传统实验平台进行改进。
通过对实验平台的改革，用较少的费用就能提供给学生自主、创新的实验环境，学生在实验过程中也不再担心仪器的损坏，这样可以最大程度的调动学生学习的主动性和积极性。
3 初步取得的成绩和预期的效果
经过实践验证，单片机实验课程的改革取得了较好的效果。学生对实验有了很大的积极性，愿意自己动手尝试做不同的内容，在一定程度上激发了学习单片机的兴趣。兴趣带动积极性，很多同学自己在网上购买单片机学习板，进行更加深入的研究和学习，多次参加课外竞赛活动，也都取得了很好的成绩。图2是“I/O口输入输出实验”，学生自己设计了多种流水灯的效果。
3.1 学会团队合作，大致了解产品流程
这种实验教学的改革，在某种程度上和企业的研究方式类似，以这种方式切入，通过团体项目研究为主的体验教学课程，让学生个体研究―参与团队谈论―整体项目调试―团体项目汇报的模式成为实验教学的主流，对学生个体实践能力的提高，自我定位的认同感以及熟悉团队合作的模式都有很大的帮助，缩短学生从学校走向社会的培训时间。
3.2 对于常用的编程语言有所了解和涉及
学生在这种新的实验模式下，可以自己选择熟悉的编程语言，而且更多的可以参考网上不同的语言例程，对同一个程序进行不同的语言编写，这样可以大大的提高学生的编程水平。这种新的模式，不仅保证了多数学生学习效果的提高，同时也采取对部分能力较强的学生实现了拔高培养。
3.3 锻炼了学生自学和自己解决问题的能力
新模式下的实验课程，没有了现成的程序，一切都需要学生自己动手操作，不仅可以提高他们的动手能力，也是一种经验的累积。如果在校期间，能够根据需要自己动手设计出一些较为实用的应用产品，那么今后走入社会，这些具体的作品比起一张简历无疑更能吸引用人单位。
本文提出的教学改革方法有利于发挥教师和学生的主观能动性，实现了教师和学生的良好互动，从心理和能力两个层面帮助学生感受成功、感受快乐，值得同类专业实验教学的借鉴。
【参考文献】
[1]朱敏杰，罗衍，余亚东.改革单片机教学培养应用型人才[J].实验室研究与探索，2012，31（2）：144-147.
[2]刘喜双，等.单片机课程实践教学改革探索[J].教育探索，2013（8）.
[3]蔡苗，蔡红娟.信息类专业平台课程实验教学w系改革的探索和实践[J].实验室研究与探索，2012，31（9）：144-146.
[4]杨琳，高宏亮.以提高学生兴趣为导向的单片机实验课改革[J].实验室科学，2013，16（2）：95-98.
关键词：Proteus；单片机；仿真教学
中图分类号：G642 文献标识码：B
“单片机原理与应用”课程是电类专业一门重要的专业基础课，其教学目的是通过理论教学与实践环节，使学生正确理解单片机的基本概念、基本原理，掌握单片机程序设计和接口应用的基本方法，并能综合运用单片机的软硬件技术，分析实际问题，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用开发打下良好的基础。
传统的单片机教学，均是以单片机的结构为主线，按单片机的硬件结构、指令、软件编程、单片机系统的扩展、各种器件的应用的顺序讲授，最后再讲一些实例。这种传统的教学结构，学生普遍感到难学。在现有技术发展和教学条件下，应该积极探索新的教学方式。
1传统单片机课程教学存在的不足
单片机教学包括理论和实践教学，而传统的课堂教学及实验中存在诸多问题，如教学方式多以课堂原理讲解与少量硬件仿真实验相结合，课堂教学多以理论为主，实验教学也多进行验证性实验。但单片机是一门应用性和实践性都很强的课程，本身比较抽象，所以在教学中必须把教学内容更为直观地展示给学生。为此，教师一般会把实验板或者仿真器引入到课堂上，通过在课堂上现场做一些演示实验给学生看，但是采用这种方法往往效果不是很好，主要表现在：(1)在课堂上现场做演示实验很浪费时间，降低了教学的效率；(2)小小的实验板和仿真器演示起来很难看清楚，也很难让所有学生都观察到效果，所以采用这种演示的方法来进行理论教学往往是事倍功半。
学生实验时也存在不少问题，实验教学不足，实验学时不足。由于单片机实验室的场地和时间等问题，除了上课以外，平时学生难得有机会实践。个人配备单片机实验开发系统，因成本较高，很多学生无法承受。又由于一般单片机实验多为箱式成品，学生难以参与到其中的细节设计，学生动手能力很难得到训练和提高。
实验设备不足、落后。建造单片机实验室成本高，一般学校很难达到学生人手一套实验开发系统，并且随着技
术的不断发展、设备的不断老化，实验设备也需要更新。要解决此问题就需要不断重建单片机实验室，因此必将带来资金耗费严重等问题。
课程设计、毕业设计等教学活动中存在明显的不足。在实际教学中常常需要学生设计一些基于单片机的系统，以提高学生的综合能力。单片机系统设计包括硬件电路设计、软件编程设计及软硬件结合的系统调试三个方面。目前单独的软、硬件设计都有较好的软件支持，而在软硬件结合的系统调试上，传统的方法中应用程序需要在硬件完成的情况下才能进行调试，这就必须进行制板、元器件焊接。在软硬件的配合中如需要修改硬件，必须重新制板，在时间和经济投入上带来很大的麻烦。
2引入Proteus的可行性
针对传统的理论和实验教学存在诸多的不足，促使我们在教学中寻找新的教学方式和方法，从教学实践上看，将Proteus引入单片机原理与应用课程的教学中是可行的。
目前我校已建立众多的多媒体教室，为课堂教学引入Proteus提供了基本条件，同时学校还拥有很多教学公用计算机，加上很多同学也拥有计算机，这就为学生学习使用Proteus创造了良好的条件。
单片机课程大都安排在大学二年级，学生从大学一年级开始系统地学习了计算机知识，因此学生已有了学习与使用Proteus的基础。
现在EDA技术的发展，已具备单片机仿真的软件，本文探讨的Proteus仿真软件是一款含有大量的系统资源、丰富的硬件接口电路，具有强大的调试功能和软硬件相结合的仿真系统，完全符合单片机教学的要求。在教学过程中既可调试单片机程序，也可仿真单片机器件的工作情况；既能充分利用学校计算机房现有计算机，减少硬件设备的维护工作量，还可为学生提供丰富的实验内容。本仿真系统结合了单片机和电路，与实际工程系统非常接近，拉近了单片机学习与就业的距离。
3Proteus在单片机原理与应用课程教学中的应用
3.1Proteus简介及其在单片机教学中的意义
Proteus软件是来自英国Labcenter Electronics公司的EDA工具软件，Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用。Proteus软件由于强大、直观、完善、全面的功能，已为越来越多的国内大学作为电工电子虚拟实验平台、单片机设计与虚拟仿真实验室、嵌入式系统设计与仿真实验室、创新实验平台等电类综合实验平台，为教学改革、创新和科研开发提供了良好的软件支撑。
目前企业单位对单片机应用人才的需求量仍然很大，对技术水平的要求也越来越高。面对传统教学中存在的诸多问题，借助Proteus对CPU和电路强大的仿真能力以及丰富的资源库，可以有效替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试，等到仿真结果基本理想时再进行实际的硬件调试。这样的开发过程不仅高效，而且会尽可能地减少损失，对于解决实验室资源紧张的问题是一个很好的思路。
3.2将Proteus引入单片机课堂教学
过去在课堂上演示单片机的设计和调试几乎不可能，然而利用Proteus仿真软件可以轻松做到这一点。在进行多媒体教学时，可设计大量的单片机应用实例，用Proteus软件演示从单片机硬件设计到软件调试的全过程，并演示运行结果，增强教学生动性和直观性。比如教师可以制作一些典型的应用系统，如流水灯、交通灯、数字钟及LCD显示等实验进行演示，让学生对单片机应用系统有一个感性认识，明白一个完整系统的含义，清楚单片机在一个系统中的作用和地位以及应用情况。
其次，采用Proteus有助于明确概念，解决难点。在单片机教学中，如P口作为准双向口的这个概念以及如何应用是较难掌握的一个问题。如中断如何产生，LED灯的位选和线选如何区别，串行通信如何实现等等教学中的重点和难点，都可以通过Proteus的演示让学生掌握清楚。Proteus还具有用色点显示芯片管脚状态的功能，教师可通过单步调试的方法让学生观察引脚的高低电平变化。也可通过示波器、逻辑分析仪和发光二极管进行观察。另外Proteus有助于理解指令含义，通过改变某段程序或指令，观察运行效果，从而理解语句含义。
关键词：单片机；理实一体；Proteus仿真教学实验箱；小制作
单片机课程是中等职业学校电类专业的重要的基础课程。中职的单片机课程，是很有价值、实践性很强的一门课程。是集硬件使用与软件编程为一体的学科，理论与操作并重。因此，在教学过程中将单片机理论与实验相结合，显得十分必要。笔者根据自己的教学实践认为，中职单片机要从以下几个方面进行有效的设计，才能获得较好的教学效果。
一、激发学生学习兴趣和求知欲
“兴趣是最好的教师。”对生活的希望则是学习的原动力。在单片机课堂教学过程中，教师应注重与实际应用结合，给学生展示单片机广阔的应用前景，激发学生的学习兴趣。利用日常可见的洗衣机、冰箱、热水器和空调等家用电器的智能化控制。抽象的教学内容与这些活生生的现实应用实例相结合，给学生一个很实际的学习目标，大大提高了学生学习单片机的兴趣。
在单片机理论知识传授过程中，教师可以穿插介绍相关行业的招聘信息，让学生燃起对未来生活的美好向往。
二、优化教学内容
在课堂教学中，笔者选用的是《新编单片机技术应用项目教程》，在教学中力求做到纵观全书，抓住关键，勤于总结，对实际应用中的重难点内容进行精讲，提出一些与项目应用密切相关的问题来引导学生积极思考，鼓励学生发表见解，活跃课堂氛围。同时还向学生介绍单片机应用的优秀网站，引导学生充分利用丰富的网络资源，了解当前有关单片机的新书讯、新技术和新发展，以此来拓宽学生知识面，延伸和补充课堂之外的教学内容，丰富和拓展单片机课程的学习，为学生将来独立进行软硬件设计打下良好基础。
三、制作生动形象的多媒体课件
单片机课程信息量大，要在有限的课时内讲深、讲透课程内容，教师备课时可以精心设计讲解内容，制作生动形象的多媒体课件；在教学过程中，教师采用计算机辅助教学手段和板书相结合，用文字、图像、声音等多种信息表达形式，将传统课堂教学中抽象难懂的概念具体化、形象化，单调枯燥的理论多样化、生动化，将重难点知识内容通过多媒体演示，可以随机重复，便于记忆。实践表明，多媒体的恰当运用，丰富了单片机课程的教学过程，提高了教师的教学效率，增强了学生的学习积极性，教学效果良好。
四、多种实验方法的教学设计
在单片机应用开发过程中，更重要、更基础的是硬件设计。而单片机教学过程中，由于硬件条件或时间不允许，教师在课堂上很难向学生直接展示硬件设计过程。
1.proteusr的实验教学设计
首先proteus可以应用在理论课的课堂上，以配合随堂实验的需求。利用keil-c51与proteus相结合，教师可以在教学过程中对教材中的实例进行讲解，现场编程及绘制电路图，进行仿真和验证，大大提高了学生学习单片机的积极性和主动性，有助于学生牢固掌握相关知识。其次，让学生进入EDA实验室，在装有keilc与proteus的电脑上进行仿真实验，可以让学生很方便地进行各种创造性的学习。另外，采用虚拟仿真教学方法，可以节省大量的的实验器材、经费，打破了时间和空间对教学的限，避免了由于实验操作失误而带来的各种危险，但是虚拟仿真实验终究不可能完全替代真实的实验。真实的实验中元件参数的误差，干扰等存在的客观因素是虚拟仿真实验所无法体现出来的。
2.单片机实验箱的教学应用
单片机实验以小系统、多功能、易扩展为设计思想，系统的地址总线、数据总线、控制总线全部引出，对用户开放，并留有扩展单元（区），这样学校可以从需要出发，灵活选配各种扩展模块，为各种教学实验提供了很多的方便。在单片机实验箱上做实验是对虚拟仿真实验教学的有效补充。单片机实验箱上的元件均是真实的元件。具有与真实的工程开发相同的实验数据与效果。因此，让学生在实验箱上实验，可以将在虚拟仿真所得到的实验现象和数据进行真实的对比。让学生在逐步探索，逐步接近真实的产品开发与学习获得更真实的数据和临场体验。
3.制作小型单片机控制电路
仿真实验和实验箱实验在单片机教学中，都有着各自不可替代的优越性，但也有它们本身的固有的缺点。仿真实验不能替代真实实验的误差干扰等。实验箱不能让学生亲自观察单片机电路的连接等。制作小型单片机控制电路就可以对虚拟仿真实验和单片机实验箱实验的缺点进行有效的补充。在进行了仿真实验教学和实验箱实验教学后，适当地组织学生进行各种单片机小制作活动，具有重要的意义。
本文针对“单片机原理及应用”课程的特点，从理论课设计、仿真实验设计、实验箱与小制作实验计划等方面进行了教学改革的研究和探索，提出了改善课堂教学模式、提高教学质量的一些思考和建议。实践表明，上述单片机教学设计实施，增强了课堂教学效果，提高了课堂教学质量，充分调动了学生学习单片机的积极性和主动性，培养了学生的创造能力和动手能力，为进行单片机的开发和应用打下了坚实基础。
参考文献：
[1]金杰.新编单片机技术应用项目教程.北京：电子工业出版社，2012.
[2]赵宏强.策略与路径：新课程实施解读[M].吉林人民出版社，2002.
关键词：单片机；虚拟课堂；研讨式教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）49-0189-02
一、非电类专业的单片机原理教学现状
单片机原理课程是机械设计制造及其自动化、车辆工程等非电类理工科本科专业的一门重要专业课，是在学生掌握了基础的模拟电子、数字电子技术课程和计算机应用类课程之后，为加强对学生应用能力的培养和结合应用实践场合而开设的体现电子技术、计算机技术等综合应用的一门课程[1-4]。学生在学习本课程的时候，一方面巩固掌握了前续基础课程；另一方面，学会了单片机系统设计的思路和方法，为今后从事相关工作打下了基础；此外，以MCS-51为基础的单片机课程也为今后的单片机、ARM等学习夯实基础，为今后从事机电一体化或嵌入式控制系统的研究及开发打下良好的基础[1，3]。但是，单片机技术日新月异，从早期的8051到现在的8/16/32位单片机、ARM、DSP等，CPU的处理速度越来越快，存储容量越来越大，功能接口越来越丰富，编程语言越来越多样化，等等。但是很多高校的非电类专业的单片机课程的教学方式却一直延续至今，没有针对技术发展及应用性需求而做出相应调整。结合我校机械设计制造及其自动化等非电类本科专业的单片机原理教学实际，目前存在的问题及不足主要有以下几点。
1.课程定位上重视不足，课程设置上存在一定问题。机械设计制造及其自动化专业的核心课程是机械原理、机械设计、机械制造等专业基础课，围绕这些课程展开的课堂教学和实践活动较多，而对于单片机等电类课程则远没有受到如此的重视。首先，课程定位上，单片机原理是任选课，学生有选课与不选课的权利。还有就是本课程一般开设在大三下学期，此时大部分同学的学分已修满，选课人数较少。其次，课程设置上存在一定的问题，单片机原理的前导课程主要为电子技术及C语言程序设计，这些课程均在大二开设，而单片机原理一般在大三下学期开设，这期间并没有开设其他电类课程，而学生对电子技术及编程设计等遗忘较大，导致学习很吃力。再次，单片机原理课程与微机原理课程有一定重叠。开课时间上有重叠，两门课程同属电类及计算机应用类课程，但都在学三下学期开设。课程内容上有重叠，两门课程在内容上有很多重叠。从上述可以看出，课程定位上重视不足，设置上也存在一定问题，导致学生对于本课程的选课积极性不高，重视程度不足。
2.教学方法已不能满足发展需求，教学内容较为陈旧。课程实验基本上是教师的示范性操作，学生通过简单连线操作就能达到实验效果。这样的教学方法已不适应教学需求，学生基本上都是被动接受，教学效果很有限。其次，教材内容陈旧，没有结合单片机技术发展和应用的现状[1-4]。在编程语言方面，现在大部分高校仍然采用汇编语句为程序设计语言，存在着语句抽象、难理解、编程效率低，学习难度大等缺点，没有适应技术发展趋势采用C语言作为单片机的程序设计语言。在存储系统方面，大部分高校和单片机教材仍然以存储器扩展为重点内容，但实际上现在的单片机种类繁多，极少需要对存储系统进行扩展。在与相关课程的相关性与衔接性方面，现在大部分高校的单片机教学内容和教材缺少与相关课程如微机原理等的联系。
3.缺少实践教学环节。目前一些高校的非电类工科专业配备了和课程相关的单片机实验箱，学生可以通过实验加深对理论知识的理解。但是，该实验设备一般只综合了十几项实验内容，无法提供高质量的动手环境，学生动脑和动手的机会太少，只是简单接线以实现实验功能。此外，单片机的硬件电路固定在实验板上，学生只能通过改变实验程序而起到灵活变通的效果，具有一定的局限性。
二、虚拟课堂教学改革研究
整个教学过程以工程专业认证的要求为目标，围绕着教学准备、教学过程、教学总结及课程考核展开，整个研究内容都强调学生的参与性及参与程度，学生是教学准备、教学过程、教学总结及教学考核的主体。从以下几个方面开展非电类专业的单片机原理教学改革研究[1-5]。
1.以视频微课为主体的教学准备过程研究。传统的教学准备一般是教材预习，但是机制等非电类专业由于电类课程学习较少，课程衔接性不够，导致自学困难，课程准备不充分。课题研究提出以视频微课为主体，结合教材预习和知识点自学等环节进行教学准备。在课堂教学开展前，将本课讲课内容制作成视频，并连同课程PPT通过网络发送给学生，在每段视频开始及结束，针对性地提出几个问题，引导学生带着问题来自学相关课程内容。此外，教师针对性地提出几个性扩展问题，引导学生进行单片机知识的自学。
2.以虚拟实验室、研讨教学为核心的教学过程研究。传统的教学过程一般是以课堂授课为主体，但该教学过程对于单片机不太适合。由于单片机的实践性强，教学的过程中必须软硬件结合。提出以虚拟实验室和研讨式教学为核心的教学过程。在教学准备过程中，学生通过视频及自学已经掌握了课堂相关知识，但缺乏一定的实践知识。在教学过程中，结合Proteus+Keil的虚拟实验室，并开发相关单片机控制案例，学生通过案例及虚拟实验室来加深课程学习印象及效果。虚拟实验室的建立，使得学生的设计不局限于有限的单片机实验箱功能，进行开放性设计，锻炼实际应用和开发能力。在此过程中，针对教学准备过程中预留的问题，学生与教师之间展开研讨。采用实验板实物与软件相结合的教学方式，在课堂实验时间里学生进入实验室进行实验板实物的操作，同时利用Proteus软件进行课堂电路原理展示与分析，电路线路清晰，分析方便；有条件的同学可以自己制作或购买实验板学习，其他同学通过Proteus软件也可以进行学习，同样可以达到实验效果。通过本学期的实践教学发现，学生的动手能力和课堂内容消化效果比以往有了很大的改善。
3.以硬件在环实验和研讨总结为载体的教学总结过程研究。传统的教学总结仅针对单片机的知识点开展，没有硬件实验对所学知识点进行巩固。课题研究拟从非电类专业的实际特点出发，编制实验教学教案，围绕单片机的主要内容：I/O操作、中断定时、键盘显示、串口通信、综合实验等开发硬件实验箱，进行硬件在环实验。在实验的基础上，结合课程准备和课堂虚拟实验室所存在的问题，加深学生对硬件的认识，通过实验加强学习效果[1]。在单片机实验的教学方法上，除采用示范教学等方法外，以工程项目为导向，2～3名学生为一组，完成一个具体的单片机应用实例，并进行答辩。采取这样分组考核的方式，实验教学效果有望得到大幅提升。单片机项目教学法是围绕工程项目展开，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开发项目的过程中，引导学生边做边学。
4.以考试和综合实践为基础的课程考核模式研究。传统的教学考核方式为考试，通过卷面成绩对学生的学习效果进行评估，该考核方法没有考虑到单片机课程的强实践性。由于单片机课程的教学方式基本以案例和实践为主，也须对原有的考核主要以考试为主进行改革。课题研究提出综合实践、考试及研讨考核相结合的复合考核方式。综合实践中，以2～3名同学组成一组的形式，自定一个综合实践题目，就题目展开分析和讨论，并展开单片机硬件系统设计和程序设计，然后确定并绘制单片机综合实践系统的硬件图（在Proteus中完成），并编写单片机综合实践系统的软件（用C或汇编语言写都可以）。最后每个项目组指派一位同学，在课堂上通过PPT的方式阐述设计理念及具体的设计流程，并接受老师及台下同学的提问。本次综合实践占单片机原理课程总成绩的20%。平时教学过程及教学总结过程的研讨等占期末总成绩的10%，相应地考试成绩只占总成绩的70%。考核方式的转变，让学生更注重平时的学习过程及研讨，并培养和锻炼工程项目的实际开发经验，提升学生的团队协作能力。
三、教学改革研究的实施效果
通过教学改革研究，提出非电类专业的单片机课程虚拟课堂教学改革方案，开发出适合非电类专业的视频微课及引导式问题，建立Proteus+Keil的虚拟实验室，试制出适合非电类专业学生特点及实际需求的单片机实验平台，采用综合考核方式进行课程的考核方式改革。上述具体方案，经过近一年的教学实践及效果反馈，效果较好，可以在非电类专业的单片机原理教学中加以推广应用，教学改革研究的思路和方法也可应用在其他专业课程上面。
参考文献：
[1]许明，倪敬，陈国金.机械类本科单片机实验教学案例研究[J].教育教学论坛，2013，（43）：246-247.
[2]张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012，（5）：149-150.
[3]许明，倪敬，陈国金.工科机械类本科《单片机原理》教学模式改革探讨[J].教育教学论坛，2013，1（4）：72-73.
