[摘 要]本文對當前單片機課程教學中存在的不足進行了分析，提出聯合使用Proteus軟件與Keil編程軟件的教學方法，并嘗試開發了以典型項目為導向、軟硬件相結合、創客式模塊化結構的單片機課程教學，實踐證明，該教學方式可以較大程度地提高學生的學習主動性，提升教學質量。

[關鍵字]仿真 軟件 硬件

基金項目：楊凌職業技術學院人文社科類研究基金項目“基于proteus的創客式教學法在單片機教學中的應用”（項目編號：GJ1849）；江西省教育廳2018年科學技術研究項目（項目編號：GJJ181058）。

單片機課程教學中存在的問題

單片機課程是一門實踐性和應用性都很強的課程，在大部分高職院校中，它是電氣自動化、工業機器人技術等專業的核心課程。目前，我院單片機課程教學中存在如下問題。

1.軟硬件教學未能結合。在教學過程中，硬件和軟件分開講授，授課方式以知識為驅動，導致學生在實際工作中難以形成系統化認知，不會獨立自主地搭建一個完整的單片機系統。

2.學生對硬件電路設計的參與度不高。學生進行單片機實訓或參加相關制作時，多是把教師上課講的例子直接下載到單片機上，創新改動得較少。究其根本原因，主要是學生對單片機芯片及其周邊電子元器件的使用不夠熟悉。如果在最后焊接及調試過程中出現問題，就必須重新進行全面排查，學生難以在有限的時間內高質量地完成相應項目，部分人甚至因此而失去學習主動性。

另外，大多數高職院校的實驗實訓場地不能全天開放，而實驗實訓設備和儀器價格又較貴，學生不可能自行購買、使用，以致學生的實踐能力不夠強。

Proteus軟件

傳統的電子線路教學都是先學理論，再動手實驗，將軟件教學與硬件教學分開進行。分離的教學方式導致學生對電子線路的知識理解困難，缺乏想象能力，難以有效吸收所學知識，這種教學模式注定了電子線路實驗教學會存在一定程度的問題[1]。隨著計算機仿真技術的發展，EDA技術改變和提升了電子線路實驗教學的條件，采用Protel、Proteus等軟件進行電子線路設計、運行、調試等工作，可使電子線路實驗能在計算機上完成線路功能設計、性能分析、程序調試、整機測試等步驟，電子線路實驗不再受設備、場地、資金等條件的限制，與實際硬件線路實驗相比，電子線路實驗軟件的使用更有利于開發學生的創造性思維。

英國Labcenter Electronics公司開發的Proteus仿真軟件在電子線路仿真軟件中首屈一指，它集電子電路設計、電路仿真與分析、程序調試、PCB設計于一體，可以對“電子技術”“電工原理”“單片機應用技術”等課程所涉及的電子電路進行設計與仿真[3-6]，各類電子設備元件模型會在仿真過程中實現規定的響應，并能實時顯示仿真的結果。

將Proteus軟件安裝到計算機后，會有ISIS和ARES兩個軟件，ISIS能設計繪制電路圖及仿真，ARES可進行PCB設計。單片機課程使用的正是ISIS軟件，利用它把電子線路設計出來，然后用VSM虛擬仿真模式進行仿真，通過調用VSM動態器件庫可以非常清晰地看到被仿真電子線路各個參數的狀態。在教學中用Proteus軟件進行電路仿真輔助教學，可以使實驗教學過程生動有趣，實驗結果比較直觀，學生對電路設計、元器件功能及電路原理的理解更深刻、更易懂，能實現事半功倍的教學效果。在實驗中，當設計文件建好之后，先把項目所涉及的元器件放置好，再通過布線將其連接起來，這樣就形成了一張完整的電路原理圖。這時，就可以點擊“開始仿真”按鍵進行仿真，形成電路原理圖，如需制作PCB板，則要生成網絡表文件，最后對整個原理圖進行電氣規則檢查，并根據檢查報告不斷修改原理圖直至檢查通過。

Proteus軟件在單片機課程實驗中的應用

單片機課程的電子線路實驗不同于“電子技術”“電工原理”等課程的實驗，它不僅包含硬件電路設計，還包括單片機的程序設計，且需將軟硬件相結合才能完成一個單片機實驗項目。傳統的單片機技術實驗教學要在兩節課的實驗時間內完成軟硬件設計任務，這樣的教學方式使得學生難以順利完成整個實驗項目，久而久之便會失去學習興趣，甚至出現了抄襲他人程序應付了事的情況[3]。而用Proteus軟件構建單片機課程的電子線路實驗，可以順利進行電路仿真功能，使Proteus軟件與Keil編程軟件聯調，實現CPU的軟硬件調試，學生在計算機上就能完成實驗項目的功能效果驗證，不僅提高了教學效率，還降低了教學成本。

以基于單片機的數據采集、顯示實驗為例，簡述Proteus和Keil軟件聯調進行單片機系統仿真實驗的方法[2]。基于單片機的LED顯示實驗線路主要由單片機芯片、時鐘、復位電路，以及LED顯示數碼管和一些外圍線路構成，用以實現相關信息的采集和顯示。只要設計的電路圖搭好硬件電路，就可以通過Keil軟件進行程序代碼的編寫；程序編譯成功后，生成HEX文件，將其加載到Proteus中的單片機里，并將Keil軟件的Debug狀態設置為Proteus VSM Simulator，點擊“全速運行”；在Proteus軟件中點擊“仿真運行”按鈕，這樣就能實現兩個軟件基于單片機的數據采集、顯示實驗線路聯合調試。在調試過程中，如果發現功能有誤，可以隨時修改程序，將其重新編譯后再次加載運行。Proteus與Keil聯合使用，可以在沒有制作具體電路板的情況下完成一個單片機實驗項目的設計、調試和結果驗證，能充分激發學生參與單片機課程實踐的熱情。

創客教育在單片機課程教學中的應用

創客教育秉承“開放創新、探究體驗”的教育理念，以“在創造中學”為主要學習方式，與單片機課程教學的要求一致，將其引入教學能促進單片機課程教學改革。

為了改進傳統教學中軟硬件分離講授、學生被動學習的弊端，我院嘗試開發了以典型項目為導向、軟硬件相結合、創客式模塊化結構的單片機課程教學內容，實踐證明，該教學內容深受學生歡迎。創客式教學內容的開發、設計具體分為以下4個步驟。

1.把單片機課程的教學內容細分成知識點。

2.為單片機課程的各知識點確定基礎任務。設計基礎任務時應以學生掌握知識點為教學目標，選擇與實際工程接近的、難度適宜且學生感興趣的小型應用項目；引導學生使用常用的元器件，讓他們在實踐過程中學習相關元器件、簡單的硬件電路設計及簡易的軟件編程等。學生帶著問題進行實踐學習，能大大提高其學習主動性。

3.開展不同的創客主題任務。當學生完成單片機課程的基礎任務后，就可以引導他們開展不同主題的創客任務。設計創客主題時，應以讓學生能靈活應用知識點為目標，并注重對知識點的綜合運用。創客主題任務的形式主要有設計型、綜合應用型、探究型等，都是對基礎知識的拓展。單片機課程主題的設計要從不同角度或者更深層次去加強學生對知識點的掌握和運用，促使學生內化知識。創客主題任務的完成過程和基礎任務的過程基本相同。

4.結合主題開展實踐。教師可在學生完成創客主題任務的基礎上鼓勵他們結合創客主題及生活進行創新創客小制作的實踐，這一步驟的目標是為加強學生的動手能力和創新能力。該過程由學生自行選題，自行進行硬件電路設計、軟件程序的編寫及軟硬件的聯合調試，教師作為引導者，可以在適當的時機給他們提供一些建議和幫助。

結 語

在單片機課程教學中采用Proteus仿真軟件，能使理論教學與實驗教學相結合，大大提升了學生的學習興趣，培養了學生的自學能力、實踐操作能力和創新能力，同時，對于學生理解單片機硬件電路原理與軟件設計也有很大幫助，有效解決了單片機學習過程中理論與實踐脫離、學生動手能力不足的問題。與實際工程接近的單片機項目有利于培養學生的單片機系統實際開發能力，明顯提高了單片機教學的效率與質量。創客教育理念的理論分析和實踐應用能進一步完善教學內容；與實際工程接近的案例提升了教學內容的實用性，便于學生主動運用相關理論知識，使其能學以致用，有助于培養他們的創新意識。另外，單片機課程的創客式教學法還為推動其他課程的教學改革提供了理論依據和實踐經驗。

參考文獻：

[1]吳樂堅、盧旭錦：《Proteus軟件在高職院校電子線路實驗中的應用研究》，《科教文匯》2018年第25期，第93-98頁。

[2]金國華、翟朝霞、周麗娜 等：《Proteus和Keil軟件在單片機理論與實踐教學中的應用》，《中國現代教育裝備》2017年第259卷第2期，第43-45頁。

[3]范程華、蔣先偉、魯世斌 等：《Proteus在電工電子實訓中的應用》，《電子設計工程》2011年第19卷第7期，第17-18、22頁。

[4]侯向鋒、周兆豐：《Proteus在模擬電子技術教學中的應用》，《湖北師范學院學報》（自然科學版）2012年第32卷第4期，第114-118頁。

[5]楊晶晶、劉延飛、慕曉剛 等：《仿真軟件在“數字電子技術”課程教學中的應用》，《現代電子技術》2013年第36卷第20期，第45-46、50頁。

[6]胡中玉、岳強、任杰 等：《基于Proteus仿真的電工電子課程教學創新》，《實驗技術與管理》2016年第33卷第4期，第128-130頁。

作者單位：孫小春 劉林章 楊凌職業技術學院 孫小迎 南昌工學院