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摘 要：本文重点介绍了如何借助计算机虚拟仿真软件推进单片机理实一体化教学，即通过引入计算机仿真软件构建虚拟实验室一体化教学平台，实施任务驱动下的单片机课程一体化教学，让抽象的内容变得生动、灵活，有助于解决理实一体化教学中受实训条件限制的问题，提高教与学的效率。
关键词：单片机Proteus 一体化教学 虚拟实验室
一、单片机理实一体化教学存在的问题
学习单片机需要掌握多门相关的课程，它涉及电子技术基础、Protel电路设计、单片机原理、C 语言程序设计等。这些课程的教学设置在几个不同的学期，安排时间跨度大，教学时间往往会分为两个学期，相互之间的联系较少，很多学生往往前学后忘，知识得不到连贯，对本门学科没有整体的认识，不能形成完整有序的知识系统，学习难以深入。
理实一体化教学方式已经深入职业学校的课堂教学中，将有关专业设备和教学资料放在同一教室，学生在理实一体的教室里以做学结合的方式来完成相应的学习任务，专业理论知识与实践技能的学习有效地融为一体，使得传统的以学科为中心的教学方法带来的轻技能培养，重理论知识的弊端得到了改变。然而，在实际进行一体化教学实践时也遇到了一些问题，影响了教学效果。
1.硬件设备受制约
要开展好单片机的一体化教学，必须建立好符合教学需求的软硬件环境。但是在实际操作中，要想建立健全的单片机教学场所需要的软硬件投入资金比较大，而因为课程专业性强的特点往往收效不能立刻体现，因此学校是否愿意投入大量资金进行建设是个问题。在实际教学中往往是几个学生围着一台电脑和一个实验箱，而实践过程中出现的器件损耗又制约了实践操作，致使动手机会减少，影响教学效果。
2.教学效率受影响
做一次单片机的演示实践需要用到比较多的实训设备，如：仿真器、实验电路板、计算机等，因此，教学准备就需要教师花费比较长的时间。在教学时，为了验证软件编程的效果，需要多次拔、插芯片，使得教学的效率受影响。而教学时需要用到PROTEL画图与制版软件、编译软件、仿真软件等多种软件和编程器与下载器等各种硬件设备，老师在课堂教学时难免要经常切换，因此学生在实际操作时会手忙脚乱。
3.教学内容受限制
由于单片机一体化教室硬件设备的不可更改性约束了电路的绘制或软件的编写。如果更改了电路却没有相配备的硬件那么就无法看到演示的结果，更不利于在课堂中生成个性化的教学内容，使得教学内容的选择显得比较死板，不利于学生持久的学习与提升。
二、单片机虚拟仿真教学策略
1.以仿真软件搭建一体化教学平台
能否借助目前职校较为发达的计算机系统构建“虚拟实验室”，利用虚拟仿真软件进行全方位实验实训仿真达到实验室的教学效果呢？所谓“虚拟实验室”就是运用现代信息技术，利用计算机平台，采用信息技术软件建立虚拟的仿真教学环境，用技术软件在计算机中搭建出单片机虚拟实验室，在这个实验室上进行单片机项目的教学实验与实训。Proteus就是一款比较流行和具有良好通用性的电路分析与实物仿真软件。Proteus具有强大的电子器件元件库，可以方便快捷地绘制各种原理图，可以对集成电路和各种器件进行虚拟仿真，它和Keil软件可以共同构成基于个人PC 软件的单片机个人虚拟实验室。
相比于硬件仿真设备构建的单片机实验室，基于Proteus软件的虚拟实验室可以不受资金和场地的限制，虚拟实验涉及的项目内容可以更全面，设备的投入也减少，可以通过计算机模拟和完成整个演示实验。学生可以构建基于Proteus软件的个人实训平台，根据自身学习能力进行个性化的实验，实训过程没有传统教学时硬件的损坏，不需维护。教学时编译的程序可以马上在虚拟的环境中看到效果，并减少了设计中的插、拔、写等过程，具有直观、节省成本及与实际最为接近等特点，因此大大提高了课堂教学的效率。
2.以项目模块组建一体化教学内容
为了更好地在PROTEUS软件上建立实践项目，我们将单片机课程的教学内容按照由浅入深的原则进行模块化安排，尽量选择较为基础的教学项目，符合中职学生先易后难的学习特点。根据笔者学校学生实际情况，我们把单片机课程教学分成了三个模块6个项目，并进行了任务分解，见下表。
因为有软件的支撑，上述任务还可以在实际教学时根据学生的学习情况进行个性化的调整而不受硬件的限制。
3.以任务驱动构建一体化教学模式
（1）确定学习任务。根据项目模块的安排，以工程实例引出学习任务，然后进行任务分解，确定各任务完成的目标。教师指导学生分组讨论，共同对项目进行分析，确定工作步骤和程序。学生根据整个项目的知识需求，结合系统的电路和相关的描述找出并确定学习任务。
（2）明确学习要点。在具体分析项目，确定学习任务后，教师帮助学生明确本项目所涉及的单片机相关知识要点，帮助学生弄清项目工作原理；学生分组在纸上先画出电路草图，列出元器件表，找出知识的要点和技术的关键点以及要注意的问题，以便在项目的进行过程中有意识地对知识要点、关键技能进行检查。
（3）搭建学习平台。在教师的引导下，学生通过分析基本确定整个系统硬件和软件组成。然后进入设计环节，硬件设计：学生在教师的指导下，明确设计要求和目的，用Proteus软件画出硬件电路。软件设计：在硬件电路的基础上，学生逐步编程控制硬件，分别绘制流程图并编制软件，通过Proteus画好的单片机加载软件进行仿真。
（4）测试教学项目。搭建好学习平台后，学生进行教学项目的测试，使用Proteus软件进行测试、调试，对存在的故障现象进行处理，直至顺利完成学习项目。项目测试以学生动手实践为主，在教学项目测试时，采取小组间自测和共同测试等以学生为主体的学习方式。当出现问题时，学生就会自主找寻问题的解决方案，这样学生既要掌握项目任务所需的理论知识，又需要达成最终成果的实践方法。因此，教学项目检测是一体化教学中必不可少的一个重要环节。
（5）评估学习成果。通过个人、小组和教师三方面对学生的学习能力、动手能力分析与评价，使学生个体对自己有一个较全面的多方位的了解，更是可以通过综合评估发现个体自身的优点，激发动力挖掘潜能，实现学生的全面发展。主要分成两大部分：其一是教师根据设计好的项目评估表的具体内容对各组学生完成的项目产品集体评估打分，是小组的共同成果。二是对每一位学生在整个项目教学过程中的综合表现进行评估打分，是学生个体的成果。通过综合评估发现个体自身的优点，激发动力挖掘潜能，实现学生的全面发展，并且项目评估分在学科总成绩中占一定比例，实现理论考核与实践评估相结合。
三、单片机虚拟仿真教学反思
一是在教学中引入 Proteus仿真软件构建的虚拟实验室，利用其提供的可靠的虚拟仪器和仪表，可以构建Proteusr的个性化实训平台。有效帮助解决了硬件环境条件不足带来的教学问题，是一种低投资、高性能的电子设计自动化软件，不但经济优势明显，而且大大提高了教学效率。
二是利用仿真的形象、生动，以及过程跟踪、结果显示等特性，可将过程直接反映在大屏幕上，达到师生互动，增强一体化教学的效果，使学生直观地理解软硬件结合的思想。学生主体参与意识的增加，提高了分析、解决问题的能力及团队合作精神，培养了综合职业能力。
三是在一体化教学模式下，每一个项目的完成都离不开Proteus软件，对该软件的学习将贯穿整个教学过程，随着教学内容的复杂化，对开发工具的使用也将越发深入。同时由于开放性的实践使得教师备课时要充分考虑到各种各样的问题，促进教师为应对、解决可能遇到的各种问题不断提高。
四是在实际教学中由于虚拟实验室提供的可靠简便的过程可视性，在教学中学生对硬件的操作技能训练如：焊接、刻板等技能的训练相对减少，并且在综合应用项目中，还是要使用到硬件仿真器等设备，所以还要继续建好和完善硬件实训平台，以优化软硬件实训一体化教学。
总之，在一体化教学已经被广泛用于职业学校专业课教学的形势下，通过信息技术的引入，构建虚拟实验室一体化教学平台，实施单片机课程一体化教学。在理论性和实践性都很强的单片机教学应用中，能有效帮助解决教学中受硬件设备制约等问题的同时，也提高了课堂教学的效率，提高学生学习兴趣，提升教学效果。
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（作者单位：温岭市职业中专）