Proteus在高职单片机项目化教学中的应用
单片机因为其功能强, 可靠性高, 体积小, 价格低等特点, 在机电一体化产品、智能仪表、工业测控、家用电器等领域得到了广泛的应用, 各工科院校机电一体化、工业自动化、机电工程等相关专业都会开设“单片机原理与应用”课程。而教授本课程老师都会有所感觉, 即虽然费了很大的劲, 但是学生的学习效果仍然不佳, 特别对于高职类的学校尤其如此。简单的分析一下产生这个现象的原因, 主要有这几方面:一是单片机的内部结构是看不见摸不着的, 而单片机在使用时又经常和其内部部件产生关联, 需要学生的抽象思维能力比较强, 而高职的学生恰恰在抽象思维能力上比较缺乏, 因此有一定的难度;二是单片机这门课程是理论与实际联系非常紧密的课程, 如果仅仅学习理论知识, 而不进行实际操作, 是学不好单片机的, 而我们所使用的实训设备, 实验项目往往是固定好的, 灵活性差, 因此在学习单片机的过程中造成了困难。Proteus软件的出现, 可以很好的解决这些问题, 将其与项目化教学方法结合在一起, 会起到事半功倍的效果。
1 Proteus软件
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的电路分析和实物仿真软件, 该软件具有如下特点: (1) Proteus是一种基于标准仿真引擎SPICE的混合电路仿真工具, 具有模拟电路、数字电路仿真, 单片机及外围电路组成系统的仿真, RS232动态仿真, I2C调试器, SPI调试器, 键盘、LCD仿真的功能。 (2) 提供了多种虚拟仪器, 如示波器、信号发生器等。 (3) 可以模拟单片机的外围电路, 可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路, 并支持ARM7及LPC2000等系列的微处理器。 (4) 能够进行原理图和印制板的设计。 (5) 能够和第三方软件KEIL进行联机调试。
综合以上特点分析, Proteus软件用于单片机的学习中具有如下几个效果: (1) 由于Proteus具有丰富的元件库, 包含8000个元件, 有标准符号、三极管、二极管、热离子管、CMOS、微处理器、PLD、模拟IC和运算放大器等, 因此在学习单片机过程中可以自主进行项目的设计, 增强了学习的灵活性。 (2) Proteus提供给用户图形外观, 包括线宽、填充类型、字符等的控制, 学员在学习单片机的过程中, 可以学习规范的电子线路原理图制图规则。 (3) Proteus可以和KEIL进行联合调试, 可以增强学生对程序与硬件电路的调试能力, 促进学生动手能力的增强。
2 项目化教学
项目教学法是通过实施一个完整的项目过程而学习相关知识与技能的教学方法。在教学活动中, 教师将需要解决的问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生, 让学生按照实际工作的完整顺序, 在教师的指导下完成整个项目。在项目教学中, 其关键点在于项目的选取, 项目的难度不能太高, 如果难度太高, 会打击学生的自信心, 从而对整个课程失去兴趣;项目的难度又不能太低, 如果难度过低, 会让学生有种飘飘然的心态, 从而不去认真的学习;另外在选择项目时, 又必须有一个明确的任务或目的, 即该任务是为了达到什么样一个目标, 学生在完成该项目时能够掌握哪些知识点。因此, 项目的选择是整个项目教学的关键。
《单片机技术》从课程内容及课程性质上看, 都比较适合进行模块化的项目教学。笔者认为, 不是每门课程都适合进行模块化项目教学的, 能够进行模块化项目教学的课程必须满足“易分解, 可操作, 能应用, 利评价”四个特征。“易分解”是说课程本身具有一定的综合性, 能够将各个项目分解成一个个小的学习模块 (任务) , 模块要具有一定的层次性即任务难度要从小到大, 通过完成任务来进行知识和技能的学习训练。“可操作”意思是学习模块 (任务) 不能够仅仅在纸上谈兵, 要能让学生进行动手操作的时间与机会, 只有这样才能锻炼学生的动手操作能力, 才能不与社会需求所脱节, 才能体现高等职业技术教育的特点。“能应用”的意思是课程所选择的项目必须来源于实际的生产生活实际, 要与实际应用工程紧密结合起来, 做到学与用的无缝链接, 以便于学生毕业后尽快的融入生产实际中去。“利评价”是说课程项目要有明确的评价体系, 尽量避免在评价时的概念模糊化, 对项目中的各个评价点要在评价表中详细标出给学生以一种严格的质量管理概念。
3 应用实例
本文以十字路口交通灯的制作为例, 讲解Proteus在单片机项目化教学中的应用。
3.1 项目分析与分解
十字路口交通灯是一个实际的项目, 在对这个项目展开之前, 首先要对该项目进行分析, 主要分析交通灯的动作规律 (即项目的工艺流程) , 通过对项目进行分析, 从而引出该项目要解决的问题。如在本项目分析时, 交通灯的动作规律可以借用时序图来进行分析, 在工艺流程了解清楚后, 对所涉及到的具体技术问题即可进行分析, 从而引出各个子任务:
任务一:LED二极管的闪烁控制;
任务二:七段数码管的显示控制;
任务三:时间的控制;
任务四:交通灯的组装与调试。
3.2 任务操作
对于上述的每个任务, 都需要学员独立自主 (或组成工作团队) 完成。完成每个任务都要经过资料搜集→电路设计→程序设计→系统调试→撰写报告这样五个阶段。如在完成任务二时, 先要对七段数码管的相关知识进行了解, 如共阴极、共阳极数码管的结构、段码的获取、译码驱动器的芯片资料、大功率数码管的控制等。完成资料搜集后, 列举出完成该任务可以采用的方案, 并选择合适的方案, 在Proteus中完成电路的设计, 然后针对所设计的电路, 利用KEIL进行程序设计, 将程序输入单片机系统中进行调试, 最后撰写任务报告书。
3.3 任务评价
传统的对学生考评是平时成绩加期末考试成绩, 平时成绩是通过出勤和作业来反映的, 虽然具有一定的科学性, 但是目前很多同学的作业抄袭现象比较严重, 这种考核方式不能调动学员的学习积极性, 也不太能够反映真实的教学成果。项目教学法的任务评价体系, 采取全程跟踪的方式, 从学员接到任务后的任务分解、查阅资料、团队协作、创新性设计、实际成果、报告撰写、项目答辩等多个方面对学员进行考核, 最终汇总成学员完成整个项目的成绩, 这样既调动了学生的积极性, 也避免了部分同学浑水摸鱼。
4 结语
将Proteus与项目化教学结合在一起, 应用于高职高专的单片机课程教学中, 能够给学生一定创新思维的空间, 有助于提高学生的创造性。通过一个个项目的学习开发, 能够给学生一个完整的项目开发概念, 提高学生的项目开发能力。利用Proteus设计的电路由于可以在电脑上进行仿真, 因此大大缩短了项目开发的周期, 因此提高了单片机课程的学习效率。
摘要：本文将项目化教学法和Proteus软件两个比较先进的理念引入到高职高专的单片机教学中来, 阐述了他们在单片机课程改革中的优势、特点, 并以实例说明之。
关键词：Proteus,项目教学,单片机
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