与船舶专业知识相结合的单片机实验教学改革研

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摘要：“大众创新，万众创业”，掀起了全国上下创新创业的浪潮，作为创新人才培养的主要阵地，各大高校对此极为重视，各种创新创业竞赛也层出不穷。在诸多创新创业大赛中，以单片机

“大众创新，万众创业”，掀起了全国上下创新创业的浪潮，作为创新人才培养的主要阵地，各大高校对此极为重视，各种创新创业竞赛也层出不穷。在诸多创新创业大赛中，以单片机为首的嵌入式系统课程的知识和技能是完成比赛的基本条件。根据我校轮机工程及其自动化专业的本科人才培养方案可知，该专业的人才培养目标是培养与现代造船业相适应的高级工程技术人才，与此相适应的核心课程就是以单片机为首的嵌入式系统课程。在高等院校创新型、研究型人才培养目标的前提下，学生对单片机技术的学习，不仅要会应用，还要熟练掌握单片机的内部构造和设计原理，进而达到理论与实践相辅相成的学习目标。

1 存在问题

首先，由于单片机硬件结构主要由电路图组成，而编程语言主要有英文字母组成，因此，在传统的教学模式中，教师们多采用板书和多媒体结合的教学手段开展教学，造成讲授的知识极为抽象，内容极为枯燥。与此同时，传统教学模式也造成了接口电路、程序及运行结果三者的割裂，这样就无法检验接口电路是否可行、所编程序是否有效以及程序在电路中的运行结果是否正确。实践证明，这样不直观、抽象晦涩的教学方式，直接导致了教学效果大打折扣。

其次，单片机的传统教学中也有课内实验，但是通常采用在实验室里用“电脑＋集成好的实验板”的教学方式。由于实验电路已固定，大多数实验为验证性实验，只需简单的连线即可完成，导致学生无法了解接口电路工作原理，学习兴趣也不大。

同时，现有的教学模式还将单片机单独独立出来，无法与专业课程体系相融合，使得学生无法直观地了解所学知识在行业中的应用。

以上单片机传统教学的三种现状，造成了目前学生学习单片机课程“知其然而不知其所以然”的局面，严重影响了专业人才培养目标的实现，也非常不利于学生创新精神和能力的培养。因此，应用新的教学工具、教学软件和教学方法，进行单片机课程的教学改革，提高单片机课程的教学质量，势在必行。

鉴于此，我们提出了“基于虚实结合的双平台单片机教学改革探索研究”的项目研究，拟通过此研究，将解决现有的单片机教学模式中理论教学和实践教学相脱节的问题，在有限的课时内，消除传统教学弊端，提高学生学习兴趣，既让学生了解更多的知识，又能使理论教学和实践教学相得益彰，还能使教学内容与专业课程体系以及行业相融合，从而达到学生科研素质和工程实践能力提升，学生自主创新意识提高的教学目标。

2 “虚实结合”的双平台教改方案

本项目拟在单片机课程改革中采用“虚实结合”的双平台教学模式，先虚拟平台后开发板平台，双平台同时出现，兼顾双方优点，弥补各自不足，大大提高了学生理论与实践相结合的双重能力，激发学生自主创新的兴趣。

2.1 “虚拟”环节学原理

Proteus仿真软件[4]不仅能仿真单片机的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。Proteus仿真软件所提供的元件库中，大部分可以直接用于接口电路的搭建，同时该软件所提供的仪表，不管在质量还是数量上，都是可靠和经济的。对同一类功能的接口电路，可以采用不同的硬件来搭建完成，而不需要花费任何硬件成本，大大激励了学生的创新创造力，这也是工科学生工程素质养成的重要内容。

因此，采用Proteus仿真软件作为单片机课程教学平台，通过“理论教学+Keil编译软件+Proteus仿真软件”虚拟的教学环节，学生可以对单片机的内部构造结构和编程语言的设计原理有细致的学习，对单片机的硬件部分包括存储器结构、并行I/O 接口、定时器/计数器、中断系统、串行接口等的工作原理有更深入的理解，不仅克服了用单一开发板中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，也可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣，从而达到训练学生对单片机硬件系统的构建能力和对单片机系统设计能力的目的。

2.2 “实验”环节重创新

Proteus仿真总归是软件，其运行过程总是保持在最理想的状态，和实际电路还是存在一些区别的。比如仿真时默认单片机的复位电路和时钟电路是已经存在的；默认所有引脚接高电平；有些较新的芯片在库里找不到；有些芯片即使能够在库里找到，但仿真时序和实际有别。因此，在教学改革中，除了Proteus仿真软件的应用，实验板的实践环节也不可或缺。

文章来源：《船舶标准化与质量》 网址: http://www.cbbzhyzl.cn/qikandaodu/2021/0126/620.html

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