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摘要 鉴于单片机课程在测控领域的重要性以及学生普遍反映难学的特点，通过将启发式教学方法与软件仿真技术相结合，开展本课程的新型教学方法探索与研究。实践证明，在单片机教学中实施启发式教学方法与仿真技术的融合，可以提高该课程的学习效果，同时增强了学生的学习能力和实践能力。
关键词 Proteus 单片机 启发式 软件仿真
中图分类号：G642.423文献标识码：A
Exploring of Heuristic Teaching Method in the Microcontroller
Course based on Software Simulation
ZHANG Zhiyong, LI Yuelin, LIU Zhiqiang, HU Hongwei
(College of Automobile and Mechanical Engineering,
Changsha University of Science and Technology, Changsha, Hunan 410114)
AbstractBecause of the importance of microcontroller course in field of measurement and control, and students generally reflect this course is difficult to study, a new teaching method for microcontroller course is explored and studied, in which the heuristic teaching method is integrated with the technology of software simulation. After this new teaching method is implemented in microcontroller course, the results of practice demonstrated that the learning effect is improved, and the ability of study and practice of the students are enhanced in the same time.
Key wordsproteus; microcontroller; heuristic teaching; software simulation
0 引言
对于单片机教学方法的探索和研究，一直是教研教改的重点内容，也提出了许多切实可行的教学方法，例如通过任务驱动法加强教学内容与工程的结合，以及引入Proteus软件仿真增强教学的实践性等，但这些研究成果一般从教师角度探讨教学手段的应用，较少涉及教师与学生的互动。本文针对单片机课程的重要性和教学特点，将启发式教学方法与Proteus软件仿真技术相结合，充分发挥启发式教学方法激发学生思考、活跃课堂气氛的优点，同时利用电路仿真技术将教学内容和教学方法实施手段具体化，并在中断系统和外设扩展这三个教学难点中，进行了启发式教学方法探索与研究。教学实践证明，基于软件仿真技术的启发式教学方法，可以在课程中引导学生积极思考，促进教师与学生的互动，改善单片机教学中存在教学内容过于抽象的问题，更重要的是能加强学生的实践能力、学习能力和创新能力。
1 启发式教学方法
在启发式教学实践中，常用的方法包括：（1）图示启发。利用图示将复杂的内容以条理清晰、形象的方式表示出来，让学生迅速地掌握相关知识间的联系，拓展其思维；（2）讨论启发。在老师的引导下，学生围绕某个议题进行讨论，通过学生之间的辩论而相互启发，不仅能使学生积极思考，还能培养学生的知识归纳和语言组织能力；（3）类比启发。引导学生在已有知识的基础上，将同属性的知识进行归类，对那些容易混淆的同类知识进行比较，使学生准确掌握知识的真谛；（4）发散启发。以某个问题为中心，多角度发问，让学生层层思考，重新组织知识，不仅让学生能多方掌握知识，培养学生的变通能力，同时也能激发学生的积极性和创造精神；（5）设疑启发。在教师的引导下让学生对学习内容产生疑问，通过学生的积极、独立地思考，寻求问题的答案，不仅有利于加深对知识的理解，还能培养学生的学习能力。在课堂教学过程中，多种启发教学方法往往不是孤立地使用，而是将多种方法配合使用，通过多种渠道激发学生思维，提高学习积极性，达到知识和能力的双重提高。
2 启发式教学方法在单片机课程中的应用
2.1 中断系统的启发式教学方法
单片机中断系统是单片机处理外部异常事件的方法之一，相对于查询方式，具有较高的代码执行效率和响应实时性。中断系统是单片机应用的一个重点和难点，在教学过程中反映出来的难点主要包括：（1）中断概念的理解；（2）多个中断源的区别；（3）中断控制；（4）中断响应过程的理解等。
有了对中断的初步认识后，再通过对比启发方法让学生掌握不同中断源的用途、控制和响应条件等知识。最后以观察启发和疑问启发方法，加深对中断难点知识的理解，培养学生的思维能力和动手能力。以文献[5]的图5.5为例，该仿真实例的外部中断0和1的触发方式分别设置为低电平触发和边沿触发，中断服务程序分别控制发光二极管D1和D2的发光。在演示过程中，提醒学生注意下列现象：（1）开关SW1和SW2分别按下时， D1和D2的发光有何区别；（2）先按下SW1再按下SW2，与先按下SW2再按下SW1有何区别。这个实例的程序代码能让学生直观了解中断控制的程序实现方法，而对两个现象提出的疑问能很好地让学生理解电平触发与边沿触发的区别，以及中断优先级是如何影响中断响应的。
2.2 单片机扩展的启发式教学方法
A/D转换是单片机接口与外设扩展的重点和难点，学生难以掌握的内容包括地址信号和控制信号的产生方法，以及外设的读、写控制等。如果利用Proteus与Keil联合进行电路与程序的仿真，不仅有利于理论知识的理解，让学生对整个系统有感性的认识，而且通过实际的系统组建、编程、调试，还可加深对知识点的理解和提高实践能力。以文献[5]的例9.5所建立的单片机A/D电压采样系统为例，A/D转换芯片的时钟信号直接采用信号发生器产生，地址信号通过74LS373锁存而实现地址总线和数据总线的分时复用。另外，采样数据通过4位7段共阴极数码管显示，其中字形码由C52的P1口输出，位选信号由P2口的前4位经过非门得到。该电路完全能很好地实现应有的功能，但是如果仅仅是将其作为例题讲述，学生掌握的可能仅仅是表面上的知识，不能举一反三。因此在学生理解本例题的基础上，通过设定疑问来启发学生进行思考，加深对该知识点的掌握。
针对本例可以设定如下的疑问，让学生利用课后时间去探索问题的解决方法。
（1）如果该系统只需要实现一个电压的采样，如何简化电路？此疑问的目的是让学生理解地址信号的意义，同时探索地址信号和控制信号的产生方法；
（2）如何利用软件查询的方式来实现对采样数据的读取？通过此疑问的解答，能使学生最终掌握中断和软件查询的特点和实现方法，加深对中断的理解；
（3）目前系统是否是最佳方案，如何进行改进？可引导学生从ADC0808控制信号的产生、数码管类型的选择、地址信号的产生等方面进行思考。该疑问将激发学生深入研究A/D转换的控制信号与地址信号的产生方法，以及数码管的显示控制等知识。
3 结论
在课程中结合软件仿真技术，一方面让学生形成知识点的感性认识，另一方面实现学生对电路理解和程序编写两方面的同步掌握，更重要的是提供了一种实施启发式教学方法的具体途径。在单片机课堂教学中运用基于软件仿真技术的启发式教学方法，实践证明，课堂气氛明显得到改善，学生的学习兴趣和知识掌握能力得到了提高。
论文资助项目：国家级特色专业-高等学校特色专业建设点：交通运输（TS12321）；湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2010]243号）：“汽车服务工程专业人才培养模式创新改革的研究与实践”；长沙理工大学校级教改课题资助（CN1003）
参考文献
[1]龙志强,施晓红,谢云德.“任务驱动法”在单片机系统设计教学中的实践[J].实验室研究与探索,2008.27(3):101-102.
[2]伍冯洁,谢斌.基于Proteus与Keil的单片机实验教学改革[J].实验室研究与探索,2009.28(7):125-127.
[3]袁锋伟,赵立宏,朱慧玲,等.基于Proteus的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索,2007.26(12):75-78.
[4]陶沼灵.启发式教学方法研究综述[J].中国成人教育,2007.4:139-140.
[5]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
关键词 Proteus 单片机 启发式 软件仿真
中图分类号：G642.423文献标识码：A
Exploring of Heuristic Teaching Method in the Microcontroller
Course based on Software Simulation
ZHANG Zhiyong, LI Yuelin, LIU Zhiqiang, HU Hongwei
(College of Automobile and Mechanical Engineering,
Changsha University of Science and Technology, Changsha, Hunan 410114)
AbstractBecause of the importance of microcontroller course in field of measurement and control, and students generally reflect this course is difficult to study, a new teaching method for microcontroller course is explored and studied, in which the heuristic teaching method is integrated with the technology of software simulation. After this new teaching method is implemented in microcontroller course, the results of practice demonstrated that the learning effect is improved, and the ability of study and practice of the students are enhanced in the same time.
Key wordsproteus; microcontroller; heuristic teaching; software simulation
0 引言
对于单片机教学方法的探索和研究，一直是教研教改的重点内容，也提出了许多切实可行的教学方法，例如通过任务驱动法加强教学内容与工程的结合，以及引入Proteus软件仿真增强教学的实践性等，但这些研究成果一般从教师角度探讨教学手段的应用，较少涉及教师与学生的互动。本文针对单片机课程的重要性和教学特点，将启发式教学方法与Proteus软件仿真技术相结合，充分发挥启发式教学方法激发学生思考、活跃课堂气氛的优点，同时利用电路仿真技术将教学内容和教学方法实施手段具体化，并在中断系统和外设扩展这三个教学难点中，进行了启发式教学方法探索与研究。教学实践证明，基于软件仿真技术的启发式教学方法，可以在课程中引导学生积极思考，促进教师与学生的互动，改善单片机教学中存在教学内容过于抽象的问题，更重要的是能加强学生的实践能力、学习能力和创新能力。
1 启发式教学方法
在启发式教学实践中，常用的方法包括：（1）图示启发。利用图示将复杂的内容以条理清晰、形象的方式表示出来，让学生迅速地掌握相关知识间的联系，拓展其思维；（2）讨论启发。在老师的引导下，学生围绕某个议题进行讨论，通过学生之间的辩论而相互启发，不仅能使学生积极思考，还能培养学生的知识归纳和语言组织能力；（3）类比启发。引导学生在已有知识的基础上，将同属性的知识进行归类，对那些容易混淆的同类知识进行比较，使学生准确掌握知识的真谛；（4）发散启发。以某个问题为中心，多角度发问，让学生层层思考，重新组织知识，不仅让学生能多方掌握知识，培养学生的变通能力，同时也能激发学生的积极性和创造精神；（5）设疑启发。在教师的引导下让学生对学习内容产生疑问，通过学生的积极、独立地思考，寻求问题的答案，不仅有利于加深对知识的理解，还能培养学生的学习能力。在课堂教学过程中，多种启发教学方法往往不是孤立地使用，而是将多种方法配合使用，通过多种渠道激发学生思维，提高学习积极性，达到知识和能力的双重提高。
2 启发式教学方法在单片机课程中的应用
2.1 中断系统的启发式教学方法
单片机中断系统是单片机处理外部异常事件的方法之一，相对于查询方式，具有较高的代码执行效率和响应实时性。中断系统是单片机应用的一个重点和难点，在教学过程中反映出来的难点主要包括：（1）中断概念的理解；（2）多个中断源的区别；（3）中断控制；（4）中断响应过程的理解等。
有了对中断的初步认识后，再通过对比启发方法让学生掌握不同中断源的用途、控制和响应条件等知识。最后以观察启发和疑问启发方法，加深对中断难点知识的理解，培养学生的思维能力和动手能力。以文献[5]的图5.5为例，该仿真实例的外部中断0和1的触发方式分别设置为低电平触发和边沿触发，中断服务程序分别控制发光二极管D1和D2的发光。在演示过程中，提醒学生注意下列现象：（1）开关SW1和SW2分别按下时， D1和D2的发光有何区别；（2）先按下SW1再按下SW2，与先按下SW2再按下SW1有何区别。这个实例的程序代码能让学生直观了解中断控制的程序实现方法，而对两个现象提出的疑问能很好地让学生理解电平触发与边沿触发的区别，以及中断优先级是如何影响中断响应的。
2.2 单片机扩展的启发式教学方法
A/D转换是单片机接口与外设扩展的重点和难点，学生难以掌握的内容包括地址信号和控制信号的产生方法，以及外设的读、写控制等。如果利用Proteus与Keil联合进行电路与程序的仿真，不仅有利于理论知识的理解，让学生对整个系统有感性的认识，而且通过实际的系统组建、编程、调试，还可加深对知识点的理解和提高实践能力。以文献[5]的例9.5所建立的单片机A/D电压采样系统为例，A/D转换芯片的时钟信号直接采用信号发生器产生，地址信号通过74LS373锁存而实现地址总线和数据总线的分时复用。另外，采样数据通过4位7段共阴极数码管显示，其中字形码由C52的P1口输出，位选信号由P2口的前4位经过非门得到。该电路完全能很好地实现应有的功能，但是如果仅仅是将其作为例题讲述，学生掌握的可能仅仅是表面上的知识，不能举一反三。因此在学生理解本例题的基础上，通过设定疑问来启发学生进行思考，加深对该知识点的掌握。
针对本例可以设定如下的疑问，让学生利用课后时间去探索问题的解决方法。
（1）如果该系统只需要实现一个电压的采样，如何简化电路？此疑问的目的是让学生理解地址信号的意义，同时探索地址信号和控制信号的产生方法；
（2）如何利用软件查询的方式来实现对采样数据的读取？通过此疑问的解答，能使学生最终掌握中断和软件查询的特点和实现方法，加深对中断的理解；
（3）目前系统是否是最佳方案，如何进行改进？可引导学生从ADC0808控制信号的产生、数码管类型的选择、地址信号的产生等方面进行思考。该疑问将激发学生深入研究A/D转换的控制信号与地址信号的产生方法，以及数码管的显示控制等知识。
3 结论
在课程中结合软件仿真技术，一方面让学生形成知识点的感性认识，另一方面实现学生对电路理解和程序编写两方面的同步掌握，更重要的是提供了一种实施启发式教学方法的具体途径。在单片机课堂教学中运用基于软件仿真技术的启发式教学方法，实践证明，课堂气氛明显得到改善，学生的学习兴趣和知识掌握能力得到了提高。
论文资助项目：国家级特色专业-高等学校特色专业建设点：交通运输（TS12321）；湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2010]243号）：“汽车服务工程专业人才培养模式创新改革的研究与实践”；长沙理工大学校级教改课题资助（CN1003）
参考文献
[1]龙志强,施晓红,谢云德.“任务驱动法”在单片机系统设计教学中的实践[J].实验室研究与探索,2008.27(3):101-102.
[2]伍冯洁,谢斌.基于Proteus与Keil的单片机实验教学改革[J].实验室研究与探索,2009.28(7):125-127.
[3]袁锋伟,赵立宏,朱慧玲,等.基于Proteus的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索,2007.26(12):75-78.
[4]陶沼灵.启发式教学方法研究综述[J].中国成人教育,2007.4:139-140.
[5]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.