基于單片機(jī)的“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)研究

楊立　張樂　李霞

摘? ?要：文章對(duì)C語言在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查、研究，以專業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，在“C語言程序設(shè)計(jì)”課程中引入單片機(jī)開發(fā)案例，主要從教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、案例設(shè)計(jì)、開發(fā)環(huán)境選取、考核方法改進(jìn)4個(gè)方面對(duì)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)進(jìn)行改革。通過改革，能更好地發(fā)揮學(xué)生主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：C語言;單片機(jī);專業(yè)應(yīng)用;教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展、廣泛應(yīng)用，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)體系也隨著時(shí)代的發(fā)展發(fā)生了重大演變，由“三個(gè)層次”到“1+X”的課程體系，再到“寬專融”的課程體系。新課程體系不僅要考慮計(jì)算機(jī)教學(xué)的基礎(chǔ)性，更要兼顧不同專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，尤其要根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)來解決專業(yè)問題的能力[1]。

C語言是單片機(jī)、DSP和ARM等嵌入式系統(tǒng)的編程基礎(chǔ)，在電子科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，因此在“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中引入單片機(jī)開發(fā)案例，能有效加深電子科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化等專業(yè)的學(xué)生對(duì)C語言程序算法、基礎(chǔ)知識(shí)的理解，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至日后從事的工作都有著重要的作用[2]。

1? ? 教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，為了提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，運(yùn)城學(xué)院對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了積極的研究和探索，“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)中還存在以下主要問題。

1.1? 教學(xué)進(jìn)度編排脫節(jié)

運(yùn)城學(xué)院專業(yè)課程與通識(shí)教育課程是分開編排的。“C語言程序設(shè)計(jì)”課程作為理工類非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的通識(shí)教育課程，在大二第一學(xué)期開設(shè)，而“單片機(jī)”作為專業(yè)課程，要在“C語言程序設(shè)計(jì)”課程之后的第二個(gè)學(xué)期才開設(shè)，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)習(xí)的“C語言程序設(shè)計(jì)”對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)基本起不到幫助。

1.2? 學(xué)生對(duì)C語言在專業(yè)中的作用缺乏認(rèn)識(shí)

經(jīng)調(diào)查，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的目的是應(yīng)付期末考試或通過計(jì)算機(jī)等級(jí)考試。雖然教師在教學(xué)中一再強(qiáng)調(diào)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程在專業(yè)課學(xué)習(xí)中的重要性，但由于教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)案例沒有和專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)非常被動(dòng)，無法調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，導(dǎo)致教學(xué)效果低下，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)起不到多大的幫助作用。

1.3? 教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容脫離專業(yè)

目前，運(yùn)城學(xué)院所有專業(yè)的“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)大綱都是統(tǒng)一的，對(duì)C語言在專業(yè)中的應(yīng)用缺乏定位，沒有考慮專業(yè)的不同而制定不同的教學(xué)目標(biāo)。

市面上“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教材大多是以培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)思維、編寫簡短程序解決簡單問題為目的，與專業(yè)應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)，不能很好地適應(yīng)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生對(duì)于程序設(shè)計(jì)的知識(shí)需求。

2? ? 教學(xué)改革主要內(nèi)容

本文主要從調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)單片機(jī)開發(fā)案例、選取開發(fā)環(huán)境、改進(jìn)考核方法4個(gè)方面進(jìn)行改革，在“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)中融入單片機(jī)應(yīng)用案例，服務(wù)于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域方面的實(shí)踐能力[3-4]。

2.1? 結(jié)合專業(yè)需求，重整教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)大綱，結(jié)合專業(yè)需求，對(duì)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)內(nèi)容有針對(duì)性地進(jìn)行重新整合，將該門課程融合到電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)的單片機(jī)編程教學(xué)模塊體系中。

一方面，要帶著問題去學(xué)，學(xué)用結(jié)合，根據(jù)案例應(yīng)用對(duì)課程內(nèi)容的講解順序進(jìn)行調(diào)整，用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法來設(shè)置知識(shí)點(diǎn)的講解順序。例如，將無參自定義函數(shù)的講解提前到順序結(jié)構(gòu)部分講解，應(yīng)用printf函數(shù)和無參自定義函數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主菜單界面顯示程序;將字符數(shù)組的基本知識(shí)、字符串輸入輸出等函數(shù)提前到選擇結(jié)構(gòu)部分講解，結(jié)合選擇結(jié)構(gòu)的if語句來設(shè)計(jì)用戶身份驗(yàn)證程序。

另一方面，對(duì)原有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減或增加，調(diào)整相關(guān)內(nèi)容的學(xué)時(shí)。例如，在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)中，刪減單片機(jī)編程中很少涉及的知識(shí)點(diǎn)，如“文件”等，增加單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)單片機(jī)的基本功能、常用引腳、結(jié)構(gòu)，Keil開發(fā)環(huán)境及外部軟件資源，包括寄存器庫函數(shù)reg51.h，C51的庫函數(shù)等知識(shí)點(diǎn)。

重組后的課程內(nèi)容主要包括程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)流程控制、函數(shù)及其應(yīng)用、數(shù)組與字符串處理、指針及其應(yīng)用、擴(kuò)展數(shù)據(jù)類型和專業(yè)應(yīng)用7個(gè)模塊。其中，前面5個(gè)模塊是C語言的編程基礎(chǔ)，后面2個(gè)模塊需要根據(jù)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的知識(shí)在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)中應(yīng)用的特點(diǎn)，結(jié)合專業(yè)的需求，在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了調(diào)整。

2.2? 設(shè)計(jì)應(yīng)用案例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

依據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)需求，設(shè)計(jì)和開發(fā)與專業(yè)需求相結(jié)合的應(yīng)用案例，將該課程的學(xué)習(xí)和學(xué)生的專業(yè)知識(shí)聯(lián)系起來，加強(qiáng)專業(yè)應(yīng)用性，更好地服務(wù)于專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，切實(shí)提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決專業(yè)問題的能力。

引用單片機(jī)開發(fā)案例的目的是讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)C語言的目的，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。因此設(shè)計(jì)單片機(jī)案例時(shí)，選取一些對(duì)單片機(jī)工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求比較簡單的案例。例如，結(jié)合“動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示”程序，講解循環(huán)語句和switch語句的應(yīng)用;結(jié)合“蜂鳴器的設(shè)計(jì)”程序，講解函數(shù)的定義和調(diào)用;結(jié)合“獨(dú)立按鍵”程序，講解循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的使用;結(jié)合“LED流水燈”程序，講解位運(yùn)算的使用等。教師通過講解與專業(yè)貼近的應(yīng)用案例，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“C語言程序設(shè)計(jì)”的興趣，而且可以更加明確“C語言程序設(shè)計(jì)”的功能和特點(diǎn)，更好地為專業(yè)應(yīng)用服務(wù)。

2.3? 結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，選用開發(fā)環(huán)境

目前，運(yùn)城學(xué)院“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)中采用Visual C++開發(fā)環(huán)境，但是不同領(lǐng)域的專業(yè)都有其各自的特點(diǎn)，程序進(jìn)行編譯時(shí)，針對(duì)的對(duì)象互不相同，編譯架構(gòu)也有所不同。針對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)的“C語言程序設(shè)計(jì)”課程，在單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目時(shí)，采用兼容單片機(jī)的C語言開發(fā)環(huán)境—KeilC51，針對(duì)STC系列單片機(jī)采用STC-ISP燒錄軟件下載編程[5]。

2.4? 完善考核方案，增加應(yīng)用能力考核

為了全面地對(duì)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程進(jìn)行考核，考核方案中增加單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目，其中，單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目占平時(shí)考核的25%。該項(xiàng)目部分在進(jìn)行考核時(shí)，學(xué)生可以自己根據(jù)對(duì)C語言程序的掌握情況，從兩類考核方案中做出選擇，修改已有項(xiàng)目的功能、設(shè)計(jì)開發(fā)新的項(xiàng)目，最后按照所選項(xiàng)目的難易程度和學(xué)生最終的完成情況，給出該部分的成績，真正將“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的考核和學(xué)生專業(yè)應(yīng)用結(jié)合起來，考核學(xué)生在專業(yè)方面的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力[5]。

3? ? 結(jié)語

本方法在運(yùn)城學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)1502和1602班、自動(dòng)化專業(yè)1506班的“C語言程序設(shè)計(jì)”課程中進(jìn)行了實(shí)踐。實(shí)踐結(jié)果證明：在該課程中采用與專業(yè)結(jié)合的教學(xué)案例和實(shí)踐項(xiàng)目，從專業(yè)應(yīng)用角度出發(fā)設(shè)計(jì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)案例，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了課堂教學(xué)效果和學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，基本上達(dá)到了本課程的應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)。本文的經(jīng)驗(yàn)可以推廣到其他理工類專業(yè)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)中。

[參考文獻(xiàn)]

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[4]李杰，楊文耀，曾令剛，等.電類專業(yè)《C語言程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革探索[J].電子世界，2018（21）：57，59.

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Abstract：This paper investigates and studies the application of C language in electronic science and technology specialty and automation specialty. Aiming at the cultivation of professional ability， the single-chip microcomputer development case is introduced into the course of “C Language Programming”. The teaching of “C Language Programming” course is reformed from four aspects： the adjustment of teaching content， the design of case， the selection of development environment and the improvement of assessment method. The reform can give full play to the main role of students， mobilize students interest in learning， and lay a good foundation for the study of professional courses.

Key words：C language; single-chip microcomputer; professional application; teaching reform