基于電子專業(yè)的C語言程序設(shè)計教學(xué)實踐研究

張英

（廈門技師學(xué)院，福建廈門 361101）

C語言是目前應(yīng)用最廣泛的計算機高級語言之一，是現(xiàn)代學(xué)生步入智能化、信息化社會的一塊敲門磚。目前，全國大多數(shù)技工院校的理工科相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了C語言程序設(shè)計這門課程。數(shù)據(jù)表明，通過C語言課程系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)，學(xué)生不但可以了解程序設(shè)計的思維和方法，掌握高級語言程序設(shè)計的概念和知識，還可以運用C語言提高解決復(fù)雜問題的能力。多年來，許多從事C語言教學(xué)的教師、專家在教材編寫、教學(xué)實踐和教學(xué)改革等方面進(jìn)行了大量的研究探索，取得了諸多的研究成果，對我們的教學(xué)有很強的實際指導(dǎo)意義，但卻缺乏針對不同專業(yè)采取不同教學(xué)模式的理論與實踐教育探索，特別是基于電子專業(yè)的C語言程序設(shè)計教學(xué)實踐研究相關(guān)內(nèi)容更是少之又少。近年來，筆者在廈門技師學(xué)院電子專業(yè)進(jìn)行了基于學(xué)生專業(yè)學(xué)科內(nèi)容的C語言教學(xué)嘗試，取得了一定的教學(xué)效果。準(zhǔn)確來說，就是以項目任務(wù)為基礎(chǔ)，加入電子工程應(yīng)用項目實例，讓C語言編程和電子學(xué)科的工程建設(shè)相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生運用所學(xué)知識和技能解決實際問題的能力。探索基于相關(guān)專業(yè)背景的教學(xué)模式具有一定的合理性和必要性，這一模式也將是C語言教學(xué)發(fā)展的未來趨勢。

一、電子專業(yè)傳統(tǒng)C語言教學(xué)方法分析

C語言是當(dāng)前主流的計算機語言，不僅是計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是工科類專業(yè)的基礎(chǔ)課程。電子類專業(yè)的單片機和嵌入式系統(tǒng)等課程，也是用C語言進(jìn)行編程的，因此C語言的應(yīng)用范圍非常廣泛。作為一門實踐性和理論性均較強的課程，目前在電子專業(yè)中，主要還是采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)方式，任課教師一般是計算機專業(yè)背景，主要側(cè)重于概念、語法和算法的等理論知識點。目前的C語言教材大多數(shù)側(cè)重于數(shù)學(xué)算法、計算機編程方面的內(nèi)容，和電子專業(yè)的相關(guān)知識關(guān)聯(lián)較少。技工院校學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍較差，有一些學(xué)生的理解能力和邏輯思維能力也不出色，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)C語言的過程中很難理解書本中抽象的概念和編程思路，容易使學(xué)生產(chǎn)生挫敗感，大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)C語言的興趣和驅(qū)動力，教學(xué)效果難以保證。沒有將C語言和電子專業(yè)的知識有效地結(jié)合，更多地側(cè)重于概念、語法、算法、計算機編程思路的C語言教學(xué)方法對于電子專業(yè)的學(xué)生來說，導(dǎo)致學(xué)生使用C語言解決實際的工程問題時不能將復(fù)雜問題分解成一個個簡單的小問題，從而不能快速地提出有效的解決方案。傳統(tǒng)的C語言教學(xué)大多數(shù)都是采用TurboC作為軟件平臺，這個界面對于學(xué)生的英文水平要有一定的要求，操作界面也是比較單調(diào)乏味的，這對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)C語言的興趣也是一個不利的因素。

二、電子專業(yè)傳統(tǒng)的C語言教學(xué)模式存在的問題

在電子專業(yè)中，傳統(tǒng)的C語言教學(xué)模式主要存在以下幾個問題：1.C語言教學(xué)的教材和電子專業(yè)融合點少，書本中的例題和項目大多數(shù)還是停留在C語言語法、算法等教學(xué)層面上，對于解決實際的工程問題涉及非常少。中、高職院校的學(xué)生本身的學(xué)習(xí)能力偏弱，大多數(shù)學(xué)生不會主動地去延伸、拓展地學(xué)習(xí)，目前市面上很難找到和專業(yè)相融合的C語言教材。2.學(xué)生自身的計算機基礎(chǔ)參差不齊，部分學(xué)生在初、高中階段接受的計算機基礎(chǔ)教學(xué)和操作訓(xùn)練不足，導(dǎo)致學(xué)生突兀地進(jìn)入程序編程階段，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以讓學(xué)生從零基礎(chǔ)順利地過渡到自主編程狀態(tài)，容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生挫敗感[1]，有些挫敗感強的學(xué)生甚至失去學(xué)習(xí)C語言的興趣。3.C語言是一門需要較好的編程思維、較高的調(diào)試能力和較強的操作性的工程課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式過分強調(diào)語法和算法的學(xué)習(xí)，而忽略了電子專業(yè)中各功能模塊的結(jié)合，學(xué)習(xí)的過程是比較呆板和機械的，這樣就難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生的獨立編程和解決問題的能力也就得不到提高。4.在電子專業(yè)中，C語言和其他后續(xù)的進(jìn)階課程關(guān)聯(lián)性極強，如《單片機技術(shù)與應(yīng)用》《嵌入式系統(tǒng)》《Verilog硬件描述性語言》等課程的學(xué)習(xí)對C語言的知識有較高的要求，如果C語言掌握的情況不好，將會嚴(yán)重影響這些進(jìn)階課程的掌握情況，對于專業(yè)課的學(xué)習(xí)是非常不利的。5.學(xué)生自身對C語言課程的重視程度不夠，他們認(rèn)為自己學(xué)的是電子專業(yè)而不是計算機專業(yè)，將來就業(yè)可能不會從事和C語言有關(guān)的工作，對課程的認(rèn)識僅僅局限于C語言編程是計算機專業(yè)才應(yīng)該熟練掌握的技能，所以在C語言的學(xué)習(xí)過程中不愿意付出多一點的時間和精力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)狀況不佳，嚴(yán)重的甚至影響到其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)。

三、基于電子專業(yè)的C語言教學(xué)實踐具體做法

本人多年來承擔(dān)電子專業(yè)的C語言教學(xué)工作，針對本專業(yè)的C語言教學(xué)模式做了一些改變、嘗試和探索，并取得了較好的教學(xué)效果，現(xiàn)分享如下：

（一）選擇合適、貼切、與時俱進(jìn)的教材

教材是課程建設(shè)和人才培養(yǎng)的重要組成部分[2]，為了適應(yīng)電子行業(yè)的快速發(fā)展，必須選擇和本專業(yè)契合度高的教材。隨著我國各種新興技術(shù)日新月異的涌現(xiàn)，C語言作為計算機語言中的“靈魂”語言在我國理工科專業(yè)中的廣泛普及，越來越多的C語言課程的優(yōu)秀教材層出不窮地涌現(xiàn)，這些教材中有的注重教學(xué)內(nèi)容的連貫性與系統(tǒng)性，有的注重教學(xué)內(nèi)容的多樣性和豐富性，有的注重教學(xué)內(nèi)容的通俗性與實用性等。盡管C語言教材種類繁多，目前市面上能找到既能針對某具體專業(yè)，又能達(dá)到傳播基礎(chǔ)知識效果的C語言教材仍然非常稀少，這使得C語言教學(xué)滯后于各個專業(yè)學(xué)科的快速發(fā)展，不利于基于本專業(yè)的C語言教學(xué)活動的開展。經(jīng)專業(yè)課教師團隊的多次探討，我們選用了電子工業(yè)出版社出版的《C語言程序設(shè)計項目教程（基于KeilC）》。KeilC軟件是目前單片機工程應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的集成開發(fā)軟件，對于開發(fā)、調(diào)試、仿真等都有強大的技術(shù)支持。在KeilC軟件中使用仿真板仿真電子專業(yè)的相關(guān)實驗?zāi)芾麮語言和電子專業(yè)實際工程問題的距離，可以突出C語言在工程應(yīng)用中的重要性和實效性。

（二）以C語言在電子專業(yè)中的具體應(yīng)用為主線，采用項目任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)

在C語言的教學(xué)中，設(shè)計多個任務(wù)和工程有序地進(jìn)行教學(xué)，每個任務(wù)都是按照“項目任務(wù) —— 相關(guān)知識 —— 任務(wù)實現(xiàn) —— 工程應(yīng)用 —— 歸納總結(jié)”這樣的模式循序漸進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)，先將大任務(wù)分解成小任務(wù)，每個小任務(wù)中穿插著相關(guān)知識點的講解，將每個小任務(wù)用C語言來實現(xiàn)，合并統(tǒng)籌成最終的大任務(wù)，并檢驗是否實現(xiàn)所有的功能。每個工程都包括“任務(wù)描述 —— 流程圖設(shè)計 —— 編程實現(xiàn) —— 調(diào)試與仿真”這幾個環(huán)節(jié)，“任務(wù)描述”是為了讓學(xué)生明確本次任務(wù)所包含的功能有哪些；“流程圖設(shè)計”是為了幫助學(xué)生還原將功能轉(zhuǎn)化成代碼的思維過程；“編程實現(xiàn)”是將思維過程用C語言編寫出來，通過軟件來實現(xiàn)功能；“調(diào)試與仿真”是檢驗代碼是否符合C語言語法要求、是否滿足任務(wù)要求的過程，經(jīng)過多次的調(diào)試與仿真，最終實現(xiàn)任務(wù)要求的一個動態(tài)修改的過程。這樣的項目任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)模式是符合程序設(shè)計類課程的教學(xué)規(guī)律，因為在教學(xué)過程中不是一味地照本宣科去講授知識，而是通過代碼調(diào)試和電子專業(yè)知識相結(jié)合的方式，將C語言的概念、語法、算法、編程思路、編程技巧以及調(diào)試方法穿插在各個任務(wù)和工程實踐中，達(dá)到了“教、學(xué)、做”融為一體的教學(xué)目的，使得學(xué)生能通過生動有趣的方式直觀地接收新知識，引起了學(xué)生的極大興趣，并最終達(dá)到了提高教學(xué)效果的目的。

（三）改進(jìn)課時安排，使其更加符合實際的教學(xué)情況

傳統(tǒng)的C語言教學(xué)采用理論知識和上機操作分開的課時安排，學(xué)生經(jīng)過理論課后如果未及時復(fù)習(xí)和鞏固，在上機操作時容易將知識點遺忘，而且對于理論課上教師提出的重點和難點問題往往得不到好的解決，學(xué)生對于抽象的概念和算法也無法很好地理解和掌握。本次C語言教學(xué)實踐中，理論課和上機操作課每次一共安排4-6個課時，第一節(jié)課教師圍繞知識點、任務(wù)編程思路和重難點進(jìn)行講解，如果知識點較多，一節(jié)課的時間無法全部講完，那再占用第二節(jié)課少部分的時間講解知識點，總之，知識點的講授一般不超過兩個課時，需要留出足夠的課堂時間給學(xué)生消化、鞏固知識點、獨立編程、調(diào)試程序。學(xué)生在獨立上機操作的同時，教師在課堂上及時地查看學(xué)生完成任務(wù)的情況，并針對學(xué)生的一些問題作出點評和反饋。整個過程做到了“教、學(xué)、做”融為一體，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)得到了較好的體現(xiàn)。

（四）打破傳統(tǒng)的C語言知識體系結(jié)構(gòu)，建立工程控制觀念

不在算法和語法上對學(xué)生提過高的要求，而是注重編程思路的建立和調(diào)試能力的提高，同時注重用C語言編程來解決實際的工程問題。把C語言中的知識點，如變量、關(guān)系運算、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、指針等以不同的形式穿插在多個不同的任務(wù)中反復(fù)訓(xùn)練，使學(xué)生建立起較好的編程思維，同時也提高編程技巧和調(diào)試能力。相同或不同的知識點在多個任務(wù)中反復(fù)出現(xiàn)，無形中強化了學(xué)生的記憶，這些知識點也就在學(xué)生的大腦中形成了長時記憶，這樣的學(xué)習(xí)方式可以讓學(xué)生很好地掌握理論知識要點和技能操作要點，也體現(xiàn)了理論知識在工程中的實用性，學(xué)生更加樂于接受這樣的教學(xué)方式。

（五）引入實驗仿真板，生動、直觀、靈活地呈現(xiàn)了實驗結(jié)果

實驗仿真板和電子專業(yè)中的單片機結(jié)構(gòu)是完全一致的，可以通過單片機模塊實現(xiàn)若干個的單片機控制實驗，讓學(xué)生能一目了然看到工程結(jié)果，知道工程實現(xiàn)是需要硬件和軟件的配置，使學(xué)生直接了解了C語言在工程實踐中的應(yīng)用領(lǐng)域，同時也使得學(xué)生提高了學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情、拓寬了知識面，愿意以更大的熱情投入學(xué)習(xí)。

（六）面向電子專業(yè)的C語言教學(xué)的關(guān)鍵是實驗工程項目的選擇

在選擇工程項目時，教師要嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精心考量，選擇的工程項目既要能符合C語言教學(xué)目標(biāo)，又不能因為增加了過多的電子專業(yè)知識而超出學(xué)生的能力范圍，導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣。C語言工程項目要和其他電子專業(yè)課中所滲入的專業(yè)知識相一致，工程項目難度要和其他專業(yè)課難度相匹配，這樣才能使學(xué)生比較順利地接納C語言的項目教學(xué)方式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。單片機技術(shù)廣泛應(yīng)用在消費電子、汽車電子、智能儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域，是電子產(chǎn)品實現(xiàn)智能化的核心。目前的單片機技術(shù)應(yīng)用大多數(shù)是用C語言進(jìn)行編程的，因此在C語言的工程項目教學(xué)中，可以利用實驗仿真板搭配C語言程序模擬流水燈、交通燈、搶答器、串行通信等方面的實驗項目。在實際的教學(xué)過程中，首先需要結(jié)合電子技術(shù)、數(shù)字電路、模擬電路等電子專業(yè)知識給學(xué)生普及單片機基礎(chǔ)知識，比如要先根據(jù)功能分配單片機芯片的引腳，用C語言編寫程序時要結(jié)合引腳分配才能實現(xiàn)功能。其次要畫出程序流程圖，將程序流程圖轉(zhuǎn)換成符合C語言語法結(jié)構(gòu)和算法結(jié)構(gòu)的代碼。以8位流水燈為例說明電子專業(yè)C語言的項目教學(xué)過程。項目功能要求是使用單片機的P1端口作為輸出口，因為P1端口分別與8個發(fā)光二極管相連，通過編寫程序，循環(huán)將端口置“1”或清“0”，不斷向發(fā)光二極管輸送高低電平，實現(xiàn)流水燈的效果。因為發(fā)光二極管的正極連接的是高電平，負(fù)極連接的是P1端口，按照發(fā)光二極管的發(fā)光原理可知要使發(fā)光二極管能發(fā)光，需要讓P1端口輸出低電平，用C語言來描述的話就是“P1=0x00；”，因此，引導(dǎo)學(xué)生用電路的知識來理解每句代碼的含義，可以讓學(xué)生知其然，也知其所以然。為了使學(xué)生充分理解移位與LED燈光流動的關(guān)系，用多種代碼形式實現(xiàn)了移位的效果，讓學(xué)生體會到不同的C語言寫法可以實現(xiàn)同樣的功能，體現(xiàn)了C語言學(xué)習(xí)過程的開放性與個體性?；陧椖康腃語言教學(xué)可以極大地激發(fā)電子專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，部分學(xué)生在此基礎(chǔ)上還能進(jìn)行了一些創(chuàng)新，比如有的同學(xué)實現(xiàn)了8個發(fā)光二極管花樣閃爍等。通過電子專業(yè)知識和C語言的教學(xué)融合，可以提升學(xué)生的參與熱情、團隊合作及創(chuàng)新意識，學(xué)生也收獲了寓教于樂的教學(xué)課堂，教學(xué)效果相對于傳統(tǒng)的C語言教學(xué)模式來說有了顯著提高。

四、結(jié)束語

基于電子專業(yè)的C語言教學(xué)模式實踐探索，給傳統(tǒng)教學(xué)思路帶來了一些改變，弱化了傳統(tǒng)課堂教學(xué)中以語法、算法為主的教學(xué)方式，而是在項目任務(wù)和工程應(yīng)用中將知識點貫穿其中，并通過不同的項目任務(wù)和工程應(yīng)用反復(fù)強化知識點。教學(xué)實踐表明，結(jié)合電子專業(yè)學(xué)生的學(xué)科背景，通過科學(xué)合理的C語言具體任務(wù)和工程應(yīng)用的教學(xué)設(shè)置，既能夠達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的，也能有針對性地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)化、個性化的需求，對教學(xué)效果的提高起到事半功倍的作用[3]。