融入單片機實踐項目的 C 語言程序設計課程改革研究

摘要：針對 C 語言程序設計課程實踐教學現狀，本文以梧州學院理工科專業為例，探討了融入單片機實踐項目的教學改革思路。通過設計“點亮 LED”“LED 閃爍”“LED 流水燈”等實踐項目，引導學生將理論知識應用于實際場景，提升編程能力。實踐表明，該教學改革激發了學生學習熱情，提高了學生解決實際問題的能力和編程能力，有效促進了人才培養目標的達成。

關鍵詞：C語言程序設計；編程能力；實踐教學；單片機；人才培養

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）04-0174-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

人工智能是發展新質生產力的重要引擎，隨著人工智能上升成為國家發展戰略，高質量發展已然成為各級各類教育的生命線[1-3]。2024年政府工作報告要求大力發展數字教育，強調注重學生的數字素養教育，提升學生的數字素養勢在必行。C語言程序設計課程是高等院校理工科專業開設的專業基礎課，是提升學生數字素養的有效途徑[4]。該課程教學在完成理論知識講解的同時需要注重實踐教學開展，注重理論與實踐結合。C 語言程序設計課程的實踐教學部分是開展本課程教學的一個重要環節，是高質量完成該課程教學的保障。本文提出在該課程實踐教學部分融入單片機實踐項目的教學改革思路，學生在掌握C 語言相關知識的基礎上結合Protues 7和Keil5軟件，選擇單片機基礎實驗項目做仿真，在特定的實際應用場景下學以致用，激發學生的學習熱情，提升學生分析問題和解決問題的能力，實現學生自主學習。

1 C 語言程序設計課程實踐教學現狀

通過對C語言程序設計課程實踐教學現狀分析，總結出該課程實踐教學存在的主要問題有四個，分別是實踐課時不足、實踐教學模式單一、缺少對實踐的過程考核及實踐過程考核成績評定缺失。這些問題的存在使得學生在實踐教學的過程中參與度不高，學生沒有將所學習到的編程理論知識有效地與實踐結合，學生學習效果不佳。

1.1 實踐課時不足

C語言程序設計課程理論相對抽象，知識點繁多。在教學課時有限的情況下，教師往往注重理論知識講解，力求將知識點系統完整地呈現給學生，這通常會導致理論講解占用了過多的課時，壓縮了實踐課時，進而弱化了實踐教學在這門課程的作用。正常的實踐課時不足，學生實踐的訓練量不夠，現有的課程實踐教學課時很難滿足學生對實踐實訓的需求，學生學習的理論知識與實踐有效結合的程度與期望值還存在較大差距[5-6]，學生學習效果不佳。

1.2 實踐教學模式單一

作為一門實踐操作課，C語言程序設計課程的實踐教學環節顯得尤為重要。教師在完成對應章節理論知識講解后，現有的實踐教學設計更多的是要求學生通過上機完成對老師講解內容的簡單驗證，實踐教學模式單一。這種驗證型的實踐教學簡單枯燥，也使得學生缺少對問題的主動思考[7-8]，不求甚解，只知其然，不知其所以然。由于初學者對編程知識的理解不夠，基礎相對薄弱，在程序調試過程中往往無法調試運行出正確的結果，程序調試報錯的情況時有發生，這也使得部分學生失去了調試程序的耐心，失去學習的興趣。在理論聯系實際的實踐教學過程中，學生缺少應用所學知識成功解決實際應用問題的體驗，實踐教學無法達到預期的教學效果。

1.3 缺少對實踐的過程考核

實驗過程考核在C語言程序課程實踐教學中占有重要的地位，它對于提高學生的實踐能力和促進教第21卷第4期 （2025年2月） Computer Knowledge and Technology電腦知識與技術育改革具有關鍵作用。現階段在C語言程序課程實踐教學被弱化的情形下，實踐教學中的實驗過程考核環節沒有得到應有的重視，實驗過程考核存在諸多的問題和挑戰。部分教師對實驗過程考核的重視程度不夠，沒有對學生的實驗進行全過程的跟蹤，沒有對學生在實驗過程遇到的問題進行實時反饋，沒有對實驗進行過程考核。缺少過程考核的實驗教學無法有效地提高學生的學習效果和實際操作能力，也無法在實驗教學中及時發現學生學習的不足。

1.4 實踐過程考核成績評定缺失

現階段在C語言程序課程實踐教學被弱化的情形下，實踐過程考核成績評定往往走過場，走形式。實踐過程考核成績能夠客觀地評估學生在實踐中的表現，可以讓教師對學生的實踐能力進行客觀評價。實踐過程考核成績評定的缺失，教師無法全面準確地評估學生的實踐能力，無法全面實時地了解學生的學習情況。實踐過程考核成績沒有納入期末總評，學生沒有充分意識到實踐課程的重要性，不會積極主動地參與實踐活動，實踐教學的質量和效果得不到保障。

2 C 語言程序設計課程實踐教學設計

在編程實踐教學過程中，選用Protues 7和Keil5 軟件，Proteus 7軟件具有全面的仿真能力，Keil5軟件以其強大的功能成為嵌入式軟件開發領域的重要工具。在C語言程序設計課程實踐教學設計中增加單片機實驗部分中的3個較容易實現的項目做仿真，將枯燥乏味的編程理論知識與單片機實踐應用相結合，幫助學生更好掌握C語言程序設計課程中的“順序結構”“選擇結構”“循環結構”的知識點，掌握C語言的語法規則，在解決實際問題的過程中理解數據類型、運算符和表達式的概念，激發學生對編程的興趣，提升學生C語言編程的應用能力。選擇的單片機實驗仿真項目分別為點亮一個LED、使一個LED閃爍及實現流水燈。編程能力提升實踐教學設計詳見表1。

由表1可知，編程能力提升實踐教學設計增加了3個實踐項目，每個實踐項目學時安排均為2學時，實踐項目由易到難，與C語言程序設計課程中的“順序結構”“選擇結構”“循環結構”知識點一一對應。通過開展仿真實踐，學以致用，提高學生解決實際問題的能力，幫助學生實現知識的內化和遷移。

2.1“ 點亮一個LED”項目

在最初的“點亮一個LED”項目中，向學生簡單闡述單片機I/O口的內部結構原理，著重引導學生理解單片機引腳輸出的0/1在電路中所代表的含義，學會使用Protues 7繪制仿真電路，繪制點亮LED燈的仿真電路，三個實踐項目的仿真電路圖如圖1所示，其中時鐘電路及復位等外部電路在此省略。老師向學生闡述Keil5和Visual C++ 6.0兩種軟件運行的不同，比較這兩種軟件搭建的程序框架的不同，向學生說明在main（）函數中加入while（1）函數的現實意義及“P2_0=0;”語句在與不在while（1）函數里面的區別。在實踐項目1中，用P2.0引腳輸出低電平，使得連接P2.0引腳的LED燈變亮。在這個實踐項目中，學生掌握了Pro?tues 7和Keil5軟件使用，通過對單片機I/O口的內部結構原理的初步了解，運用所學的編程知識自己編寫程序，理解“順序結構”知識點。在C語言程序設計課程實踐教學中引入仿真教學，可以隨時自己對所學的理論知識進行驗證。在仿真中成功點亮一個LED燈，有助于激發學生學習編程的興趣，啟發學生自主思考，主動學習。圖2為點亮一個LED燈的主函數。

2.2“ 一個LED閃爍”項目

第二個實踐項目是“一個LED燈閃爍”，引導學生掌握仿真電路中使一個LED閃爍的原理，深入理解單片機引腳輸出的0/1在電路中所代表的含義，掌握編程課程中“順序結構”及“選擇結構”知識點在單片機編程中的應用，要求書寫規范，培養良好的編程習慣。

在實現一個LED燈閃爍過程中，使P2_0引腳按固定時間間隔實現有規律的高低電平輸出，進而對應實現一個LED 燈的閃爍。圖3為LED 燈閃爍的主函數。

在學生實際編程的過程中，理解選擇結構if語句中條件表達式的真假判斷。以學生為中心，引導學生積極思考，針對具體問題的解決辦法，如何轉換為程序的語言，設計算法，培養學生的編程思維[9]。

2.3“ LED流水燈”項目

最后一個實踐項目為“LED流水燈”，結合編程課程中的“選擇結構”及“循環結構”知識點，參照仿真電路圖理解單片機實現流水燈的原理，其中P2口8個引腳分別接8個LED 燈，從低位到高位依次引腳的電平，使得8個LED燈按照一定規律依次變亮，實現流水燈。圖4為LED流水燈主函數。引導學生理解流水燈主函數mian（）中whlie（1）循環結構的實際作用，向學生說明程序中左移的應用及在此情景下對應的實際意義，闡述對變量i做越界判斷的方法及在此應用場景下對變量i做越界判斷對應的現實意義，強化學生將抽象的理論知識轉化為直觀具體的實際應用能力，為培養出應用型和創新型人才做好鋪墊。

C語言程序設計課程的實踐環節采用Protues 7仿真教學是一種實用有效的實踐教學形式。Protues 7 仿真教學豐富了教學內容，使得程序運行的結果變得直觀，由抽象變得具體，這極大地激發了學生學習的興趣。在仿真設計調試過程中，學生能站在設計者的角度自由地搭建電路，運用編程所學的“順序結構” “選擇結構”“循環結構”的知識完成編程，實現電路設計功能。Protues 7仿真教學加深了學生對編程知識的理解，提高了學生的工程基礎意識，有效提升學生的編程能力。

3 成績評定

C語言程序設計課程成績評定分為平時考核和期末考核兩個部分組成，各占50%，滿分100分。平時考核部分由考勤、平時作業、實踐項目驗收及實驗報告四個模塊構成，其中考勤和實踐項目驗收兩個模塊各占比10%，平時作業及實驗報告兩個模塊各占比15%。三個仿真項目驗收根據項目難易程度及完成情況給分，滿分10分，學生完成指定的實踐仿真項目越多，累計得到的項目驗收分就會越多，根據自己仿真項目完成情況，每個學生能夠清楚地知道自己的得分情況。C語言程序設計課程成績評定標準見表2。

4 改革效果

通過對梧州學院理工科專業C語言與程序設計實踐教學進行教學改革，教學效果顯著。實踐教學改革有助于高質量完成課程教學，有助于培養出符合國家戰略發展方向的工程技術創新人才，實現人才培養目標。主要體現在以下方面：

1） 實踐教學設計激發了學生學習的熱情[10]。通過編程控制LED燈的亮滅讓學生有滿滿的收獲感，“所見即所得”，促使學生自主學習，交流互助。在調試程序的過程中自主查找語法錯誤，邏輯錯誤。

2） C語言與程序設計課程期末總評成績有了明顯提高。學生都能很好地完成實踐教學項目，完成實驗報告。在完成項目的過程中加深了對編程理論知識的理解，獲得了學習的快樂。

3） 實踐教學設計提升了學生的編程能力。在實際的應用場景中，理論聯系實際，培養解決問題和實踐應用方面的能力，最后由實踐回歸理論，在實際編程過程中把想到的辦法用正確程序的語言表達出來，這個過程有效地培養了學生的編程思維，提升了學生的編程能力。

4） 有效助力學科競賽。通過實踐教學改革，光電信息科學與工程專業的學生報名參加藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽（電子類單片機、嵌入式組） 及全國電子設計大賽人數有明顯的增加，獲獎人數也實現了突破，2024參加第十五屆藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽個人賽獲得全國總決賽三等獎一項，實現“以賽促學”良好局面[11]。

5 結束語

人工智能時代對C語言程序設計課程實踐教學的開展提出了新的更高的要求，實踐教學的最終目的是培養學生的編程思維，培養學生基于編程理論知識解決實際問題的能力，提升編程能力。編程思維的養成和編程能力的提升是一個漸進的過程，是建立在一定的時間和經驗的基礎之上，是建立在大量的實踐訓練的基礎之上。有效的C語言程序設計課程實踐教學設計是一座橋梁，它能夠激發學習者的學習熱情，能夠幫助初學者實現從理論知識掌握到實踐應用的高效銜接。在C語言程序設計課程實踐教學過程中，結合Protues 7和Keil5軟件，選擇單片機實驗部分開展編程實踐教學，重視課程內容更新，鼓勵更多的學生參加學科競賽，以賽促學，激發學生的學習積極性和自主性，提升了學生的編程能力，有效促成了人才培養目標的達成。

參考文獻：

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[10] 柯毅明，湯宏譽，劉敏.基于OBE和CDIO的C語言程序設計課程教學改革[J].計算機教育，2024（2）：26-30.

[11] 張程，李小民，張延生，等.基于單片機任務導向的C語言課程強化教學改革與實踐[J].高教學刊，2024，10（11）：125-128.

【通聯編輯：王力】

基金項目：梧州學院教育教學改革工程立項項目（Wyjg2023B019；Wyjg2024A005）