新工科背景下計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類課程案例教學(xué)改革研究

1、    新工科背景下計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類課程案例教學(xué)改革研究    于莉莉蘇曉光李晶摘要：新工科教育改革的背景下，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)c語言程序設(shè)計(jì)課程如何融入專業(yè)知識，合理選擇案例教學(xué)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的改革重點(diǎn)。該文從單片機(jī)c語言編程作為切入點(diǎn)，優(yōu)化課程案例教學(xué)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和編程思想，為后續(xù)專業(yè)課程提供良好的支撐。關(guān)鍵詞：新工科；程序設(shè)計(jì)；單片機(jī)；c語言編程：g424 ：a ：1009-3044（2018）15-0158-021 引言隨著人工智能的發(fā)展，嵌入式技術(shù)和單片機(jī)系統(tǒng)也優(yōu)勢凸顯。單機(jī)片堪稱是一塊芯片的微型計(jì)算機(jī)，特別是flash的運(yùn)用使單片

2、機(jī)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。由于具有集成度高，性能可靠，操作簡便，功能強(qiáng)大，體積小、功耗低、性價(jià)比高等特點(diǎn)為其學(xué)習(xí)、開發(fā)和應(yīng)用提供了便捷的條件，使其滲透到各個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)在生活中很難找到?jīng)]有單片機(jī)的存在領(lǐng)域。單片機(jī)是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的理想選擇，面向單片機(jī)的編程目前使用最多的是匯編語言和c語言。匯編語言是一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，是面向機(jī)器的語言，和機(jī)器語言最為接近。其主要優(yōu)點(diǎn)是對機(jī)器控制清晰、調(diào)試方便、占用rom資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同單片機(jī)指令系統(tǒng)是不同的，可移植性差，學(xué)習(xí)難度相對較大，而且如果一個(gè)大型的應(yīng)用程序的開發(fā)如果全都使用匯編語言編寫就特別復(fù)雜，特別是一些算法問題，

3、匯編語言就顯得力不從心了。c語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它是介于高級語言和低級語言之間的語言。既具有高級語言的可讀性強(qiáng)、可移植性高等特點(diǎn)，同時(shí)又具備低級語言運(yùn)行速度快、效率高、可直接對硬件進(jìn)行控制的功能。c語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。c語言程序具有模塊化程序設(shè)計(jì)思想，是軟件系統(tǒng)開發(fā)中模塊化程序設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)保障，現(xiàn)在使用c語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)已成為一個(gè)趨勢。用c語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，開發(fā)周期短，程序可讀性強(qiáng)，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是占用資源多，執(zhí)行效率沒有匯編語言高。根據(jù)不同的情況，很多工程

4、通常采用c語言和匯編語言結(jié)合二者的優(yōu)勢進(jìn)行混合編程。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在速率和存儲(chǔ)空間上都有了很大的提高，由最初的4位、8位，到現(xiàn)在已有300m的高速單片機(jī)，c語言的優(yōu)勢也就越來越明顯。c語言雖然是嵌入式和單片機(jī)系統(tǒng)的首選語言，但是很多專業(yè)在單片機(jī)編程部分并沒有開設(shè)專門的課程，所以很多學(xué)生都采用自學(xué)。如何充分發(fā)揮高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)c語言程序設(shè)計(jì)通識課程的作用，與專業(yè)結(jié)合更需要教育工作者深入思考。2 發(fā)揮c語言通識課程優(yōu)勢，更好地為相關(guān)專業(yè)服務(wù)c語言程序設(shè)計(jì)作為大學(xué)通識課程普遍面向大一新生開設(shè)的第一門程序設(shè)計(jì)類課程，很多與嵌入式和單片機(jī)系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在還沒有學(xué)習(xí)更多的相關(guān)專業(yè)知識。如何讓c

5、語言教學(xué)更貼近專業(yè)，還要讓學(xué)生零硬件基礎(chǔ)的前提下，體驗(yàn)到c語言在將來專業(yè)學(xué)習(xí)的重要性和趣味性，精選硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實(shí)現(xiàn)容易的案例，生動(dòng)課堂教學(xué)的同時(shí)還能增加學(xué)生的編程自信和專業(yè)探究渴望，同時(shí)對后期專業(yè)編程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.1 合理的案例選擇對于電學(xué)專業(yè)的學(xué)生的c語言教學(xué)重點(diǎn)是案例的合理選擇，既要和專業(yè)有相關(guān)性，同時(shí)還要擺脫專業(yè)知識的束縛，讓硬件基礎(chǔ)相對薄弱的大一學(xué)生體會(huì)到硬件編程的效果的同時(shí)更能感受到c語言的靈魂和魅力。選擇原型簡單結(jié)構(gòu)清晰的案例，使學(xué)生無需在硬件上做多過的研究，如流水led燈的電路設(shè)計(jì)，電路圖如圖1所示。此電路只有一個(gè)按鈕開關(guān)和多個(gè)led燈，可以采用多分支選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)來實(shí)

6、現(xiàn)多路燈的循環(huán)點(diǎn)亮，學(xué)生可以充分理解和實(shí)踐c語言的分支選擇和循環(huán)結(jié)構(gòu)。同時(shí)還可以調(diào)用延時(shí)函數(shù)，讓學(xué)生提升函數(shù)概念和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想。同時(shí)也可以采用數(shù)組和指針的方式，可以對數(shù)組和指針的認(rèn)知和運(yùn)用大幅度加強(qiáng)。教師可以提前做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，在案例演示同時(shí)配合實(shí)驗(yàn)更生動(dòng)形象，有說服力。同時(shí)本系統(tǒng)可以模擬實(shí)驗(yàn)或者有條件的話可以讓學(xué)生自己動(dòng)手組裝，這樣在提高學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)更能讓學(xué)生感到學(xué)有所用、成就感倍增。2.2 同一案例學(xué)習(xí)對應(yīng)不同知識結(jié)構(gòu)雖然標(biāo)準(zhǔn)c與單片機(jī)c51在很多方面都非常一致，但是還有一些細(xì)節(jié)要加以區(qū)別。在講解案例之前需要專題講解，比如頭文件的使用，輸入輸出的方式等等。本案例采用switch結(jié)

7、構(gòu)來實(shí)現(xiàn)led1led8的循環(huán)點(diǎn)亮，設(shè)計(jì)電路的知識只需略點(diǎn)撥即可，可以從不同角度來著重介紹c語言的實(shí)現(xiàn)過程。例如當(dāng)重點(diǎn)講解switch與while循環(huán)的配合來實(shí)現(xiàn)功能時(shí)，程序設(shè)計(jì)如下：#include sbit s=p14； /將s位定義為p1.4void delay100（void） /延時(shí)函數(shù)unsigned int k；for（k=0；k<10000；k+）；/延時(shí)100svoid main（ ）unsigned char n；n=0；while （1） /永真循環(huán)if（s=0）/采用輪詢方式，不停地判斷端口是否有變化delay100（）；/調(diào)用延時(shí)函數(shù)if（s=0）/采用輪詢方式

8、，不停地判斷端口是否有變化n+；if（n=9）n=1；/使n始終在18 之間輪轉(zhuǎn)switch（i） /switch結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)流水燈點(diǎn)亮控制case 1：p0=0xfe； break；/點(diǎn)亮led1case 2：p0=0xfd； break； /點(diǎn)亮led2case 3：p0=0xfb； break； /點(diǎn)亮led3case 4：p0=0xf7； break； /點(diǎn)亮led4case 5：p0=0xef； break； /點(diǎn)亮led5case 6：p0=oxdf； break； /點(diǎn)亮led6case 7：p0=0xbf； break； /點(diǎn)亮led7case 8：p0=0x7f； break；

9、 /點(diǎn)亮led8default：p0=0xff；/全部熄滅當(dāng)講解字符數(shù)組時(shí)，此程序還可以通過定義字符型數(shù)組來實(shí)現(xiàn)輪轉(zhuǎn)簡化程序。如果想要變換花樣流水燈的順序，只需改變字符型數(shù)組的流水燈控制碼的順序即可。通過此案例，學(xué)生能夠?qū)ψ址蛿?shù)組的定義和引用更直觀、深刻地理解。void main（void）unsigned char n；unsigned char code x =0xfe，0xfd，0xfb，0xf7，0xef，0xdf，0xbf，0x7f； /定義無符號字符型數(shù)組while（1）for（n=0；n<8；n+）p0=xn；/引用字符數(shù)組的每一個(gè)元素送至p0口delay100（）；指針

10、是c語言的難點(diǎn)，如何化難為簡，可以在采用同一案例，學(xué)生通過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，對此電路已有基礎(chǔ)，這時(shí)就可以轉(zhuǎn)移重心至指針的學(xué)習(xí)上。void main（void）unsigned char code x=0xfe，0xfd，0xfb，0xf7，0xef，0xdf，0xbf，0x7f；/定義無符號字符型數(shù)組并初始化位各個(gè)端口值unsigned char *pp =&x;0，&x;1，&x;2，&x;3，&x;4，&x;5，&x;6，&x;7；/定義指向字符型數(shù)組的指針數(shù)組unsigned char n；while（1）for（n=0；n&

11、lt;8；n+）/通過n的變化來移動(dòng)指針ppp0=*ppn； /利用指針pp的移動(dòng)引用字符數(shù)組的每一個(gè)元素送至p0口delay100 （）；/調(diào)用延時(shí)函數(shù)同一程序可以采用多種編程設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生充分發(fā)揮編程想象力，把學(xué)過的知識都得到運(yùn)用，體會(huì)c語言的系統(tǒng)性和編程的開放性。學(xué)生可以通過反復(fù)調(diào)試和改進(jìn)來，使學(xué)生深刻理解程序設(shè)計(jì)思想的同時(shí)更增加了課堂的粘合度，讓學(xué)生與教師之間、學(xué)生與學(xué)生之間的討論更加實(shí)際而有效，同時(shí)還充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，可以分配多個(gè)學(xué)習(xí)協(xié)作小組在課下進(jìn)一步深入討論和研究。3 結(jié)論目前對后期學(xué)習(xí)單片機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行教學(xué)改革反饋調(diào)查表明，c語言教學(xué)對學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)更有影響，更好地與專業(yè)知識融合，提高了學(xué)習(xí)動(dòng)力，進(jìn)一步深入自學(xué)降低了難度。在新工科建設(shè)改革中，作為通識課程的c語言如何服務(wù)于電類相關(guān)專業(yè)，可以從單片機(jī)編程入手，既無需過多的硬件知識基礎(chǔ)，又體現(xiàn)編程的實(shí)用性，在案例選擇上要多選取“有用”“有趣”的案例，提高學(xué)生動(dòng)手能力和編程能力，為進(jìn)一步專業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：1