高職C語(yǔ)言與單片機(jī)融合教學(xué)初探

黃交宏

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)的高職C語(yǔ)言和單片機(jī)課程分開(kāi)教學(xué)帶來(lái)的內(nèi)容枯燥、知識(shí)融合度差、教學(xué)效率低的不足，探討了以智能車為載體，運(yùn)用“教、學(xué)、做”一體化方法有效融合兩門(mén)課程的教學(xué)改革方案。實(shí)踐表明：融合后的教學(xué)方案，激發(fā)了高職學(xué)生的C語(yǔ)言學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效率高，加深了學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用的理解，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 高職教育 C語(yǔ)言 單片機(jī) 融合教學(xué) 智能車

引言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的單片機(jī)控制類產(chǎn)品占據(jù)了大量市場(chǎng)。單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試和維修崗位需要大量高職人才。因此，C語(yǔ)言課程和單片機(jī)應(yīng)用課程成為應(yīng)用電子、電氣自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等工科專業(yè)的主干課程。這些課程的實(shí)踐性要求較高，對(duì)高職學(xué)生有一定難度。因此，開(kāi)展高職院校C語(yǔ)言和單片機(jī)課程的教學(xué)改革成為高職教學(xué)研究的熱點(diǎn)。根據(jù)高職學(xué)生的特點(diǎn)和崗位需求開(kāi)展教學(xué)工作，對(duì)學(xué)生更快地適應(yīng)工作崗位有重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者結(jié)合多年C語(yǔ)言和單片機(jī)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高職的C語(yǔ)言和單片機(jī)的融合教學(xué)進(jìn)行探討。

1.傳統(tǒng)教學(xué)的不足

1.1知識(shí)遺忘率高。

國(guó)內(nèi)高職院校電子電氣類專業(yè)的單片機(jī)教學(xué)大多選用匯編語(yǔ)言或者C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。以51單片機(jī)為主流的匯編語(yǔ)言，指令數(shù)量多，不方便記憶。因此，越來(lái)越多的高職院校轉(zhuǎn)向C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具的單片機(jī)教學(xué)。根據(jù)傳統(tǒng)的高職教學(xué)方案，C語(yǔ)言課程和單片機(jī)課程開(kāi)設(shè)在不同學(xué)期，C語(yǔ)言是單片機(jī)的先修課程。為了構(gòu)建相對(duì)完整的知識(shí)體系，學(xué)生在學(xué)習(xí)完C語(yǔ)言之后才開(kāi)始學(xué)習(xí)單片機(jī)，時(shí)間相隔長(zhǎng)達(dá)半年之久。這種做法導(dǎo)致知識(shí)遺忘率較高，迫使一些教師把復(fù)習(xí)C語(yǔ)言作為單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容之一，以此強(qiáng)化教學(xué)效果。由于總學(xué)時(shí)有限，單片機(jī)本體的教學(xué)內(nèi)容相對(duì)減少，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)單片機(jī)學(xué)得不深、學(xué)得不透。

1.2內(nèi)容枯燥，實(shí)踐少。

在C語(yǔ)言的機(jī)房教學(xué)過(guò)程中，主要的輸入輸出設(shè)備是鍵盤(pán)和屏幕，以簡(jiǎn)單計(jì)算為主的教學(xué)內(nèi)容相對(duì)枯燥，表現(xiàn)形式單一。學(xué)生很容易把C語(yǔ)言單純理解為計(jì)算機(jī)專業(yè)課，與所學(xué)的電子電氣專業(yè)無(wú)關(guān)。這種對(duì)C語(yǔ)言主要功能的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，會(huì)降低學(xué)習(xí)興趣，削弱單片機(jī)開(kāi)發(fā)的語(yǔ)言基礎(chǔ)。C教學(xué)實(shí)踐表明：電類專業(yè)的高職學(xué)生很難深入理解指針和數(shù)組的應(yīng)用，對(duì)C語(yǔ)言的嵌入式開(kāi)發(fā)功能理解不透，導(dǎo)致先修課程基礎(chǔ)不牢固。進(jìn)入單片機(jī)學(xué)習(xí)階段以后，薄弱的C語(yǔ)言基礎(chǔ)將會(huì)妨礙單片機(jī)的教學(xué)效果。同時(shí)，單片機(jī)特有的寄存器C定義和特殊位指令還需要補(bǔ)充學(xué)習(xí)。

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)以理論教學(xué)為主，按照“硬件封裝—寄存器功能—軟件流程—外圍接口”的順序，強(qiáng)調(diào)和追求完整的單片機(jī)理論體系結(jié)構(gòu)。由于缺乏合適的實(shí)踐載體，因此大量專業(yè)術(shù)語(yǔ)的枯燥講解使學(xué)生上課時(shí)昏昏沉沉，似懂非懂。過(guò)多的理論灌輸使很多學(xué)生放棄了單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)。這種“重理論、輕實(shí)踐”的教學(xué)模式培養(yǎng)出的學(xué)生，很難快速適應(yīng)今后的單片機(jī)工作崗位。

1.3理實(shí)脫節(jié)，創(chuàng)新少。

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程大多數(shù)采用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)[1]，完成驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)踐模式跟單片機(jī)的實(shí)際產(chǎn)品有很大差異，教學(xué)效果不理想。不少“95后”的學(xué)生功利心強(qiáng)，為了早點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)，過(guò)度追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果，忽略了單片機(jī)硬件電路裝調(diào)、軟件調(diào)試測(cè)試方面的能力提高。當(dāng)全部課程結(jié)束的時(shí)候，很多同學(xué)對(duì)單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、裝調(diào)的全過(guò)程不了解，對(duì)單片機(jī)仿真器的仿真方法（尤其是硬件仿真）掌握不到位。這種教學(xué)過(guò)程理實(shí)脫節(jié)的現(xiàn)象，抑制了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)揮。

2.融合教學(xué)的設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問(wèn)題，我們探索把C語(yǔ)言和單片機(jī)的知識(shí)有效融合，推進(jìn)教學(xué)改革，開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)，采用“教、學(xué)、做”一體化的融合教學(xué)，強(qiáng)化教學(xué)效果，更好地體現(xiàn)高職高專的教學(xué)特色和教學(xué)理念。

教學(xué)改革方案的總體思路是：以具有吸引力的項(xiàng)目載體為主線，把C語(yǔ)言和單片機(jī)課程融合，開(kāi)設(shè)“C語(yǔ)言與單片機(jī)”課程。在高職教學(xué)過(guò)程中，采用“教、學(xué)、做”一體化授課，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力。以夠用為原則，適當(dāng)精簡(jiǎn)C語(yǔ)言的教學(xué)內(nèi)容，降低教學(xué)深度。適度增加單片機(jī)應(yīng)用的自主創(chuàng)新環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生思考，提高應(yīng)用創(chuàng)新能力。

2.1項(xiàng)目載體。

合適的項(xiàng)目載體有利于實(shí)現(xiàn)高職項(xiàng)目化教學(xué)[2]，促進(jìn)學(xué)生技能的培養(yǎng)。選擇“貼近生活”、“通俗易懂”的項(xiàng)目載體，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段。在本教學(xué)方案設(shè)計(jì)中，我們選用的項(xiàng)目載體是：?jiǎn)纹瑱C(jī)智能車。智能車屬于機(jī)電一體化的作品，體積小，重量輕，實(shí)施難度適合高職高專的教學(xué)水平。項(xiàng)目載體的主要功能是采用AT89S52單片機(jī)控制車輪伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能車的運(yùn)動(dòng)控制。在光電傳感器的配合下，單片機(jī)控制小車進(jìn)行循跡運(yùn)動(dòng)。在超聲傳感器的支持下，單片機(jī)控制小車實(shí)現(xiàn)“避障”功能。

2.2具體方案。

“C語(yǔ)言與單片機(jī)”融合課程總計(jì)60學(xué)時(shí)，其中實(shí)踐30學(xué)時(shí)，理實(shí)比為1：1。教學(xué)全過(guò)程以單片機(jī)智能車為核心，以學(xué)生為主體，教師起引導(dǎo)作用。學(xué)生通過(guò)智能車的制作與調(diào)試提高動(dòng)手實(shí)踐能力，通過(guò)思考和提問(wèn)激發(fā)創(chuàng)新思維。整體教學(xué)方案可以分成六個(gè)模塊，簡(jiǎn)述如下：

（1）課程導(dǎo)入和智能車綜述

在這個(gè)教學(xué)模塊中，教師首先講授單片機(jī)的典型應(yīng)用、歷史沿革、主流分支和前沿技術(shù)，使學(xué)生了解課程的教學(xué)目標(biāo)和對(duì)應(yīng)工作崗位，淺顯了解單片機(jī)產(chǎn)品。其次，教師演示裝調(diào)好的智能車實(shí)物，學(xué)生能正確理解智能車的主要功能，提高學(xué)習(xí)興趣。實(shí)踐環(huán)節(jié)安排的內(nèi)容是單片機(jī)智能車的結(jié)構(gòu)件安裝。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)產(chǎn)品套件說(shuō)明書(shū)的要求，使用螺絲刀完成車架、車輪、電機(jī)、電沲盒等結(jié)構(gòu)件的安裝和調(diào)試。在裝調(diào)完畢以后，教師補(bǔ)充講解智能車應(yīng)用場(chǎng)合和綜述，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目載體有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。

（2）控制板的硬件設(shè)計(jì)與裝調(diào)

首先，學(xué)生完成智能車單片機(jī)控制電路板的安裝、焊接和硬件調(diào)試。其次，教師講解單片機(jī)最小系統(tǒng)（包含：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路）的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。學(xué)生在明確單片機(jī)IO接口使用方法之后，簡(jiǎn)單了解車輪伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路工作原理。通過(guò)“講練結(jié)合”的教學(xué)方法，學(xué)生得到了單片機(jī)產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的全過(guò)程體驗(yàn)，掌握了電路組成和原理，提高了單片機(jī)硬件裝調(diào)的實(shí)踐能力。

（3）簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試

本教學(xué)模塊主要完成智能小車C51的IO接口控制，實(shí)現(xiàn)伺服車輪的前進(jìn)功能。教師在簡(jiǎn)要介紹51單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境之后，把教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)入C語(yǔ)言。通過(guò)LED亮燈的樣例程序，完成C語(yǔ)言的概述導(dǎo)入。在本模塊教學(xué)中，主要涉及的C51知識(shí)點(diǎn)有：數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符與表達(dá)式；C51特殊功能寄存器的C定義；51的位類型與位運(yùn)算；順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)。在操作方面，學(xué)生須掌握KEILμVision軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的使用方法，包括代碼編輯、編譯、下載和仿真調(diào)試。

（4）復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試

本教學(xué)模塊的主要功能是：通過(guò)C51控制小車的伺服車輪，完成后退、轉(zhuǎn)圈、加減速、轉(zhuǎn)向等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)功能。在這一階段，學(xué)生可以通過(guò)項(xiàng)目載體的調(diào)試，結(jié)合51單片機(jī)的特點(diǎn)，完成C語(yǔ)言中選擇結(jié)構(gòu)程序、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序的學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試進(jìn)行程序優(yōu)化，教會(huì)學(xué)生數(shù)組的使用、函數(shù)的調(diào)用技巧。

（5）人機(jī)接口模塊的開(kāi)發(fā)調(diào)試

在智能小車的單片機(jī)控制板上，增加數(shù)碼顯示和觸須接口，可以完成小車運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)和觸碰避障功能。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)“先做后講”的方式提高學(xué)習(xí)興趣能夠取得更加理想的教學(xué)效果。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)觀察單片機(jī)人機(jī)接口的電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)C51編程與調(diào)試直接體驗(yàn)“軟件去抖動(dòng)”、“LED字形碼編程”等應(yīng)用技巧。

（6）避障模塊的開(kāi)發(fā)調(diào)試

避障模塊裝調(diào)是智能小車項(xiàng)目載體的綜合教學(xué)環(huán)節(jié)。在C語(yǔ)言應(yīng)用部分，側(cè)重指針、結(jié)構(gòu)體編程和開(kāi)發(fā)。在單片機(jī)方面，須掌握“中斷”的概念及其應(yīng)用方法、串行接口的調(diào)試與編程。避障模塊采用了紅外反射傳感器，融合了傳感器應(yīng)用[3]、模擬信號(hào)調(diào)理等方面知識(shí)。因此，開(kāi)發(fā)調(diào)試智能小車的避障模塊，能加深學(xué)生對(duì)單片機(jī)產(chǎn)品總體框架的理解，培養(yǎng)他們的單片機(jī)綜合應(yīng)用能力和開(kāi)發(fā)能力。教學(xué)實(shí)踐表明：部分優(yōu)秀學(xué)生在這一階段能優(yōu)化和創(chuàng)新避障算法程序，提升小車的智能化水平，學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)新意識(shí)得到進(jìn)一步強(qiáng)化。

以上六個(gè)模塊的教學(xué)方案以智能小車裝調(diào)為核心，包含了傳統(tǒng)C語(yǔ)言課程和單片機(jī)課程的主要知識(shí)點(diǎn)。智能小車體積小，重量輕，易于攜帶，便于各種教學(xué)方法的靈活運(yùn)用[4]。比如：我們把課堂教學(xué)與課外教學(xué)緊密結(jié)合，組織“城院巧匠杯智能小車”競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，豐富課余生活，提高學(xué)生的單片機(jī)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力?！癈語(yǔ)言與單片機(jī)”融合課程采用模塊計(jì)分的評(píng)價(jià)考核方式，前五個(gè)模塊各占總分的15%，第六模塊占25%。在考核方案中，重視學(xué)生的過(guò)程體驗(yàn)，把團(tuán)隊(duì)協(xié)作、職業(yè)素養(yǎng)作為評(píng)價(jià)的重要組成部分，提高學(xué)生綜合職業(yè)素質(zhì)。

結(jié)語(yǔ)

高職傳統(tǒng)的C語(yǔ)言課程和單片機(jī)課程分開(kāi)教學(xué)，知識(shí)遺忘率高，教學(xué)效率低，融合度差，理實(shí)不能有效結(jié)合，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。針對(duì)上述不足，本文探討了以單片機(jī)智能車為項(xiàng)目載體的C語(yǔ)言與單片機(jī)融合教學(xué)設(shè)計(jì)，給出了六模塊教學(xué)的具體方案。教學(xué)實(shí)踐表明：采用“教、學(xué)、做”一體化融合兩門(mén)課程的教學(xué)改革方案，方便運(yùn)用各種教學(xué)方法，學(xué)以致用，有效激發(fā)高職學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有助于創(chuàng)新能力和職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

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