高職C語言與單片機融合教學初探

黃交宏

摘 要： 針對傳統的高職C語言和單片機課程分開教學帶來的內容枯燥、知識融合度差、教學效率低的不足，探討了以智能車為載體，運用“教、學、做”一體化方法有效融合兩門課程的教學改革方案。實踐表明：融合后的教學方案，激發了高職學生的C語言學習熱情，教學效率高，加深了學生對單片機應用的理解，達到了良好的教學效果。

關鍵詞： 高職教育 C語言 單片機 融合教學 智能車

引言

隨著電子技術的飛速發展，采用C語言開發的單片機控制類產品占據了大量市場。單片機產品的設計、生產、調試和維修崗位需要大量高職人才。因此，C語言課程和單片機應用課程成為應用電子、電氣自動化、計算機控制技術等工科專業的主干課程。這些課程的實踐性要求較高，對高職學生有一定難度。因此，開展高職院校C語言和單片機課程的教學改革成為高職教學研究的熱點。根據高職學生的特點和崗位需求開展教學工作，對學生更快地適應工作崗位有重要的現實意義。筆者結合多年C語言和單片機的教學經驗，對高職的C語言和單片機的融合教學進行探討。

1.傳統教學的不足

1.1知識遺忘率高。

國內高職院校電子電氣類專業的單片機教學大多選用匯編語言或者C語言開發單片機應用系統。以51單片機為主流的匯編語言，指令數量多，不方便記憶。因此，越來越多的高職院校轉向C語言開發工具的單片機教學。根據傳統的高職教學方案，C語言課程和單片機課程開設在不同學期，C語言是單片機的先修課程。為了構建相對完整的知識體系，學生在學習完C語言之后才開始學習單片機，時間相隔長達半年之久。這種做法導致知識遺忘率較高，迫使一些教師把復習C語言作為單片機課程的教學內容之一，以此強化教學效果。由于總學時有限，單片機本體的教學內容相對減少，導致學生對單片機學得不深、學得不透。

1.2內容枯燥，實踐少。

在C語言的機房教學過程中，主要的輸入輸出設備是鍵盤和屏幕，以簡單計算為主的教學內容相對枯燥，表現形式單一。學生很容易把C語言單純理解為計算機專業課，與所學的電子電氣專業無關。這種對C語言主要功能的認識誤區，會降低學習興趣，削弱單片機開發的語言基礎。C教學實踐表明：電類專業的高職學生很難深入理解指針和數組的應用，對C語言的嵌入式開發功能理解不透，導致先修課程基礎不牢固。進入單片機學習階段以后，薄弱的C語言基礎將會妨礙單片機的教學效果。同時，單片機特有的寄存器C定義和特殊位指令還需要補充學習。

傳統的單片機教學以理論教學為主，按照“硬件封裝—寄存器功能—軟件流程—外圍接口”的順序，強調和追求完整的單片機理論體系結構。由于缺乏合適的實踐載體，因此大量專業術語的枯燥講解使學生上課時昏昏沉沉，似懂非懂。過多的理論灌輸使很多學生放棄了單片機課程的學習。這種“重理論、輕實踐”的教學模式培養出的學生，很難快速適應今后的單片機工作崗位。

1.3理實脫節，創新少。

傳統的單片機課程大多數采用實驗箱進行實踐教學[1]，完成驗證性的實驗。這種實踐模式跟單片機的實際產品有很大差異，教學效果不理想。不少“95后”的學生功利心強，為了早點完成實驗，過度追求實驗結果，忽略了單片機硬件電路裝調、軟件調試測試方面的能力提高。當全部課程結束的時候，很多同學對單片機產品開發、裝調的全過程不了解，對單片機仿真器的仿真方法（尤其是硬件仿真）掌握不到位。這種教學過程理實脫節的現象，抑制了學生創新能力的發揮。

2.融合教學的設計

針對上述問題，我們探索把C語言和單片機的知識有效融合，推進教學改革，開展項目教學，采用“教、學、做”一體化的融合教學，強化教學效果，更好地體現高職高專的教學特色和教學理念。

教學改革方案的總體思路是：以具有吸引力的項目載體為主線，把C語言和單片機課程融合，開設“C語言與單片機”課程。在高職教學過程中，采用“教、學、做”一體化授課，提高學生動手實踐能力。以夠用為原則，適當精簡C語言的教學內容，降低教學深度。適度增加單片機應用的自主創新環節，鼓勵學生思考，提高應用創新能力。

2.1項目載體。

合適的項目載體有利于實現高職項目化教學[2]，促進學生技能的培養。選擇“貼近生活”、“通俗易懂”的項目載體，是提高學生學習興趣的有效手段。在本教學方案設計中，我們選用的項目載體是：單片機智能車。智能車屬于機電一體化的作品，體積小，重量輕，實施難度適合高職高專的教學水平。項目載體的主要功能是采用AT89S52單片機控制車輪伺服電機，實現智能車的運動控制。在光電傳感器的配合下，單片機控制小車進行循跡運動。在超聲傳感器的支持下，單片機控制小車實現“避障”功能。

2.2具體方案。

“C語言與單片機”融合課程總計60學時，其中實踐30學時，理實比為1：1。教學全過程以單片機智能車為核心，以學生為主體，教師起引導作用。學生通過智能車的制作與調試提高動手實踐能力，通過思考和提問激發創新思維。整體教學方案可以分成六個模塊，簡述如下：

（1）課程導入和智能車綜述

在這個教學模塊中，教師首先講授單片機的典型應用、歷史沿革、主流分支和前沿技術，使學生了解課程的教學目標和對應工作崗位，淺顯了解單片機產品。其次，教師演示裝調好的智能車實物，學生能正確理解智能車的主要功能，提高學習興趣。實踐環節安排的內容是單片機智能車的結構件安裝。在教師的指導下，學生根據產品套件說明書的要求，使用螺絲刀完成車架、車輪、電機、電沲盒等結構件的安裝和調試。在裝調完畢以后，教師補充講解智能車應用場合和綜述，學生對項目載體有了更加清晰的認識。

（2）控制板的硬件設計與裝調

首先，學生完成智能車單片機控制電路板的安裝、焊接和硬件調試。其次，教師講解單片機最小系統（包含：單片機、時鐘電路、復位電路）的電路結構和工作原理。學生在明確單片機IO接口使用方法之后，簡單了解車輪伺服電機的驅動電路工作原理。通過“講練結合”的教學方法，學生得到了單片機產品的硬件設計、安裝、調試的全過程體驗，掌握了電路組成和原理，提高了單片機硬件裝調的實踐能力。

（3）簡單運動的開發調試

本教學模塊主要完成智能小車C51的IO接口控制，實現伺服車輪的前進功能。教師在簡要介紹51單片機系統的軟硬件開發環境之后，把教學重點轉入C語言。通過LED亮燈的樣例程序，完成C語言的概述導入。在本模塊教學中，主要涉及的C51知識點有：數據類型、運算符與表達式；C51特殊功能寄存器的C定義；51的位類型與位運算；順序結構程序設計。在操作方面，學生須掌握KEILμVision軟件開發平臺的使用方法，包括代碼編輯、編譯、下載和仿真調試。

（4）復雜運動的開發調試

本教學模塊的主要功能是：通過C51控制小車的伺服車輪，完成后退、轉圈、加減速、轉向等復雜運動功能。在這一階段，學生可以通過項目載體的調試，結合51單片機的特點，完成C語言中選擇結構程序、循環結構程序的學習。在此基礎上，教師引導學生嘗試進行程序優化，教會學生數組的使用、函數的調用技巧。

（5）人機接口模塊的開發調試

在智能小車的單片機控制板上，增加數碼顯示和觸須接口，可以完成小車運動計時和觸碰避障功能。在教學過程中，通過“先做后講”的方式提高學習興趣能夠取得更加理想的教學效果。學生通過實踐環節觀察單片機人機接口的電路結構，通過C51編程與調試直接體驗“軟件去抖動”、“LED字形碼編程”等應用技巧。

（6）避障模塊的開發調試

避障模塊裝調是智能小車項目載體的綜合教學環節。在C語言應用部分，側重指針、結構體編程和開發。在單片機方面，須掌握“中斷”的概念及其應用方法、串行接口的調試與編程。避障模塊采用了紅外反射傳感器，融合了傳感器應用[3]、模擬信號調理等方面知識。因此，開發調試智能小車的避障模塊，能加深學生對單片機產品總體框架的理解，培養他們的單片機綜合應用能力和開發能力。教學實踐表明：部分優秀學生在這一階段能優化和創新避障算法程序，提升小車的智能化水平，學生的產品創新意識得到進一步強化。

以上六個模塊的教學方案以智能小車裝調為核心，包含了傳統C語言課程和單片機課程的主要知識點。智能小車體積小，重量輕，易于攜帶，便于各種教學方法的靈活運用[4]。比如：我們把課堂教學與課外教學緊密結合，組織“城院巧匠杯智能小車”競賽，激發學生學習熱情，豐富課余生活，提高學生的單片機綜合應用能力和創新能力。“C語言與單片機”融合課程采用模塊計分的評價考核方式，前五個模塊各占總分的15%，第六模塊占25%。在考核方案中，重視學生的過程體驗，把團隊協作、職業素養作為評價的重要組成部分，提高學生綜合職業素質。

結語

高職傳統的C語言課程和單片機課程分開教學，知識遺忘率高，教學效率低，融合度差，理實不能有效結合，不利于創新型人才的培養。針對上述不足，本文探討了以單片機智能車為項目載體的C語言與單片機融合教學設計，給出了六模塊教學的具體方案。教學實踐表明：采用“教、學、做”一體化融合兩門課程的教學改革方案，方便運用各種教學方法，學以致用，有效激發高職學生的學習熱情，有助于創新能力和職業素質的培養，達到良好的教學效果。

參考文獻：

[1]馮惠秋，呂寧.《單片機基礎及應用》課程實踐模式探索[J].職業教育研究，2013（6）：123-124.

[2]焦玉全，朱燕祥.單片機原理及應用課程項目化教學探索[J].讀與寫（教育教學刊），2013（7）：29-30.

[3]李瀟雯.智能小車設計中傳感器的應用[J].太原大學教育學院學報，2015（2）：96-99.

[4]余永華.單片機課程理實一體化教學模式改革[J].讀與寫（上，下旬），2015（3）：314.