梁廣瑞，鐘國(guó)文

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

淺談全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽與《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》教學(xué)改革

梁廣瑞，鐘國(guó)文

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

C語(yǔ)言是電子電氣各專業(yè)都開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它涉及知識(shí)點(diǎn)多，概念復(fù)雜，語(yǔ)法表達(dá)靈活，學(xué)生掌握起來(lái)有困難。文章闡述了C語(yǔ)言傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端，并介紹了我系在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的推動(dòng)下對(duì)《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行的教改措施。

電子設(shè)計(jì)大賽；C語(yǔ)言教學(xué)改革；項(xiàng)目教學(xué)法；AVR單片機(jī)

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽已成為全國(guó)電子信息類專業(yè)學(xué)生規(guī)模和影響最大的賽事之一。該賽的特點(diǎn)是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動(dòng)其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。由于該賽的挑戰(zhàn)性、趣味性、公平性和對(duì)學(xué)生就業(yè)的促進(jìn)性，吸引了大量的相關(guān)專業(yè)學(xué)生參與。如何利用該賽的影響力及指導(dǎo)作用推動(dòng)相關(guān)課程的教學(xué)改革一直是我校重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)課題。論文以《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程為例，介紹我校電子電氣類專業(yè)圍繞該賽事所進(jìn)行的教學(xué)改革及效果。

《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》是電子電氣各專業(yè)都開設(shè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，而由于當(dāng)前嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，C語(yǔ)言作為其最重要的開發(fā)工具更加凸顯該門課程的重要性。但是，由于C語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)多，概念復(fù)雜，語(yǔ)法表達(dá)靈活，學(xué)生掌握起來(lái)有困難。出現(xiàn)最多的問(wèn)題是學(xué)了不知道有什么用，程序看得懂但是自己寫不出來(lái)，沒有養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，缺乏寫出可復(fù)用代碼的意識(shí)，無(wú)法理解C語(yǔ)言的精髓，比如指針、模塊化編程、可移植性等。這些問(wèn)題必須通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革來(lái)解決。

一、傳統(tǒng)教學(xué)的內(nèi)容、方法及其弊端

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)的內(nèi)容也在逐步地產(chǎn)生變化，當(dāng)前《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法必須依據(jù)專業(yè)特點(diǎn)、技術(shù)熱點(diǎn)、企業(yè)的技術(shù)要求、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行改革，以適應(yīng)新的形勢(shì)和要求。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方法存在很大的弊端，主要有下面幾點(diǎn)：

（1）以普通PC機(jī)作為C語(yǔ)言運(yùn)行的主要硬件平臺(tái)

對(duì)于電子電氣類專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后從事開發(fā)PC機(jī)的C語(yǔ)言程序的情況是非常少的，C語(yǔ)言功能的強(qiáng)大及廣泛應(yīng)用在于它既是高級(jí)語(yǔ)言又接近底層，所以被稱為“中級(jí)語(yǔ)言”。它不同于目前流行的C#、Java等語(yǔ)言，它主要活躍于單片機(jī)、嵌入式微處理器、DSP等嵌入式系統(tǒng)，這些也正是電子設(shè)計(jì)大賽主要考核的內(nèi)容。以PC為平臺(tái)，學(xué)生不理解C語(yǔ)言有什么用，缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力，因?yàn)楫?dāng)前所接觸到的PC上林林總總、令人眼花繚亂的軟件基本不是用C語(yǔ)言直接開發(fā)的，學(xué)生產(chǎn)生了很大的疑惑。另外，以PC為平臺(tái)編寫的例子程序一般比較抽象，由于X86體系的處理器比較復(fù)雜，內(nèi)存的映射關(guān)系不容易理解，造成學(xué)生難以理解指針等C語(yǔ)言的重要概念。

（2）教學(xué)內(nèi)容過(guò)于注重語(yǔ)法細(xì)節(jié)，忽視語(yǔ)言應(yīng)用

教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)放在語(yǔ)言要素講解上，過(guò)于重視語(yǔ)法細(xì)節(jié)，現(xiàn)有教材提供的例子只重視語(yǔ)法講解，不注重風(fēng)格，在變量名稱、注釋、習(xí)慣用法上不符合規(guī)范，代碼質(zhì)量不高。作為模塊化編程基礎(chǔ)的函數(shù)、C語(yǔ)言的精髓指針、文件的組織與安排等重要內(nèi)容的引入過(guò)慢。另外在一些習(xí)題上出現(xiàn)一些或許是正確的但是卻不可能出現(xiàn)或很少有這種用法的程序表達(dá)，誤導(dǎo)了學(xué)生。還有一些基于項(xiàng)目教學(xué)法所引入的項(xiàng)目，由于基于PC平臺(tái)，而C語(yǔ)言不擅長(zhǎng)做windows程序界面設(shè)計(jì)，以DOS界面為主，學(xué)生認(rèn)為知識(shí)過(guò)時(shí)，提不起興趣。

（3）教學(xué)方法單調(diào)，手段不多

教學(xué)方法主要采用講授法和實(shí)驗(yàn)法，近年來(lái)也開始推廣采用項(xiàng)目教學(xué)法。對(duì)于講授法和實(shí)驗(yàn)法，學(xué)生只是被動(dòng)接受，缺乏主動(dòng)參與，他們更多地關(guān)注計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，不能切實(shí)體會(huì)C語(yǔ)言在實(shí)際應(yīng)用中的強(qiáng)大。對(duì)于項(xiàng)目教學(xué)法，關(guān)鍵在于選擇合適的項(xiàng)目，但是由于以PC為運(yùn)行平臺(tái)，難以設(shè)計(jì)一個(gè)同時(shí)具備實(shí)用性、趣味性、新穎性、可操作性并覆蓋了大多數(shù)知識(shí)要點(diǎn)的題目。

電子設(shè)計(jì)大賽中，單片機(jī)或各種嵌入式微處理器的使用是非常重要的知識(shí)點(diǎn)，由于比賽時(shí)間短、題目靈活，對(duì)單片機(jī)的開發(fā)必須要采用C語(yǔ)言編程。因此，為了取得更好的成績(jī)，優(yōu)秀的隊(duì)伍還必須在比賽準(zhǔn)備期間做好各個(gè)基本模塊，采用模塊化編程、考慮程序的移植性，以企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做準(zhǔn)備。而由于以上幾點(diǎn)弊端，學(xué)生在參加電子設(shè)計(jì)大賽的過(guò)程中，感覺學(xué)與用之間鴻溝很大，指導(dǎo)教師需要給他們補(bǔ)充很多內(nèi)容。比如：課堂上C語(yǔ)言和單片機(jī)的課程是分開獨(dú)立的，而單片機(jī)的教學(xué)為強(qiáng)調(diào)對(duì)計(jì)算機(jī)原理的理解，課堂上主要運(yùn)用的是匯編語(yǔ)言，而C語(yǔ)言課堂也沒有很好地結(jié)合單片機(jī)來(lái)講解，造成了銜接上的困難。

二、硬件平臺(tái)的選擇與教學(xué)內(nèi)容的改革

上面的分析中知道，C語(yǔ)言運(yùn)行的平臺(tái)是一個(gè)關(guān)鍵的選擇，針對(duì)專業(yè)上需求的特點(diǎn)及目前電子設(shè)計(jì)大賽的要求，選擇了以單片機(jī)或嵌入式處理器為主、PC機(jī)為輔的平臺(tái)方案。通過(guò)分析比較了51、AVR、stm32、ARM7微處理器等幾個(gè)常見微控制器，從處理器的結(jié)構(gòu)、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C支持的程度、易學(xué)易用性、是否滿足電子大賽要求等幾個(gè)方面考慮，最終確定了AVR單片機(jī)作為C語(yǔ)言運(yùn)行平臺(tái)。在教學(xué)內(nèi)容上，重點(diǎn)放在模塊化編程、常見控制程序分析、指針的操作等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)編程良好的風(fēng)格，一開始就要求學(xué)生寫規(guī)范的代碼。由于引入了AVR單片機(jī)，而學(xué)時(shí)上是不增加的，經(jīng)過(guò)我們教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，即使沒有對(duì)AVR單片機(jī)這部分做詳細(xì)的講解，學(xué)生也能夠理解并應(yīng)用，這個(gè)跟學(xué)C語(yǔ)言而不需要知道PC機(jī)的原理是一樣的。只需要告訴學(xué)生，如何通過(guò)指針操作單片機(jī)的寄存器，而不同的寄存器有什么功能或效應(yīng)，學(xué)生就可以快速應(yīng)用。

1.教學(xué)方法的改進(jìn)

參加電子設(shè)計(jì)大賽，就是在短短的三天時(shí)間里完成一個(gè)小型項(xiàng)目。因此，在教學(xué)方法上，主要采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法。課程由淺入深設(shè)計(jì)了流水燈、步進(jìn)電機(jī)控制、DS18B20溫度檢測(cè)控制、智能循跡小車等幾個(gè)項(xiàng)目。并在課程實(shí)訓(xùn)階段組織學(xué)生進(jìn)行智能小車比賽，比賽成績(jī)作為課程成績(jī)的參考。由于這些項(xiàng)目具有趣味性，貼近實(shí)際，學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的興趣，由以前的教師督促著學(xué)、灌輸著學(xué)改為現(xiàn)在的主動(dòng)學(xué)、要求學(xué)。在教學(xué)時(shí)間安排上，使用3+3模式，即每周的6節(jié)課安排為3節(jié)理論加3節(jié)上機(jī)實(shí)踐。在具體的教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，注意抓住幾個(gè)要點(diǎn)：一是弱化語(yǔ)法細(xì)節(jié)，重視算法及其實(shí)現(xiàn)。通過(guò)突出算法，進(jìn)而帶動(dòng)基本語(yǔ)法的學(xué)習(xí)，可以更加合理地分配學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率。二是指導(dǎo)學(xué)生閱讀“好”的代碼。不可否認(rèn)，不少教材在這一方面做得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，代碼例子不重視編程風(fēng)格，變量命名、函數(shù)命名不符合規(guī)范，缺乏注釋，縮進(jìn)混亂等等，這需要教師在平時(shí)的備課、科研項(xiàng)目中收集優(yōu)秀的代碼范本，讓學(xué)生去模仿。三是將常見的編程調(diào)試錯(cuò)誤收集整理，以文本形式讓學(xué)生閱讀。實(shí)踐證明，由于學(xué)生初學(xué)編程，犯的錯(cuò)誤很多是相同的，而且往往是語(yǔ)法上的簡(jiǎn)單錯(cuò)誤，因此在實(shí)驗(yàn)上機(jī)操作課上，讓學(xué)生提前閱讀典型錯(cuò)誤的信息，可以大大提高課堂效率，并培養(yǎng)了學(xué)生閱讀文檔的好習(xí)慣。

2.考試模式改革

C語(yǔ)言傳統(tǒng)的考試模式主要采用筆試的模式，試卷內(nèi)容一般為語(yǔ)法的基礎(chǔ)知識(shí)（主要以填空題或選擇題為主）、閱讀程序、程序設(shè)計(jì)等幾種類型，答案比較固定、唯一。這份試卷可以評(píng)估學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的能力，但是這種方法不能全面了解學(xué)生的能力，并且容易使學(xué)生以為C語(yǔ)言水平的高低就是簡(jiǎn)單一份基礎(chǔ)知識(shí)試卷的成績(jī)高低，而沒有意識(shí)到C語(yǔ)言關(guān)鍵是應(yīng)用，真正實(shí)際工作中要完成一個(gè)項(xiàng)目不是簡(jiǎn)單地運(yùn)用C語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)就足夠的。另外,在教學(xué)過(guò)程中采用3+3的模式，而考試只有理論筆試，不利于提高學(xué)生參與項(xiàng)目教學(xué)法的積極性。因此，考核應(yīng)采用理論筆試+項(xiàng)目機(jī)試的方法，其中每項(xiàng)的比重各占50%，最終成績(jī)并入期考成績(jī)項(xiàng)。

項(xiàng)目機(jī)試就是以一個(gè)包含多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的小項(xiàng)目為題目，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成編程、調(diào)試?？荚囘^(guò)程中可以參考課本、參考書等紙質(zhì)資料，但是不可以上網(wǎng)查閱。如何出好題目是關(guān)鍵，必須要考慮到各個(gè)層次學(xué)生的能力并要有區(qū)分度。一個(gè)典型的題目設(shè)計(jì)方法是將一個(gè)項(xiàng)目題目分成功能上相對(duì)獨(dú)立的幾塊，每塊難度逐漸增加，這樣可以保證不同水平的學(xué)生都能拿到一定的成績(jī)。

通過(guò)兩屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，證明以上教學(xué)的轉(zhuǎn)變是積極有效的。學(xué)生不但完成了C語(yǔ)言課程的學(xué)習(xí)，而且對(duì)單片機(jī)技術(shù)有了一定的掌握，還學(xué)習(xí)了電子設(shè)計(jì)大賽經(jīng)常出現(xiàn)的一些基本功能模塊，因此在后續(xù)的單片機(jī)學(xué)習(xí)和電子設(shè)計(jì)大賽準(zhǔn)備中起了很好的銜接作用。

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