劉珊珊　呂林海

第38卷第6期教學(xué)研究Vol38 No6

2015年11月Research in TeachingNov. 2015

應(yīng)用型本科電子信息類(lèi)學(xué)生

編程能力培養(yǎng)的探索與實(shí)踐

包理群李錦瓏蘭聰花（蘭州工業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，甘肅蘭州730050）

[收稿日期]20150515[基金項(xiàng)目]甘肅省十二五教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（GS[2013]GHB0940）

[作者簡(jiǎn)介]包理群（1983），女，甘肅定西人。副教授，碩士，主要研究方向?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)課程的研究和教學(xué)。[摘要]硬件編程能力是應(yīng)用型本科電子信息類(lèi)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)核心能力，本文分析了電子信息類(lèi)學(xué)生編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀、問(wèn)題和難點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，探討了教學(xué)案例設(shè)計(jì)與硬件編程應(yīng)用相結(jié)合、實(shí)踐教學(xué)采用軟件仿真與實(shí)物調(diào)試相結(jié)合、編程思維與學(xué)習(xí)主動(dòng)性培養(yǎng)等教學(xué)改革思路，教學(xué)成效顯著。

[關(guān)鍵詞]應(yīng)用型本科；電子信息類(lèi)學(xué)生；編程能力；教學(xué)案例設(shè)計(jì)

[中圖分類(lèi)號(hào)]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]10054634（2015）060085040引言

在教育領(lǐng)域，目前把大學(xué)分為學(xué)術(shù)型、應(yīng)用型和技能型大學(xué)，應(yīng)用型本科是針對(duì)我國(guó)普通本科培養(yǎng)單一學(xué)術(shù)性人才模式的一種改革，它要求專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)夠用，更注重知識(shí)的綜合應(yīng)用和解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)[1]。應(yīng)用型本科的主要任務(wù)是實(shí)施應(yīng)用型本科教育，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的應(yīng)用型人才。應(yīng)用型人才，就是指相對(duì)于高精尖理論型、學(xué)術(shù)型人才而言，掌握應(yīng)用型知識(shí)、更具有實(shí)踐能力的人。2014年，教育部提出將600所地方本科院校轉(zhuǎn)向應(yīng)用型[2]，也體現(xiàn)了應(yīng)用型人才對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要性[2]。對(duì)于新建或新辦應(yīng)用型本科院校，不能穿新鞋、走老路，照搬舊模式，否則會(huì)與傳統(tǒng)大學(xué)辦學(xué)模式相似，失去自己的辦學(xué)特色和競(jìng)爭(zhēng)基礎(chǔ)，因此大力推進(jìn)教學(xué)改革勢(shì)在必行。

電子信息是一門(mén)應(yīng)用計(jì)算機(jī)等技術(shù)進(jìn)行信息處理和信息控制的學(xué)科，編寫(xiě)程序完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及硬件控制是該學(xué)科的主要技術(shù)領(lǐng)域。編程能力對(duì)于電子信息領(lǐng)域相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都有要求，學(xué)習(xí)和掌握編程技術(shù)可以讓學(xué)生熟悉電子信息產(chǎn)品的運(yùn)行原理和運(yùn)行方式，提高電子信息產(chǎn)品的軟件研發(fā)能力。應(yīng)用型人才更注重知識(shí)的綜合應(yīng)用和解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)，因此基于硬件環(huán)境的編程能力對(duì)于電子信息類(lèi)學(xué)生顯得尤為重要，研究電子信息類(lèi)應(yīng)用型人才編程能力的培養(yǎng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。

1電子信息類(lèi)學(xué)生編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)應(yīng)用型本科院校電子信息類(lèi)學(xué)生編程能力培養(yǎng)主要在兩個(gè)環(huán)節(jié)完成：一是在“程序設(shè)計(jì)”類(lèi)課程（如《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》等）的教學(xué)中；二是在后續(xù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程（如單片機(jī)、ARM、DSP等）的學(xué)習(xí)中。

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程一般在大一第二學(xué)期開(kāi)設(shè)，該課程概念抽象、語(yǔ)法繁多，剛進(jìn)入大學(xué)的學(xué)生在學(xué)習(xí)方式和思維方式須有較大改變，學(xué)生普遍感到難學(xué)；學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域沒(méi)有認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不足；傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)側(cè)重于語(yǔ)法知識(shí)，大多數(shù)教材都是以成績(jī)管理為例講述相關(guān)算法，沒(méi)有與專(zhuān)業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，也使學(xué)生感到枯燥乏味；在后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，編程能力又成了制約這些課程學(xué)習(xí)的主要瓶頸，造成學(xué)、用脫節(jié)，這也是當(dāng)前高校電子信息類(lèi)學(xué)生培養(yǎng)中存在的主要問(wèn)題和難點(diǎn)，有些學(xué)生對(duì)編程感興趣，但又不能與硬件環(huán)境相結(jié)合；有些學(xué)生對(duì)硬件設(shè)計(jì)感興趣，但缺乏硬件平臺(tái)上的編程能力，直接導(dǎo)致學(xué)生發(fā)展后勁不足和難以適應(yīng)市場(chǎng)需求。

綜上，編程能力是電子信息類(lèi)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，直接制約了學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，難以滿足對(duì)應(yīng)用型人才的社會(huì)需求。本文以提高電子信息類(lèi)學(xué)生編程能力為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，探索教學(xué)改革思路。

2基于編程能力培養(yǎng)的教學(xué)改革

2.1教學(xué)案例設(shè)計(jì)與硬件編程應(yīng)用相結(jié)合

程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)中，設(shè)計(jì)與單片機(jī)、ARM、DSP等實(shí)際編程應(yīng)用相結(jié)合的、具有實(shí)際應(yīng)用背景的教學(xué)案例，然后找到本課程相關(guān)知識(shí)在該案例解決中的應(yīng)用。新的教學(xué)內(nèi)容開(kāi)始時(shí)，不直接講述課程知識(shí)點(diǎn)，而是先提出一些具有實(shí)際意義的硬件編程實(shí)例讓學(xué)生去思考，看能否用已有的知識(shí)找到解決方法，然后再引入新的教學(xué)內(nèi)容?！禖語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)單片機(jī)、DSP、ARM等嵌入式開(kāi)發(fā)類(lèi)課程的重要語(yǔ)言和編程基礎(chǔ)。下面以《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中兩個(gè)具體案例進(jìn)行說(shuō)明。

第6期包理群李錦瓏蘭聰花應(yīng)用型本科電子信息類(lèi)學(xué)生編程能力培養(yǎng)的探索與實(shí)踐

教學(xué)研究2015

1） “位運(yùn)算”教學(xué)。

“位運(yùn)算”是一種特殊的運(yùn)算，在嵌入式系統(tǒng)編程中，“位運(yùn)算”比其他運(yùn)算更常用，而教材的這部分內(nèi)容通常不涉及其應(yīng)用領(lǐng)域，因此可在“位運(yùn)算”這一部分內(nèi)容講授時(shí)設(shè)計(jì)和引入“單片機(jī)/ARM控制流水燈顯示”項(xiàng)目，讓學(xué)生了解“位運(yùn)算”的應(yīng)用領(lǐng)域，既增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣和積極性，也實(shí)現(xiàn)了與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的有效銜接。

2） “數(shù)組”教學(xué)。

“數(shù)組”是程序設(shè)計(jì)中一種非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是學(xué)生學(xué)完基本類(lèi)型的“變量”之后接觸到的第一種構(gòu)造數(shù)據(jù)類(lèi)型。這部分內(nèi)容的教學(xué)可與電子信息專(zhuān)業(yè)的后期專(zhuān)業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，例如，在“單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示”問(wèn)題中，就用到了對(duì)數(shù)組的訪問(wèn)；“求最大值、最小值”問(wèn)題是數(shù)據(jù)應(yīng)用中最基本的算法，傳統(tǒng)教學(xué)在講述該算法時(shí)還是以學(xué)生成績(jī)最高分、最低分為例。該算法也在傳感器采集數(shù)據(jù)濾波問(wèn)題中用到，因此在講述這部分內(nèi)容時(shí)，可以設(shè)計(jì)這些專(zhuān)業(yè)應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。下面以《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程中“一維數(shù)組的應(yīng)用”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。

學(xué)習(xí)內(nèi)容：一維數(shù)組的應(yīng)用。

學(xué)習(xí)目標(biāo)：熟悉一維數(shù)組的使用，掌握應(yīng)用一維數(shù)組進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法，實(shí)現(xiàn)與后續(xù)單片機(jī)、ARM、DSP等電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的有效銜接。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)：應(yīng)用一維數(shù)組進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。

學(xué)習(xí)難點(diǎn)：數(shù)組元素的引用（數(shù)組下標(biāo)的靈活使用）。

【任務(wù)要求】

從下列數(shù)據(jù)中找出最大值并輸出：

18.5，16.3，21.4，13.2，8.6，7.5，19.2，25.3，15.7，13.8。

【課堂討論】

求最值在電子信息數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用：例如傳感器采集數(shù)據(jù)的濾波。

【任務(wù)分析】

1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

float temper[10]；

2、數(shù)據(jù)處理

int max=0；

temper[max]與temper[1]比較：

temper[max]與temper[2]比較：max=2

……

temper[max]與temper[9]比較：

3、數(shù)據(jù)輸出 temper[max]

【程序代碼】

#define NUM 10

main（）

{ float temper[NUM]={18.5，16.3，21.4，13.2，8.6，7.5，19.2，25.3，15.7，13.8}；

int i，max=0；

for（i=1；i

/*如果找到了更大的數(shù)組元素，則max 記錄其下標(biāo)值*/

if（temper[i]>temper[max]）

max=i；

printf（"The highest temperature is %.1f degrees "， temper[max]）；

}

【課堂練習(xí)】

編寫(xiě)程序，從下列數(shù)據(jù)中找出最小值并輸出（自己動(dòng)手，掌握算法核心思想）：

18.5，16.3，21.4，13.2，8.6，7.5，19.2，25.3，15.7，13.8

【應(yīng)用舉例】

演示單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒應(yīng)用系統(tǒng)，如圖1所示現(xiàn)在是13時(shí)15分32秒。分析此實(shí)例中的如下關(guān)鍵代碼（假設(shè)變量hour、min、sec分別保存時(shí)、分、秒數(shù)值），鞏固“數(shù)組下標(biāo)的靈活使用”這一知識(shí)點(diǎn)。

dispbuf [0]= code[sec%10]；

dispbuf [1]= code[sec/10]；

dispbuf [2]= code[min%10]；

dispbuf [3]= code[min/10]；

dispbuf [4]= code[hour%10]；

dispbuf [5]= code[hour/10]；

圖1數(shù)組應(yīng)用——單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示

【任務(wù)拓展】

如何在后三個(gè)數(shù)碼管上顯示一個(gè)三位十進(jìn)制整數(shù)qtity（動(dòng)腦思考：實(shí)際問(wèn)題中數(shù)組下標(biāo)的靈活應(yīng)用）。

2.2實(shí)踐教學(xué)采用軟件仿真與實(shí)物調(diào)試相結(jié)合目前大多數(shù)高校在單片機(jī)等課程的實(shí)踐教學(xué)中只采用實(shí)驗(yàn)箱[4]，學(xué)生只通過(guò)簡(jiǎn)單的連線就完成了硬件電路連接，而且實(shí)驗(yàn)箱的線路連接已經(jīng)固定，因此學(xué)生不能深入掌握硬件電路的工作原理和設(shè)計(jì)方法[5]，更不會(huì)自己設(shè)計(jì)硬件電路；在程序編寫(xiě)時(shí)也是簡(jiǎn)單的模仿實(shí)驗(yàn)例程，不能真正提高學(xué)生自主分析和解決問(wèn)題的能力，也難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

Proteus軟件是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件?？蓪?shí)現(xiàn)單片機(jī)、ARM等與外部設(shè)備的仿真，可在沒(méi)有實(shí)際硬件的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)軟硬件聯(lián)合調(diào)試。學(xué)生只需要一臺(tái)電腦就可以完成原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、軟件編寫(xiě)到軟硬件聯(lián)合調(diào)試整個(gè)過(guò)程，有效避免了學(xué)生只能在做實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)試程序，課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課后自學(xué)相脫節(jié)的難題。因此，在實(shí)踐教學(xué)中，可以采用Proteus系統(tǒng)仿真與實(shí)物調(diào)試相結(jié)合的方法，讓學(xué)生更方便、直觀地感受硬件編程環(huán)境和編程場(chǎng)景，為學(xué)生在硬件平臺(tái)上的軟件編程能力培養(yǎng)創(chuàng)造和提供條件。

以單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)為例，將其分為Proteus系統(tǒng)仿真與實(shí)物調(diào)試兩個(gè)環(huán)節(jié)，圖2是筆者設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)題目——“多功能電子萬(wàn)年歷”的單片機(jī)系統(tǒng)仿真圖，具有日期時(shí)間顯示和調(diào)節(jié)、鬧鐘參數(shù)設(shè)置、溫度顯示、音樂(lè)播放等功能。實(shí)習(xí)內(nèi)容分為基本任務(wù)和拓展任務(wù)，以滿足不同層次學(xué)生的培養(yǎng)要求。通過(guò)該仿真環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生以下幾方面的技術(shù)應(yīng)用能力。

1） 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法（包括硬件電路和軟件編程）；

2） 按鍵、液晶、發(fā)光二極管、蜂鳴器等基本輸出設(shè)備的使用和編程控制；

3） 時(shí)鐘芯片、溫度傳感器等常用集成電路芯片的編程；

4） 分析和解決問(wèn)題的能力、查閱資料的能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

圖2單片機(jī)控制多功能電子萬(wàn)年歷仿真圖

2.3編程思維與學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)，往往把精力和時(shí)間花在語(yǔ)法知識(shí)上，而沒(méi)有把程序設(shè)計(jì)思路作為教學(xué)重點(diǎn)，學(xué)生不具備編程的抽象思維能力。因此，教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，從案例入手，在案例中引出問(wèn)題，在問(wèn)題的解決中消化知識(shí)點(diǎn)，然后再引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題[6]，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)編程思維。

采用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)學(xué)生競(jìng)賽的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系和分層遞進(jìn)的實(shí)踐項(xiàng)目，將編程能力的培養(yǎng)貫穿于大學(xué)四年的學(xué)習(xí)之中，讓編程能力培養(yǎng)在四年學(xué)習(xí)中不間斷，一般學(xué)生的能力得到最大程度的發(fā)揮，優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出，帶動(dòng)和激勵(lì)大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。

在編程能力的后續(xù)培養(yǎng)中，一部分對(duì)編程感興趣的同學(xué)能積極參與各種競(jìng)賽，鍛煉和提升了學(xué)生的能力，另一部分學(xué)生處于自發(fā)的摸索狀態(tài)，缺乏相互的交流與合作，還有大部分同學(xué)放棄了編程學(xué)習(xí)。因此，可將學(xué)生分成各種層次、類(lèi)型的興趣小組，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)交流氛圍，形成激勵(lì)機(jī)制，讓高年級(jí)學(xué)生或者編程能力較強(qiáng)的學(xué)生帶動(dòng)、幫扶中等和較差的學(xué)生，定期舉辦講座等學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，請(qǐng)優(yōu)秀學(xué)生講解學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、開(kāi)發(fā)技巧。鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，以科研促教研，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與工程實(shí)際、科學(xué)研究和社會(huì)應(yīng)用的密切結(jié)合。