嵌入式C语言实验教学方法探讨
中图分类号：TP368 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）09-0137-02
Experimental Teaching Discussion of Embedded C Programming//Nie Bing， Gao Li， Li Xiumei， Li Wen
Abstract Regarding to the problem of embedded C programming’s experimental teaching， new teaching methods and forms are discussed， new experimental system is proposed. Using Proteus simulation software in the experimental teaching of embedded C. It resolves the problem of hardware platform shorts. For students， practical ability in the embedded field is improved； it provides a new approach for Experiment Teaching of embedded C.
Key words embedded C programming； experimental teaching； Proteus
嵌入式系统是当今热门的计算机应用领域之一，通用计算机的新技术、新观念正逐步移植到嵌入式系统中。嵌入式C语言以开发速度快、可读性好、工作效率高等优势逐渐取代了汇编语言成为嵌入式系统的主要开发工具。为了适应形势的发展，很多工科院校开设了嵌入式C语言程序设计课程，将其作为嵌入式方向的主干课程。该课程具有较强的实践性和应用性，将培养学生分析和解决实际问题的能力作为教学核心内容。在教学环节中，如何将理论与实践有机结合，充分调动学生的学习积极性，培养适应社会需要的嵌入式开发人才，是任课教师需要重点探讨的问题。
1 实验教学面临的主要问题
大连交通大学于2006年在软件工程专业嵌入式方向开设了嵌入式C语言程序设计课程，采用文献[1]作为教材。文献[1]除了介绍单片机C语言的基础概念，重点讲述8051单片机的C语言应用：内部资源、扩展资源以及人机交互的C语言编程等方面的内容。课程设置为48学时，理论学时和实验学时各占一半。设置多学时的实验教学，让学生能够在具体应用中对嵌入式系统内部结构和工作原理有更深刻的理解，更直观地体会嵌入式C语言与标注C语言的差别。
现阶段的实验利用实验教学平台完成。学生根据实验指导书的要求完成Keil C51开发环境与开发流程，中断、定时器/计数器的使用等基础实验。实验内容简单，验证性实验较多，学生流于形式，照本宣科完成实验的操作，很难真正掌握嵌入式C语言的本质，不利于对实际嵌入式系统的探究及创新能力的培养。在这种情况下，对现有的实验教学环节进行适当的改革就显得尤为重要。
2 实验教学的改革思路
为了激发学生的学习兴趣，增强学生的创新能力，应该对原有的实验教学模式进行必要的改革，丰富原有的实验教学内容，通过实验教学调动学生的探知意识，重视学生对嵌入式系统知识获得的过程与掌握方法，培养学生的创新精神和解决实际问题的能力。
2.1 新实验教学体系的建立[2]
课程原有的实验教学内容单一，演示性和验证性的内容较多，学生的创新思维受到限制，缺乏主动探究问题的热情。为了提高学生的学习兴趣，转变原来的教学模式，利用新的“基础层―综合层―提高层”三层实验教学体系，分层次开展实验教学[2-3]。
1）基础层。注重基本概念的培养。根据实验指导书的要求，了解Keil C51软件开环境使用方法，设计简单的嵌入式C语言程序并完成调试。通过编写程序，掌握搭建基本开发环境、编译调试的方法。
2）综合层。在基础层的验证性实验基础上，运用课程中断、定时器/计数器、键盘与显示相关知识，构建具有实际应用价值的嵌入式应用系统，完成复杂的综合实验。通过这些实验，学生将单片机等嵌入式设备与C语言有机结合，更加深入地理解C语言在嵌入式系统中的应用，突出“嵌入式C语言”的特色。
3）提高层。除了在规定的24学时内完成以上实验教学安排，为能力较强的学生提供深入学习的机会，通过项目实训、电子设计竞赛与毕业设计等形势让学生得到锻炼。学生除了需要掌握嵌入式C语言相关基础知识，还要对电路设计、单片机与嵌入式系统硬件有一定的了解，能够进行软硬件设计与调试。通过对复杂系统的深入学习与实践参与，有助于培养学生的实践创新意识与基本能力、团队协作精神和理论联系实际的学风，有助于学生工程实践素质的培养，提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。
2.2 实验内容的设计
新的实验教学体系将嵌入式C语言的实验教学内容分成3个不同的阶段，在规定的学时内计划完成的实验教学内容如表1所示。
2.3 Proteus仿真软件的使用
传统的实验教学需要配备专门的硬件实验箱。由于硬件实验平台的局限，上节提出的自主创新实验环节无法开展。为了摆脱传统硬件平台的束缚[4]，在实验教学中引入Proteus仿真软件是个很好的选择。
Proteus软件是英国Labcenter Electronics公司出版的EDA仿真工具软件，它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。使用Proteus仿真软件，实现单片机仿真和SPICE电路仿真相结合[5]，接口电路功能相同，采用的硬件设备不同，对学生思路的扩展和学习兴趣的提高有很大帮助。Proteus仿真软件支持主流单片机系统的仿真，可以在一定程度上减少实际硬件设备的投入和对设备的维护成本。学生可利用仿真软件自己安排实验内容，将实际工程问题放在软件环境中模拟，调试通过后，再将其移植到一个具体的硬件电路，让学生了解仿真软件和具体的工程实践结合方法，并节省因方案不正确造成的硬件浪费。 将Proteus软件与Keil C51引入实验教学，实现理论和实践教学的有机结合，学生可以发挥自己的自主性、能动性，从搭建硬件电路开始，测试电路、编写程序、调试程序，从而完成实验。这样能够激发学生的学习兴趣，开阔学生的思维，更深刻培养学生算法设计的基本思想和程序设计的基本技能，提高学生解决实际工程问题的能力[6]。
2.4 成绩评定标准的改革
在嵌入式C语言教学过程中，实验教学的比重和难度有所增加。为了将嵌入式C语言的理论知识与实际应用结合，增强学生的创新精神和实践动手能力，对课程原有的成绩评定标准也应该作出相应调整。原有的课程考核以期末书面笔试为主，占总评成绩的80%。改革之后的成绩评定分成4部分，期末书面考试50%，基础实验20%，综合实验10%，以及平时成绩10%。期末考试主要考核学生对嵌入式C语言相关内容的总体掌握情况；基础实验和综合实验是实验内容中的前6个实验，主要考核学生的实际动手能力，相关实验必须使用Proteus仿真软件仿真通过，根据实际的完成情况给出相应的成绩。通过对成绩评定标准的改革，加大对实践能力的考核，摆脱过去对知识的掌握依靠死记硬背的弊病，让学生真正从实践中学会主动发现问题并解决问题，在实践中升华知识。
3 结束语
在嵌入式C语言的教学中，不断改革教学方法，丰富教学内容，以学生为主体，让学生更多地从实际应用中彻底理解和掌握单片机及嵌入式系统的工作原理，从根本上解决理论与实践脱节的问题。
- 上一篇：初探初中信息技术分层教学
- 下一篇：浅谈数控专业课程一体化教学优势
