Proteus與Keil軟件在“C語言”教學過程中的應用

王艷艷 張榮國 羅曉鋒

(1.內(nèi)蒙古科技大學 礦業(yè)與煤炭學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.太原科技大學 計算機學院，山西 太原 030024)

隨著計算機技術(shù)普遍應用于電氣工程領域，對學生進行計算機技術(shù)基礎教育勢在必行，C語言集高級語言和低級語言的優(yōu)點于一身，成為高校計算機技術(shù)基礎教學的首選必修課。受課程設置及學時的影響，目前，“C語言”是我院電氣類專業(yè)學生的必修課，其它專業(yè)的選修課，開設該課程旨在提高學生的邏輯思維能力和實際編程技能，為后繼的《單片機與接口技術(shù)》課程及其他程序設計課程的學習和應用打下堅實基礎。由于我院一直將煤炭、冶金作為主體專業(yè)，面向科研、生產(chǎn)一線，服務于自治區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，為工礦企業(yè)培養(yǎng)大批急需的研究型及技術(shù)型人才，因此這門課程對我院的其它專業(yè)，如機電一體化、機械制造與自動化等具有同等意義。

“C語言”是電氣自動化專業(yè)程序語言必修課程，“單片機”是一門應用型課程，這兩門課程對電氣專業(yè)的大學生將來的發(fā)展起著舉足輕重的作用[1]。學習“C語言”是為能更好學習 “單片機”；在單片機的學習過程中，又可以提升程序設計能力。因此這兩們課程的學習是相輔相成[2]，但就目前的實際情況而言，兩門課程是完全割裂的，這是由于目前的教學現(xiàn)狀造成的。

1 目前的教學現(xiàn)狀

1.1 “C語言”教學中存在的問題

多年來，筆者一直承擔電氣專業(yè)“C語言”這門課的教學任務，通過日常觀察及與學生的交流發(fā)現(xiàn)，大部分學生反映上課時都能聽懂，可動手編寫程序時無從下手。存在的問題主要有以下幾方面：

1)學生不知道為什么要學習“C語言”，學完后有什么用，因此對該課程沒有興趣。目前由于大學生自身能力水平的原因，對程序語言的學習容易產(chǎn)生枯燥難懂并且厭惡的情緒，他們認為這門課就是介紹關(guān)于C語言本身的一些語法規(guī)則，只能輸出一些黑底白字的結(jié)果，對以后的學習、就業(yè)和發(fā)展沒有什么影響，所以學生不愿學。

2)C語言本身的特點增加了學習難度。C語言是學生接觸的第一門程序設計語言，具有數(shù)據(jù)類型和運算符豐富、語法限制不嚴格、程序設計自由度大、可由用戶自定義數(shù)據(jù)類型等特點。這種課程內(nèi)容與專業(yè)其它課程內(nèi)容區(qū)別很大，且沒有先序課程起到承上的作用，因此對于初學者來說，會感到突兀，不易接受，因此也增加了學習難度。

3)學生不善于動手，過分依賴課本和教師。C語言的實驗教學往往采取學生模仿實驗指導書的內(nèi)容進行練習，教師答疑輔導的形式。在調(diào)試程序的過程中，大部分同學看不懂給出的錯誤信息，基本是靠教師指點，學生過分依賴教師，沒有達到提高獨立設計、調(diào)試程序能力的目的。

1.2 “單片機”教學中存在的問題

1)單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，電路設計難度大。學生很難弄清楚清楚單片機的工作原理，學習起來勢必吃力，部分學生將會失去興趣。在教學的過程中難免出現(xiàn)注重理論而輕實踐狀況。

2)匯編語言晦澀難懂。好多教材陳舊，往往以匯編語言作為編程工具，而匯編語句抽象，可讀性差，學生難理解；編程效率低，學生學習難度大；代碼結(jié)構(gòu)復雜，難以維護、更新。

3)缺少綜合設計能力的培養(yǎng)。由于學時的限制，課堂的試驗基本上是些驗證性的小實驗，沒有一些綜合性的試驗，既可以考查學生的硬件設計能力，又可以鍛煉學生的軟件編程能力。因而，不能調(diào)動學生學習的積極性。

因而多年來，學生不愿學習“C語言”，更不愿意學習“單片機”。學完“C語言”的不知道其用途，學完便忘；學習“單片機“的學生，感覺單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯綜復雜，難以理解，到最后，連最基本的程序也無法完成。

因此，通過對上述這兩門課程的教學現(xiàn)狀的分析發(fā)現(xiàn)，之所以這兩門課難教難學，其根本原因是由這兩門課的教學過程完全割裂導致的。因此，提出把Proteus與Keil軟件融入到“C語言”教學中，即對一個實例，先用proteus繪制出電路圖，再在keil中用C語言編寫程序，通過將keil程序與proteus電路聯(lián)調(diào)，就可以看到keil程序的運行效果，很自然地將“C語言”與“單片機”這兩門課程結(jié)合起來從而進行整合式教學。

2 改革的可行性

2.1 Proteus和 Keil軟件的特點

Proteus軟件最令人稱贊的是電路原理的仿真功能，除了普通分立器件、小規(guī)模集成器件的仿真功能以外，還具有多種帶有CPU可編程器件的仿真功能，如80C51系列、68系列、PICS系列等；具有多種虛擬儀器幫助完成實時仿真調(diào)試，用于課堂教學也是一種非常好的演示工具。

Keil C51是目前世界上最優(yōu)秀、最強大的51系列單片機開發(fā)應用平臺之一，它集成編輯、編譯、仿真于一體。支持C語言的程序設計，界面友好，易學易用。它內(nèi)嵌的仿真調(diào)試軟件可以讓用戶采用模擬仿真和實時在線仿真兩種方式對目標系統(tǒng)進行開發(fā)。

2.2 整合的前導性知識的掌握

在學習“C語言”之前，“電路基礎”、“模擬電路”等一些學習“單片機”的前導課程已經(jīng)學習結(jié)束，學生對電路設計不會感到十分的困難，學習Proteus軟件容易上手。即使有的同學短時間學不會Proteus軟件，網(wǎng)上大量的電子書、視頻、案例等豐富的proteus教學資源應有盡有，可以選擇有代表性的電路圖下載，直接在Keil中編寫C程序與其聯(lián)接觀看程序的模擬效果。另外，這些在Keil下編譯的C程序，可以隨時修改，直到調(diào)試成功，省時省力，效果良好。

3 改革的步驟

首先，培養(yǎng)學生學習“C語言”的興趣。由于C語言課程是在機房上，有速龍系統(tǒng)電子教室系統(tǒng)，在教師機上的任何操作學生都可以看得見，且每臺學生機上都裝有Proteus和Keil兩個軟件。由于學生還沒有接觸過單片機，C語言編程還剛剛起步，因此，老師可以根據(jù)課程的教學進度選取典型的簡單的例子進行現(xiàn)場模擬示范，利用模擬得到的現(xiàn)象與每句程序語句對應起來進行講解。由于程序的每條語句都與模擬中具體現(xiàn)象相對應，直觀明了，使其知其然，又知其所以然，學生將會產(chǎn)生濃厚的興趣。

其次，教師告訴學生如何對程序進行修改，就可以出現(xiàn)不同的模擬效果，或者指導學生用不同的語句編程實現(xiàn)相同的功能，達到舉一反三的目的。這樣極大地提高了學生的積極性。由于學生的編程積極性提高了，在學習理論課的過程中必將注重每個環(huán)節(jié)，為下一次的實驗課打下良好的基礎。

圖1 為紅綠燈proteus電路圖

圖2 為模擬效果圖

另外，教師在課堂演示或者給同學們上機指導時，對單片機硬件設計進行一些簡單的介紹，雖然學生還不知道單片機硬件的具體功能和結(jié)構(gòu)，但已對單片機硬件有了初步的認識。這些都為后續(xù) “單片機”課程的學習打下堅實的基礎，在講授“單片機”課程的同時，可根據(jù)編程的需要，不斷地滲透C語言的知識，再通過觀察程序驅(qū)動硬件的現(xiàn)象，深入體會單片機的原理。

4 改革試驗與效果

在課堂中，我們引入了“LED模擬交通燈”案例(Proteus電路圖可在網(wǎng)上下載)。模擬效果：當東西向綠燈亮時，南北向的紅燈亮；當四方向的黃燈閃爍后，東西向紅燈亮，南北向的綠燈亮，依次循環(huán)往復。圖1為紅綠燈proteus電路圖。圖2為模擬效果圖。

Keil程序如下：

通過上例我們可以看出，在“C語言”教學過程中，當講完if語句后，學生已經(jīng)可以順利使用if語句編寫該程序，當講完switch語句的語法規(guī)則后，可以讓學生自己動手將上述程序用switch語句來實現(xiàn)，達到舉一反三的目的。將“C語言”知識以一種顯性的方式體現(xiàn)出來，提高教學效果。

5 總結(jié)

在“C語言”的教學過程中，采用任務驅(qū)動教學模式，將Proteus和Keil軟件用于“C語言”課程的教學過程，使得程序效果得以實時模擬與體現(xiàn)，有助于提高學生的學習興趣和創(chuàng)新意識、培養(yǎng)了學生的探究性學習能力；實現(xiàn)了知識循序漸進的傳授，取得了良好的課堂效果。

[1]湯旭慧,等.基于工學結(jié)合的高職電子類專業(yè)C語言教學新模式的探索[J].中國職業(yè)技術(shù)教育教學與教研,2008,4(302):13-14,17.

[2]蘇波,陶寧.“C語言”與“單片機”相結(jié)合的教學研究[J].光學技術(shù)，2010,12(36):108-110.