多课程融合的C语言课程教学探索_吴家洲.pdf
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1、 第 卷 第 期 年 月:多 课 程 融 合 的 语 言 课 程 教 学 探 索吴家洲,张 胜,刘 君(南昌航空大学 信息工程学院,南昌)摘 要:针对 语言程序设计中编程思维普遍欠缺的问题,以微课形式增加了计算机基本理论内容,加强对程序深入理解。采用课前线上视频 课堂项目驱动 课后线上训练的混合教学模式,培养学生程序设计与分析能力。引入嵌入式系统设计实验,使学生熟悉程序的应用场景。教学实践表明,经过课程学习,学生能够通过程序设计解决一般的工程应用问题,具有基本的编程思维。关键词:多课程融合;语言;教学改革;混合式教学中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,:;收稿日期:基金项目:国家
2、自然科学基金项目(,);江西省教改项目()作者简介:吴家洲(),男,江西南昌人,博士,讲师,主要研究方向为图像处理、机器学习和嵌入式系统设计。:引 言工业软件的发展被列为当前科技攻关最紧急和最迫切的问题之一。语言作为基础性的开发软件,同时具备底层和高级语言开发的特性,重要性无可替代。、和 等代表性操作系统的大部分代码由 语言编写,办公软件、数据库和邮件系统等用户级别开发也离不开 语言。国内外大学大量工科类专业把 语言作为学生学习程序设计的入门语言,并且对课程教学改革做了很多有益的尝试。计算思维是把待求问题用特定符号描述出来,同时依据模块之间关系建立模型,利用计算机的思维方式对模型自动求解的过程
3、。文献中采用计算思维方式详细描述了 语言程序中的抽象模块,在 寄存器的控制下实现程序的自动执行。计算思维在课程的理论、实践和线上 教学过程中,都取得了较好的效果。随着信息技术的发展,以线上视频和线上测试为基础的翻转课堂在教学中发挥重要作用。此外,以学科竞赛和项目驱动为引导的 语言教学被广泛采用。近年来,结合计算机硬件的软件类课程教学越来越受到重视,并且出版了相关教材。然而,语言教学一直存在两个主要问题:基于语言层面的教学,没有结合支撑程序运行的硬件和操作系统相关理论,侧重于数据结构和算法,对程序运行本质缺乏基本认识,不能深入完整理解代码的执行过程;对于大一新生,第 卷语言与高中及以前所学知识缺
4、乏延续性,上大学之前绝大部分学生没有经过这方面训练和培训,不具备基本的编程思维。依据 语言与计算机原理课程的联系,通过微课形式补充计算机基本理论知识,加深学生对 语言程序执行过程的全面理解。本文采用线上线下的混合教学方法,并增开了简单的嵌入式系统实验,使学生明确程序设计的具体应用。多课程融合的教学内容与 语言相关的计算机基本理论课程主要包括:嵌入式系统设计、计算机组成原理和计算机控制系统等。计算机组成原理是学习计算机理论的入门课程,介绍了计算机系统的整体结构和各组成模块内容;嵌入式系统就是一个微型计算机系统,有自己的硬件结构和操作系统;计算机控制系统主要讲述的是计算机在控制领域的具体应用。选取
5、计算机组成原理和嵌入式系统(内核)两门课中与 语言程序设计相关的内容,制作成微课视频,供学生课外学习,其中的重点内容也会在理论课上详细讲解。教学内容及对应关系如表 所示,其中,指令的执行过程、存储器映射、寻址方式和栈是 语言程序设计中重要的理论支撑,是培养学生程序设计能力和编程思维的核心内容。表 语言教学内容及与计算机原理的对应关系 语言计算机组成原理嵌入式系统设计数据类型数据的表示和算术运算过程 种控制结构指令的执行过程,程序计数器(),中断等数组数据的存储方式函数函数的调用与栈的关系指针存储器映射和寻址方式输入 输出 与外设的信息交换 实践性环节,引入了 微控制器的基本实验:流水灯控制,使
6、学生对 语言实际应用有初步认识。学生不仅能用 语言编程进行算法设计,也能进行硬件接口的驱动设计。线上线下混合的教学模式 语言课程知识点繁多且零散,教学内容前后交叉,再加上补充的计算机原理类知识,显然仅仅通过课堂教学很难完成教学任务。课程采用线上线下混合式的教学方法:课前学生在超星网络教学空间观看微课视频,自学 语言基本语法和简单的计算机基础知识。理论课以多个小项目为驱动,引导学生综合应用所学语法知识,采用计算思维模拟计算机执行过程来思考和设计程序,培养学生程序设计与分析能力。课后采用线上刷题方式巩固所学知识点,鼓励学生在蓝桥杯设计大赛题库及国内外高校 题库进行大量的训练。根据布拉姆教育目标分类
7、理论,听课、看视频和作业训练属于认知的最低层次,是学习知识的最基本要求。想要形成编程思想,必须对大量程序进行分析、归纳和评估。只有不断地经过“调试 修改 再调试 再修改”循环,才能掌握程序设计要点,逐步形成编程思维。多年教学实践也表明,要切实提高学生编程能力,大量的编程训练必不可少。教学案例分析 语言课程主要教学内容如表 所示,包括:程序设计的基本语法;简单的数据结构与算法设计。由于课程开课时间一般在大一上学期,而计算机组成原理和 嵌入式系统体系结构本身就比较复杂,因此采用微课方式补充少量基础的计算机原理知识。使得学生不仅知道 语言语法规定,还知道为什么要这样规定,这样规定的理论依据是什么。.
8、程序的执行过程 计算机的中央处理器 不能识别 语言编写的程序代码,程序需要编译链接转变成二进制机器码才能在硬件上执行。由图 可知,程序的运行过程为:从存储器读取指令,将指令解码并生成控制信号,同时,程序计数器 自动指向下一个地址;依据 控制器发出的指令从数据区读取待处理的数据并暂存在 的寄存器中,算术逻辑运算单元 按照控制器指令从 寄存器取出数据完成相关的运算,并将计算结果返回给数据区。图 程序的执行过程 从程序在硬件上运行过程可以看出:代码执行时,将指令代码和数据分别存放在内存的不同位置,从内存中读取数据在 中完成计算,并将计算结果返回给数据区;的频率大小影响程序执行的效率,程序执行也离不开
9、操作系统的支持。程序代码按照从上到下的顺序执行,是由于程序计数器 第 期吴家洲,等:多课程融合的 语言课程教学探索自动指向下一个地址的结果。语言在语法层面的规定是硬件层实现的体现。.数据的表示计算机处理的数据可分为数值型数据和非数值型数据,其发展初期主要是数值计算。计算机硬件由数字逻辑电路组成,只能识别高、低电平。内部机器码由,二进制组成,一般情况下,“”代表低电平;“”代表高电平。依据人们对数据认识的先后顺序,介绍常用的正数和负数、整数和小数在计算机内部硬件层的表示,以及简单的整数加减运算过程,逐步培养学生兴趣,强化学生对编程语言的感性认知。正数的二进制原码、反码和补码是相同的,负数的二进制
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