王曦鳴

摘 要 高職院?！癈語言程序設(shè)計”的傳統(tǒng)教學存在諸多問題。為順應新時代技術(shù)技能人才培養(yǎng)的要求，本文提出將Arduino開源硬件引入高職院?！癈語言程序設(shè)計”課堂教學。嘗試對課堂教學進行實踐探索，提升學生的應用能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，完善高職院校“C語言程序設(shè)計”實踐教學方法，以期達到提高學生的計算思維能力和發(fā)展核心素養(yǎng)的目標。

關(guān)鍵詞 C語言程序設(shè)計 Arduino 教學研究

中圖分類號：G424? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.12.052

The Application of Arduino in the Teaching Reform of

"C Language Programming" in Higher Vocational Colleges

WANG Ximing

（Intelligent Equipment Technology College， Hunan Vocational College of Science & Technology， Changsha， Hunan 410004）

Abstract There are many problems in the traditional teaching of "C language programming" in higher vocational colleges. In order to meet the requirements of technical and technical personnel training in the new era， this paper proposes to introduce Arduino open-source hardware into the classroom teaching of "C language programming" in higher vocational colleges. Try to explore the practice of classroom teaching， improve students' application ability， cultivate students' innovative spirit， improve the practice teaching method of "C language programming" in higher vocational colleges， in order to achieve the goal of improving students' computing thinking ability and developing core literacy.

Keywords C Language Programming; Arduino; teaching design

2019年國務院發(fā)布的《國家職業(yè)教育改革實施方案》中明確指出職業(yè)教育要以促進就業(yè)創(chuàng)業(yè)和適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導向，培養(yǎng)高素質(zhì)勞動者和技術(shù)技能人才。[1]這為高等職業(yè)教育指明了以就業(yè)創(chuàng)業(yè)為導向、以實踐應用能力培養(yǎng)為目標的人才培養(yǎng)方向。“C語言程序設(shè)計”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及機械、電子、計算機、自動化、機器人等多個專業(yè)，需要積極向應用型、創(chuàng)新型教學方向轉(zhuǎn)變，才能順應新時代技術(shù)技能人才培養(yǎng)的需要。

1高職院校C語言程序設(shè)計教學中存在的問題

（1）教材內(nèi)容陳舊，與非計算機專業(yè)的應用脫節(jié)。我國大部分理工科專業(yè)都開設(shè)了“C語言程序設(shè)計”課程，所采用教材大多以譚浩強主編的《C語言程序設(shè)計》為藍本。這類教材的內(nèi)容按照“C語言程序設(shè)計”的知識體系進行安排，從數(shù)據(jù)類型、變量與常量、運算符與表達式等基礎(chǔ)知識，到順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計，再到數(shù)組、函數(shù)和指針，從易到難，符合學生的認知規(guī)律。但也存在一些問題，主要體現(xiàn)在偏重于基礎(chǔ)知識，與非計算機專業(yè)應用聯(lián)系不緊。學生往往由于基礎(chǔ)知識的枯燥乏味，沒有興趣學。例如，程序設(shè)計的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的教學案例大都采用簡單的數(shù)學運算題，對數(shù)學不感興趣的學生就會感到很無聊，更談不上興趣。數(shù)組、函數(shù)、指針等的教學案例涉及排序、查找、插入等各類算法，對學生來說，函數(shù)、指針等概念不易理解，一些算法又具有一定難度。非計算機專業(yè)的學生更認為自己將來不做程序員，沒有興趣學習。教材中使用的C語言編程軟件主要是Turbo C或Visual C++，這兩款軟件很早就停止了版本更新，行業(yè)內(nèi)公司大多也不再使用。這些都顯得教材內(nèi)容相對陳舊，與非計算機專業(yè)的應用完全脫節(jié)，沒能與時俱進。

（2）教學方法相對單一，難以達到培養(yǎng)目標。在高職院校傳統(tǒng)的“C語言程序設(shè)計”教學中，許多教師重視基礎(chǔ)知識、算例算法的講解和演示，然后學生進行模仿編程操作。這種傳統(tǒng)的教學方法在“C語言程序設(shè)計”課程的教學中產(chǎn)生了許多問題。學生看老師分析和演示覺得簡單，跟著老師做勉強能做出來，自己獨立面對問題就難以下手。許多學生即使自己編了程序，也弄不清楚，說不出來，更談不上與人合作。這些都與所采用的教學方法息息相關(guān)。而且，這種相對單一的教學方法與相對枯燥的教學內(nèi)容相結(jié)合，往往使得課堂氣氛沉悶，很容易讓學生喪失學習的興趣，也就談不上提升學生的應用能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)和發(fā)展學生的計算思維和核心素養(yǎng)。

（3）學習評價體系不完善，影響學生能力素養(yǎng)的提高。高職院校傳統(tǒng)的“C語言程序設(shè)計”學習評價體系不夠完善。許多教師受到應試教育理念的影響，對學生學習效果的評估，往往使用期末考試成績作為評估標準。只關(guān)注學生掌握知識的程度，不關(guān)注學生的能力素養(yǎng)的培育。要培養(yǎng)高素質(zhì)勞動者和技術(shù)技能人才，教師不僅要關(guān)注學生的知識學習效果，還需要更加關(guān)注學生的科學思維品質(zhì)和應用創(chuàng)新能力。因此，要積極的完善“C語言程序設(shè)計”學習評價體系，以促進學生能力與素養(yǎng)的提高。

2 Arduino開源硬件平臺的介紹

Arduino是一款開源的單片機平臺，它廣泛應用于機器人、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計以及創(chuàng)客教育等多個領(lǐng)域。Arduino能夠讀取開關(guān)和傳感器信號，控制各式各樣的電燈、電機和其它物理設(shè)備。Arduino的理念是開源，其軟硬件完全開放，其外圍很多常用的I/O設(shè)備帶有庫文件或樣例程序，只需要進行簡單修改，就能編寫出比較復雜的程序。[2]學生即使不了解Arduino內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和寄存器，只要會C語言就可以使用它設(shè)計制作各種創(chuàng)意作品。它既有對電腦配置要求不高的專門的開發(fā)環(huán)境Arduino IDE，同時又兼容功能強大的Visual studio 2017。它既能幫助學生了解C語言在機電產(chǎn)品設(shè)計中的應用，提高學生的學習興趣，又能將實踐應用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的培育落到實處。因此，Arduino單片機是尚未學習單片機等后續(xù)專業(yè)課程的學生學習C語言的有利工具。

3 Arduino在高職院?！癈語言程序設(shè)計”教學中的實踐

（1）教學內(nèi)容增加基于Arduino開源硬件的C語言程序設(shè)計與開發(fā)項目。如前所述，傳統(tǒng)的“C語言程序設(shè)計”教材內(nèi)容與非計算機專業(yè)的應用脫節(jié)，難以激發(fā)學生的學習興趣。因此，基于Arduino開源硬件的C語言程序設(shè)計與開發(fā)的教學內(nèi)容應結(jié)合應用，幫助學生學習C語言相關(guān)編程知識，注重激發(fā)學生的學習興趣。比如，學習選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計if語句時，讓學生用三個發(fā)光二極管、三個按鈕開關(guān)及一個Arduino主板制作一個搶答器，進行C語言選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的學習。學生需要根據(jù)Arduino的輸入搶答信號，編程控制相應選手的發(fā)光二極管點亮。講到函數(shù)時，讓學生用一個超聲波傳感器、一個Arduino主板做一個超聲測距實驗。學生通過使用Arduino庫函數(shù)，并嘗試編寫超聲測距自定義函數(shù)，加深對函數(shù)概念的理解，學習C語言編程中函數(shù)的定義和調(diào)用。又比如講到數(shù)組時，讓學生使用Arduino主板、舵機、LCD顯示器，在舵機的編程控制和LCD顯示控制項目編程實踐中，學習和掌握一維數(shù)組、二維數(shù)組、字符數(shù)組等相關(guān)C語言編程知識。通過諸如此類的教學內(nèi)容，加強學生對C語言在機電專業(yè)應用領(lǐng)域運用的了解，激發(fā)學生的學習興趣。

（2）教學方法采用基于Arduino項目的“愛他德”[3]教學法。“C語言程序設(shè)計”的教學方法要結(jié)合學科和專業(yè)的特點，注重學科核心素養(yǎng)和專業(yè)應用能力的培養(yǎng)目標，構(gòu)建以學生為主體的實踐活動體系，引導學生進行實踐創(chuàng)新活動。基于Arduino項目的“愛他德”教學法強調(diào)以基于Arduino的項目為中心的教學設(shè)計，通過引導任務（Act）、知識點引入（Induce）、知識點講解（Teach）、應用任務（Utilize）、主題討論（Discuss）五個教學環(huán)節(jié)，構(gòu)建“做中學，學中做，做中教、教中做”教學做一體化的教學模式。教師圍繞基于Arduino開源硬件的C語言程序設(shè)計與開發(fā)項目，完成C語言編程知識的組織和整合，通過引導學生在項目實施、活動探究、作品制作、成果分享和評價等實踐活動中達成教學目標，幫助學生系統(tǒng)地構(gòu)建知識（圖1）。

圖1 基于Arduino項目的“愛他德”教學流程圖

（3）采用綜合的學習評價方式，注重學生綜合能力的培養(yǎng)。為了避免單一的以學期末的卷面成績作為評價，采用項目過程考核與期末考核相結(jié)合的學習效果評估方式。項目過程考核，是指根據(jù)各小組完成項目引導任務及應用任務的結(jié)果，綜合團隊應用創(chuàng)新、交流合作情況等給出考核成績。期末考核，由學生在期末試題庫中隨機抽取1套試題，上機完成C語言編程測試。鼓勵學生制作和完成一個綜合應用產(chǎn)品，并允許以此代替期末考核。學生在項目實施的過程中不僅學習到C語言編程知識，而且獲得了與機電專業(yè)相關(guān)的項目開發(fā)經(jīng)驗，提升了分析問題、用計算機解決實際問題的應用能力，形成一定的實踐創(chuàng)新意識。

4 結(jié)語

在高職院校“C語言程序設(shè)計”教學的教學改革中，應根據(jù)學科核心素養(yǎng)和專業(yè)應用能力的培養(yǎng)目標，立足于學生未來發(fā)展需要，合理設(shè)置課程內(nèi)容，加強師資隊伍建設(shè)。引入基于Arduino開源硬件的C語言程序設(shè)計與開發(fā)項目，運用以行動為導向的“愛它德”教學法，讓學生增長知識，提高應用能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。

課題項目：湖南科技職業(yè)學院校級教育教學改革研究項目，項目名稱是《能力培養(yǎng)導向的“C語言程序設(shè)計”教學設(shè)計研究》，（編號：KJJYYB201811）

參考文獻

[1] 中國中央人民政府官方網(wǎng)站.國務院關(guān)于印發(fā)國家職業(yè)教育改革實施方案的通知[EB/OL].[2019-1-24].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-02/13/content_5365341.htm.

[2] 王俊，張玉璽，劉寒穎.單片機基礎(chǔ)與Arduino應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

[3] 王吉連.AITUD教學模式——一種便于普及的教學做一體化教學模式[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2011（5）：101-103.