C語言程序設(shè)計課程中引入機(jī)器人工程項目的教學(xué)實踐

彭建盛 李笑梅 韋慶進(jìn) 何奇文 覃勇

【摘 要】本文分析C語言程序設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀，提出引入機(jī)器人工程項目的C語言程序設(shè)計教學(xué)改革，通過機(jī)器人工程項目的搭建，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的實踐能力。

【關(guān)鍵詞】C語言程序設(shè)計 機(jī)器人工程項目 教學(xué)改革

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）11C-0148-02

C語言憑借其語言簡潔緊湊、使用靈活、豐富的數(shù)據(jù)類型和運算符等諸多優(yōu)點，使“C語言程序設(shè)計”課程成為理工科專業(yè)的必修課，且在電氣專業(yè)中尤為重要。相比計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，電氣專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課時相對較困難，因為他們是第一次接觸程序語言，并且和電氣專業(yè)其他專業(yè)課聯(lián)系不大，學(xué)生上機(jī)實踐的機(jī)會較少，使得學(xué)生學(xué)完這門課后很快就會忘記。因此，在電氣專業(yè)課程中對“C語言”進(jìn)行教學(xué)改革研究是一個迫切需要解決的問題。

一、C語言教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）教學(xué)大綱安排問題

C語言程序設(shè)計課程實踐性非常強，應(yīng)加大實驗課所占比例。但在河池學(xué)院電氣專業(yè)教學(xué)大綱中“C語言”的實驗課時為32個課時，遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)需要，與課程內(nèi)容多和實驗要求高相沖突。由于課堂時間有限，教師只能縮減知識面，快速講解重點知識，教學(xué)方法單一。

（二）課程內(nèi)容設(shè)置不適應(yīng)

C語言的基本概念、語法規(guī)則繁多，使用靈活，出錯率高，對于首次接觸程序語言的大一學(xué)生來說，由于學(xué)習(xí)自信心不足，普遍存在畏難情緒。教材中的例題程序的規(guī)模較小，沒有挑戰(zhàn)性，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果自然不容樂觀。同時，由于上機(jī)實踐次數(shù)太少，學(xué)生不能充分利用C語言去開發(fā)項目。

（三）傳統(tǒng)教學(xué)方法不適應(yīng)

C語言是一個應(yīng)用工具類課程，最理想的學(xué)習(xí)方法是邊做邊學(xué)，放到實際項目中去學(xué)。而目前的教學(xué)方法多數(shù)是課堂授課，其中摻雜少量的上機(jī)實踐。

（四）課程應(yīng)用價值不高

在C語言程序設(shè)計教學(xué)過程中，由于抽象繁瑣的教學(xué)內(nèi)容、單一的教學(xué)手段，使得學(xué)生雖然掌握了大量的理論知識，但面對實際的工程問題時仍然束手無策，即理論與實際在一定程度上脫節(jié)。

（五）課程考核不全面

傳統(tǒng)考試注重考查語法知識和在紙上手寫程序代碼，缺乏對程序調(diào)試和錯誤檢查等更重要的內(nèi)容的考查。同時，手寫程序容易出錯，很難寫出可以運行的程序。

二、教改方案設(shè)計

針對上述問題，將機(jī)器人工程項目融入C語言程序設(shè)計的課程教學(xué)中。學(xué)生邊學(xué)習(xí)C語言邊慢慢融入兩輪智能移動機(jī)器人工程項目中，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，使得學(xué)生更快速掌握C語言并靈活運用。

（一）硬件平臺的選取

目前，C51單片機(jī)、AVR單片機(jī)是機(jī)器人平臺芯片的常用選擇。AVR單片機(jī)的編程有特定的環(huán)境要求，其運算能力很強，在實際生產(chǎn)中使用廣泛。但其功能寄存器多，不適宜初學(xué)者使用。而C51單片機(jī)電路簡單、抗干擾能力強、性價比高，編程也比較容易，適合入門級的學(xué)生。

綜上，本文選用C51單片機(jī)AT89S52作為機(jī)器人的核心。AT89S52是一種高性能、低功耗的單片機(jī)，其穩(wěn)定性可靠，不需要配合額外的編程機(jī)和仿真機(jī)使用，學(xué)生容易上手。對AT89S52進(jìn)行C語言編程，使機(jī)器人能根據(jù)其傳感器檢測出的信息做出決策，并做一些簡單的動作或運動，以完成智能控制的任務(wù)。機(jī)器人平臺如圖1所示。

（二）設(shè)計教學(xué)項目

1.教改方案設(shè)計原則

激發(fā)性原則。學(xué)生只有對C語言產(chǎn)生興趣，才會積極主動地學(xué)習(xí)并解決其中的問題，這樣才能提高自身的編程能力，因此在設(shè)計教學(xué)方案時，應(yīng)以提高學(xué)生興趣為出發(fā)點，大膽創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

引導(dǎo)性原則。學(xué)生通過實踐操作獲得感性認(rèn)識，并把理論知識運用于項目實踐當(dāng)中。實踐教學(xué)要能發(fā)掘C語言的知識內(nèi)涵，從易到難，循序漸進(jìn)，有梯度，從而引導(dǎo)學(xué)生深刻理解并消化知識。

多樣性原則。設(shè)計教學(xué)內(nèi)容時，通過不同的工程項目來學(xué)習(xí)和鞏固教學(xué)知識點，注重教學(xué)活動的多樣性，可以活躍課堂氣氛。

相關(guān)性原則。教學(xué)內(nèi)容要緊扣教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)，與之不相關(guān)的內(nèi)容統(tǒng)統(tǒng)刪掉，從而使教學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)環(huán)相扣、言之有理。如果條件允許，可以結(jié)合企業(yè)的實踐項目，發(fā)揮出C語言應(yīng)有的實際價值。

獨立性原則。特意培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)的能力，獨立查閱資料、解決問題的能力，獨立完成某個小項目或者小模塊的能力，在不斷地發(fā)現(xiàn)和解決問題中成長。

2.設(shè)計項目

遵照上述教改方案設(shè)計原則，并充分利用學(xué)院的機(jī)器人創(chuàng)新實驗室，整合教學(xué)資源，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動手能力，大膽改革，并參照學(xué)院C語言教學(xué)大綱，最終設(shè)計了4個教學(xué)項目，如表1所示。

學(xué)習(xí)C語言最主要的目的是為提高學(xué)生的編程能力打下一定的基礎(chǔ)，并能獨自編寫程序以解決一些簡單的實際問題，因此將機(jī)器人工程項目貫徹到教師的教與學(xué)生的學(xué)的過程中，能夠滿足教學(xué)目標(biāo)的要求和人才培養(yǎng)的要求。

（三）課程考核方式設(shè)計

課程考核采用平時環(huán)節(jié)、實驗和期末考核相結(jié)合。平時環(huán)節(jié)主要是通過下達(dá)任務(wù)，學(xué)生根據(jù)要求，使機(jī)器人實現(xiàn)考核要求，例如如何通過編程使機(jī)器人小車實現(xiàn)走矩形的任務(wù)。實驗考核即以上機(jī)的方式來考核，教師提前將若干題目放置于電腦，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成并提交試題。期末考核即閉卷考試，主要考查學(xué)生理論知識的掌握程度。通過三者的結(jié)合，突破了單一、片面的傳統(tǒng)試卷考核方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)緊張感，同時學(xué)習(xí)積極性也提高了，無論是從理論上還是實踐上，學(xué)生都得到了很好的鍛煉。

三、教改方案的創(chuàng)新點

實用性。通過對機(jī)器人編程，C語言的各種核心概念與使用規(guī)則能夠?qū)W以致用。單片機(jī)編程方便，能夠快速將機(jī)器人和智能傳感器等結(jié)合起來，可擴(kuò)展性大。

系統(tǒng)性。將C語言知識點貫穿到一系列循序漸進(jìn)的機(jī)器人工程項目中，滿足知識構(gòu)建的原則。

趣味性。引入的機(jī)器人工程項目趣味性強，能更好地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

新穎性。課程考核方式呈現(xiàn)多樣性，突破了傳統(tǒng)方法。

普及性。為后續(xù)與編程相關(guān)的課程學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。

四、教改成效

教學(xué)實踐表明，通過在C語言程序設(shè)計中引入機(jī)器人工程項目，徹底突破了傳統(tǒng)教學(xué)方法，很好地解決了C語言程序設(shè)計抽象與難學(xué)的問題，課程教學(xué)取得了顯著成效。學(xué)生對C語言的掌握程度更加牢固，激發(fā)了編程熱情，培養(yǎng)了程序算法設(shè)計能力和邏輯思維能力，從而使求解問題的算法更加多樣性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]譚浩強.C 程序設(shè)計第四版[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010

[2]尹華，肖隨貴.在C語言實驗課程中引入教育機(jī)器人的教學(xué)改革思考[J].教育與職業(yè)，2009（33）

[3]鄭征，吳云潔.自動化專業(yè)“C語言程序設(shè)計”教學(xué)思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013（6）

[4]焦計劃.基于AVR機(jī)器人的C語言項目式教學(xué)設(shè)計[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012（8）