C語言程序設計課程中引入機器人工程項目的教學實踐

彭建盛 李笑梅 韋慶進 何奇文 覃勇

【摘要】本文分析C語言程序設計教學現狀，提出引入機器人工程項目的C語言程序設計教學改革，通過機器人工程項目的搭建，激發學生的學習興趣，增強學生的實踐能力。

【關鍵詞】C語言程序設計 機器人工程項目 教學改革

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】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、豐富的數據類型和運算符等諸多優點，使“C語言程序設計”課程成為理工科專業的必修課，且在電氣專業中尤為重要。相比計算機專業的學生，電氣專業的學生在學習這門課時相對較困難，因為他們是第一次接觸程序語言，并且和電氣專業其他專業課聯系不大，學生上機實踐的機會較少，使得學生學完這門課后很快就會忘記。因此，在電氣專業課程中對“C語言”進行教學改革研究是一個迫切需要解決的問題。

一、C語言教學現狀分析

（一）教學大綱安排問題

C語言程序設計課程實踐性非常強，應加大實驗課所占比例。但在河池學院電氣專業教學大綱中“C語言”的實驗課時為32個課時，遠不能滿足教學需要，與課程內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，教學方法單一。

（二）課程內容設置不適應

C語言的基本概念、語法規則繁多，使用靈活，出錯率高，對于首次接觸程序語言的大一學生來說，由于學習自信心不足，普遍存在畏難情緒。教材中的例題程序的規模較小，沒有挑戰性，學生學習興趣不高，學習效果自然不容樂觀。同時，由于上機實踐次數太少，學生不能充分利用C語言去開發項目。

（三）傳統教學方法不適應

C語言是一個應用工具類課程，最理想的學習方法是邊做邊學，放到實際項目中去學。而目前的教學方法多數是課堂授課，其中摻雜少量的上機實踐。

（四）課程應用價值不高

在C語言程序設計教學過程中，由于抽象繁瑣的教學內容、單一的教學手段，使得學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。

（五）課程考核不全面

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

二、教改方案設計

針對上述問題，將機器人工程項目融入C語言程序設計的課程教學中。學生邊學習C語言邊慢慢融入兩輪智能移動機器人工程項目中，現學現用，使得學生更快速掌握c語言并靈活運用。

（一）硬件平臺的選取

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

綜上，本文選用C51單片機AT89S52作為機器人的核心。AT89S52是一種高性能、低功耗的單片機，其穩定性可靠，不需要配合額外的編程機和仿真機使用，學生容易上手。對AT89S52進行C語言編程，使機器人能根據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。機器人平臺如圖1所示。

（二）設計教學項目

1.教改方案設計原則

激發性原則。學生只有對C語言產生興趣，才會積極主動地學習并解決其中的問題，這樣才能提高自身的編程能力，因此在設計教學方案時，應以提高學生興趣為出發點，大膽創新教學內容，激發學生的求知欲。

引導性原則。學生通過實踐操作獲得感性認識，并把理論知識運用于項目實踐當中。實踐教學要能發掘C語言的知識內涵，從易到難，循序漸進，有梯度，從而引導學生深刻理解并消化知識。

多樣性原則。設計教學內容時，通過不同的工程項目來學習和鞏固教學知識點，注重教學活動的多樣性，可以活躍課堂氣氛。

相關性原則。教學內容要緊扣教學大綱、教學目標，與之不相關的內容統統刪掉，從而使教學設計結構緊湊、環環相扣、言之有理。如果條件允許，可以結合企業的實踐項目，發揮出c語言應有的實際價值。

獨立性原則。特意培養學生獨立學習的能力，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，在不斷地發現和解決問題中成長。

2.設計項目

遵照上述教改方案設計原則，并充分利用學院的機器人創新實驗室，整合教學資源，提高學生學習興趣和動手能力，大膽改革，并參照學院C語言教學大綱，最終設計了4個教學項目，如表1所示。

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

（三）課程考核方式設計

課程考核采用平時環節、實驗和期末考核相結合。平時環節主要是通過下達任務，學生根據要求，使機器人實現考核要求，例如如何通過編程使機器人小車實現走矩形的任務。實驗考核即以上機的方式來考核，教師提前將若干題目放置于電腦，學生在規定時間內完成并提交試題。期末考核即閉卷考試，主要考查學生理論知識的掌握程度。通過三者的結合，突破了單一、片面的傳統試卷考核方式，激發了學生的學習緊張感，同時學習積極性也提高了，無論是從理論上還是實踐上，學生都得到了很好的鍛煉。

三、教改方案的創新點

實用性。通過對機器人編程，C語言的各種核心概念與使用規則能夠學以致用。單片機編程方便，能夠快速將機器人和智能傳感器等結合起來，可擴展性大。

系統性。將C語言知識點貫穿到一系列循序漸進的機器人工程項目中，滿足知識構建的原則。

趣味性。引入的機器人工程項目趣味性強，能更好地吸引學生的注意力，激發學習熱情。

新穎性。課程考核方式呈現多樣性，突破了傳統方法。

普及性。為后續與編程相關的課程學習打下一定的基礎。

四、教改成效

教學實踐表明，通過在c語言程序設計中引入機器人工程項目，徹底突破了傳統教學方法，很好地解決了C語言程序設計抽象與難學的問題，課程教學取得了顯著成效。學生對C語言的掌握程度更加牢固，激發了編程熱情，培養了程序算法設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】

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【基金項目】2015年度廣西高等教育本科教學改革工程A類項目“地方本科高校轉型發展形勢下工科專業創新創業人才培養模式的研究與實踐”（2015JGA330）；廣西教育廳精品視頻公開課和在線開放課程“智能機器人設計與制作”；河池學院課堂教學模式改革項目“CDIO教學模式在《機器人設計與制作》課程中的應用”（2015KG14）

【作者簡介】彭建盛（1979一），男，湖南茶陵人，河池學院副教授，高級工程師，博士。

（責編 丁夢）