Arduino在高職院校“C語言程序設計”教學改革中的應用

王曦鳴

摘 要 高職院校“C語言程序設計”的傳統教學存在諸多問題。為順應新時代技術技能人才培養的要求，本文提出將Arduino開源硬件引入高職院校“C語言程序設計”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，培養學生的創新精神，完善高職院校“C語言程序設計”實踐教學方法，以期達到提高學生的計算思維能力和發展核心素養的目標。

關鍵詞 C語言程序設計 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年國務院發布的《國家職業教育改革實施方案》中明確指出職業教育要以促進就業創業和適應產業發展需求為導向，培養高素質勞動者和技術技能人才。[1]這為高等職業教育指明了以就業創業為導向、以實踐應用能力培養為目標的人才培養方向。“C語言程序設計”作為一門專業基礎課程，涉及機械、電子、計算機、自動化、機器人等多個專業，需要積極向應用型、創新型教學方向轉變，才能順應新時代技術技能人才培養的需要。

1高職院校C語言程序設計教學中存在的問題

（1）教材內容陳舊，與非計算機專業的應用脫節。我國大部分理工科專業都開設了“C語言程序設計”課程，所采用教材大多以譚浩強主編的《C語言程序設計》為藍本。這類教材的內容按照“C語言程序設計”的知識體系進行安排，從數據類型、變量與常量、運算符與表達式等基礎知識，到順序結構、循環結構、選擇結構程序設計，再到數組、函數和指針，從易到難，符合學生的認知規律。但也存在一些問題，主要體現在偏重于基礎知識，與非計算機專業應用聯系不緊。學生往往由于基礎知識的枯燥乏味，沒有興趣學。例如，程序設計的順序結構、選擇結構、循環結構的教學案例大都采用簡單的數學運算題，對數學不感興趣的學生就會感到很無聊，更談不上興趣。數組、函數、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、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，行業內公司大多也不再使用。這些都顯得教材內容相對陳舊，與非計算機專業的應用完全脫節，沒能與時俱進。

（2）教學方法相對單一，難以達到培養目標。在高職院校傳統的“C語言程序設計”教學中，許多教師重視基礎知識、算例算法的講解和演示，然后學生進行模仿編程操作。這種傳統的教學方法在“C語言程序設計”課程的教學中產生了許多問題。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。而且，這種相對單一的教學方法與相對枯燥的教學內容相結合，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新能力，培養和發展學生的計算思維和核心素養。

（3）學習評價體系不完善，影響學生能力素養的提高。高職院校傳統的“C語言程序設計”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。只關注學生掌握知識的程度，不關注學生的能力素養的培育。要培養高素質勞動者和技術技能人才，教師不僅要關注學生的知識學習效果，還需要更加關注學生的科學思維品質和應用創新能力。因此，要積極的完善“C語言程序設計”學習評價體系，以促進學生能力與素養的提高。

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、物聯網等領域的創新產品設計以及創客教育等多個領域。Arduino能夠讀取開關和傳感器信號，控制各式各樣的電燈、電機和其它物理設備。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內部硬件結構和寄存器，只要會C語言就可以使用它設計制作各種創意作品。它既有對電腦配置要求不高的專門的開發環境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語言在機電產品設計中的應用，提高學生的學習興趣，又能將實踐應用能力和創新創業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專業課程的學生學習C語言的有利工具。

3 Arduino在高職院校“C語言程序設計”教學中的實踐

（1）教學內容增加基于Arduino開源硬件的C語言程序設計與開發項目。如前所述，傳統的“C語言程序設計”教材內容與非計算機專業的應用脫節，難以激發學生的學習興趣。因此，基于Arduino開源硬件的C語言程序設計與開發的教學內容應結合應用，幫助學生學習C語言相關編程知識，注重激發學生的學習興趣。比如，學習選擇結構程序設計if語句時，讓學生用三個發光二極管、三個按鈕開關及一個Arduino主板制作一個搶答器，進行C語言選擇結構程序設計的學習。學生需要根據Arduino的輸入搶答信號，編程控制相應選手的發光二極管點亮。講到函數時，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，并嘗試編寫超聲測距自定義函數，加深對函數概念的理解，學習C語言編程中函數的定義和調用。又比如講到數組時，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，學習和掌握一維數組、二維數組、字符數組等相關C語言編程知識。通過諸如此類的教學內容，加強學生對C語言在機電專業應用領域運用的了解，激發學生的學習興趣。

（2）教學方法采用基于Arduino項目的“愛他德”[3]教學法。“C語言程序設計”的教學方法要結合學科和專業的特點，注重學科核心素養和專業應用能力的培養目標，構建以學生為主體的實踐活動體系，引導學生進行實踐創新活動。基于Arduino項目的“愛他德”教學法強調以基于Arduino的項目為中心的教學設計，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）五個教學環節，構建“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語言程序設計與開發項目，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，幫助學生系統地構建知識（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。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合的學習效果評估方式。項目過程考核，是指根據各小組完成項目引導任務及應用任務的結果，綜合團隊應用創新、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相關的項目開發經驗，提升了分析問題、用計算機解決實際問題的應用能力，形成一定的實踐創新意識。

4 結語

在高職院校“C語言程序設計”教學的教學改革中，應根據學科核心素養和專業應用能力的培養目標，立足于學生未來發展需要，合理設置課程內容，加強師資隊伍建設。引入基于Arduino開源硬件的C語言程序設計與開發項目，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，發展核心素養。

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

參考文獻

[1] 中國中央人民政府官方網站.國務院關于印發國家職業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.單片機基礎與Arduino應用[M].北京：電子工業出版社，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].中國職業技術教育，2011（5）：101-103.