基于競賽驅動的“C#程序設計”課程改革與實踐

郭天一，賈 林

(焦作師范高等專科學校 信息工程學院，河南 焦作 454000)

“C#程序設計”課程是我校計算機應用技術專業、軟件專業、計算機網絡專業、物聯網技術應用專業的一門重要的編程類專業基礎課。課程目標是培養學生使用.NET(微軟操作平臺)平臺開發桌面及網絡應用程序的能力，課程主要內容涉及C#語言基本語法、面向對象編程方法、Winform(Windows Form，Windows窗體)應用程序開發等。

高等職業教育是“以就業為導向，以應用為宗旨，以能力為本位”的一種高等教育類型，目標是培養實踐能力強、具有良好職業道德、技術應用型人才[1]。但是，目前“C#程序設計”課程教學并不滿足以上要求。為貫徹國家職業教育的方針，培養復合型人才，要注重學歷教育與社會職業技能接軌。在課程改革中要結合全國職業院校技能大賽(高職組)—“物聯網技術應用”賽項，探索“C#程序設計”課程改革的新模式，培養學生知行合一，理論應用于實踐的能力。

一、“C#程序設計”課程教學的現狀

在“C#程序設計”教學中大多數已經采用了項目化教學模式，極大地提高了學生的動手實踐能力，但是還存在以下幾個問題：(1)這些項目只是為了講解某個知識點而編寫的虛擬項目。就目前的應用層面而言，C#的應用開發方向主要是用于企業級的web開發[2]，但是這些虛擬項目往往無法提供真實的硬件數據，一般是自己在代碼里填寫一個虛擬的數據。這會導致學生在學習完該課程之后，僅僅學習到了C#語言的語法，而對于一個項目中軟件和硬件怎么配合，軟件如何控制硬件執行操作并不清楚。(2) 教學中的實驗項目是為完成某個知識點而設計的，針對性強，但是關聯性弱，無法構成一個較完整的項目應用體系，學生通過學習之后缺乏完成一個整體項目的實踐經驗[3]。(3)高職學生的學習更傾向于動手操作。該課程目前的講解多數局限于軟件編程，沒有涉及到硬件操作方面，導致學生的學習興趣不高。(4)“C#程序設計”課程涉及的知識點多且抽象，如類、封裝、繼承、多態、接口等，理論性強，導致學生的畏學情緒嚴重。

二、基于競賽驅動的課程改革方法

(一)“物聯網技術應用”(高職組)賽項分析

“物聯網技術應用”(高職組)賽項主要是檢驗學生在物聯網組建、產品配置與應用、應用系統開發等方面的技術技能和職業素養。以某年河南省職業院校技能大賽高職組“物聯網技術應用”賽項為例，競賽主要通過對物聯網工程應用實訓系統的操作使用，檢驗學生對智慧城市、智能環境監控和智能商業等應用場景的掌握程度和應用能力。其中，物聯網PC端應用開發主要基于.NET客戶端進行，使用C#語言作為編程語言。

(二) 基于競賽驅動的課程改革方法

WPF是微軟新一代圖形系統，運行在.NET Framework 3.0及以上版本，為用戶界面、2D/3D 圖形、文檔和媒體提供了統一的描述和操作方法。簡單來說，WPF是桌面應用的一種UI(User Interface，用戶界面)解決方案， 前臺采用XAML(eXtensible Application Markup Language，可擴展應用程序標記語言)控制布局，后臺可以采用C#、VB、C++等編程語言來響應控件的動作，相當于前臺采用XAML編寫控件，而控件的動作執行由后臺的編程語言通過編寫函數來實現。

基于此，可以在“C#程序設計”課程中增加WPF內容。在講述了C#語言的基本語法之后，引入WPF相關的內容，借助物聯網工程應用實訓系統，可開發完成以下實訓操作：LED(Light Emitting Diode，發光二極管)顯示、實驗室環境管理、人體紅外感知、煙霧及火焰報警、智能路燈系統、視頻監控等等。

(三) 基于競賽驅動的課程改革方法實施

以實訓項目“實驗室環境管理”為例，來說明如何對“C#程序設計”課程進行改革。

“實驗室環境管理”項目要求：(1)環境參數采集。該項目可以實時或者按照設置的時間來采集溫度、濕度、光照度、噪聲等實驗室的環境參數。(2)預警提示。設置環境參數的預警提示。如當溫度過高時，顯示“溫度提示：溫度高，請采取降溫措施！”提示語等。(3)安裝執行器設備。當某個環境參數超過了設置的閾值之后，自動開啟相應的執行器進行必要的處理。如當實驗室內的光線較暗時，自動開啟燈泡進行照明。

基于以上的要求，設計該項目的系統框圖如圖1所示：

圖1 實驗室環境管理項目的整體框

本項目的整體系統由傳感器設備、數據采集器、無線網絡、軟件控制界面和執行器設備組成。其中，傳感器設備代表各種各樣的傳感器(如：溫濕度傳感器等)，負責采集實驗室的環境參數有溫度、濕度、光照度和噪聲等；數據采集器代表數據采集集中器，傳感器設備采集到的環境參數數據均匯聚于數據采集器處；無線網絡指的是Wi-Fi無線網；軟件控制界面指的是在計算機上利用WPF設計的環境管理軟件；執行器設備指各種執行設備，包括風扇、燈泡和加濕器等。

在該系統中，利用IEEE802.15.4協議組建星型無線傳感網，系統中各個傳感器采集數據并將數據匯集到數據采集器。系統工作的時候，傳感器自主加入無線傳感網，周期性地采集各種環境參數，并發送至數據采集器，最終通過Wi-Fi無線網絡傳輸至計算機上，并且在計算機的軟件控制界面上顯示、存儲；同時，各類環境數據可設置預警閾值，當某種環境參數超過其對應的閾值時，系統軟件會給出相應的提示，及時控制執行器設備采取對應措施[4]。

在該項目中，傳感器、采集器、執行器屬于硬件設備，需要在物聯網工程應用實訓平臺上搭建；無線網絡指實驗室的Wi-Fi，需要通過路由器來設置；軟件控制界面需要利用WPF在計算機上設計完成。

在項目實施的過程中，可以讓學生3～5人組成一個項目小組，分工協作，共同完成任務。

綜合分析項目的要求，實訓項目“實驗室環境管理”可按照以下步驟來實施：

(1)硬件搭建。包括各種傳感器設備、數據采集器、路由器、執行器等。

(2)網絡設置。利用路由器配置實驗室的局域網環境。

(3)軟件設計。軟件控制界面的設計可利用WPF來完成。在Visual Studio 2012環境下，建立WPF工程，設計如圖2所示的軟件控制界面。在執行器設備處，僅列出了燈泡和風扇做演示說明。

利用該系統，在某時刻采集到的實驗室的環境參數，如圖3所示，圖中可以看到，系統自動地采集環境參數，如：溫度、濕度、光照度及噪聲等，并將數據可靠傳輸到計算機的主控軟件上進行顯示和存儲。從圖中還可以看到，當前的溫度為27.8℃，超過了設置的溫度閾值，所以該界面上會顯示溫度提示“溫度高，請采取措施降溫！”并且自動開啟風扇進行降溫。當前光照度為100lux，光線較暗，系統自動打開燈泡，同時在軟件界面上點亮燈泡。

圖2 實驗室環境參數監測的軟件界面

圖3 某時刻實驗室采集到的環境參數圖

(四)實踐效果

對“C#程序設計”課程進行了以上改革之后，效果顯著，體現在以下幾個方面：(1)學生的學習興趣極大地提高，積極主動地學習相關的軟件和硬件知識，實現由傳統的“教師教、學生被動學”轉變為“學生主動學、教師輔導”的模式；(2)增加了學習的自信心和成就感，每設計完成一個項目，看到實驗的效果如預期所示，學生會產生極大的滿足感；(3)為學校參加后續的“物聯網技術應用”比賽打下了良好的基礎，培養了更多的后備人才；(4)提高了學生的實踐動手能力，達到了理論知識和實踐操作相結合的目的。

(五)考核方式改革

目前我?！癈#程序設計”課程的考核方式采用“平時成績+期末考試成績”的方式，其中平時成績包括出勤率、課堂表現、課后作業等，在總分中占20%，期末考試成績以期末考試的機試成績為主，占總分的80%。這種考核方式忽視了學生在學習過程中的表現，不能客觀地評價學生的學習效果。因此，對“C#程序設計”課程進行教學改革時，需要對考核方式也進行改革，基本的思路是增加過程性考核，增加實訓項目完成度的分值。實訓項目的執行以及評分方式包括以下幾個方面：(1)學生3～5人組成一個小組，選出一名組長，以小組的形式，分工合作來完成實訓項目。(2)在LED顯示、實驗室環境管理、人體紅外感知、煙霧及火焰報警、智能路燈系統、視頻監控等實訓項目中，根據本組成員的實際情況選擇一種作為實訓項目。每個項目的難易程度不同，在評分時會作為考慮點。(3)學期末，由每組組長對本組的實訓項目進行闡述，并演示實驗過程及效果，提交項目中涉及的文檔和程序代碼，由教師以及其他組的學生進行評分。其中，文檔及代碼等資料齊全占分值的10%，教師評分占60%，其他組評分的平均分占30%。實訓成績計入期末總成績。

基于以上的思路和設計，改革以后的考核方式如表1所示：

表1 改革后的考核方式

三、結論

總結目前“C#程序設計”課程教學中存在的問題，在國家職業教育要求培養復合型人才的背景下，提出了基于競賽驅動的“C#程序設計”課程改革，并應用于課程教學中。實踐表明，基于競賽驅動的“C#程序設計”課程教學模式，極大地提高了學生的實踐能力和學習興趣，實訓項目采用的小組合作模式也鍛煉了學生團隊協作的能力，同時這種新模式的課程教學也增強了教師的教學能力。