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Arduino在高职院校“C语言程序设计”教学改革中的应用

范文

王曦鸣

摘要高职院校“C语言程序设计”的传统教学存在诸多问题。为顺应新时代技术技能人才培养的要求，本文提出将Arduino开源硬件引入高职院校“C语言程序设计”课堂教学。尝试对课堂教学进行实践探索，提升学生的应用能力，培养学生的创新精神，完善高职院校“C语言程序设计”实践教学方法，以期达到提高学生的计算思维能力和发展核心素养的目标。

关键词 C语言程序设计 Arduino 教学研究

中图分类号：G424? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：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年国务院发布的《国家职业教育改革实施方案》中明确指出职业教育要以促进就业创业和适应产业发展需求为导向，培养高素质劳动者和技术技能人才。[1]这为高等职业教育指明了以就业创业为导向、以实践应用能力培养为目标的人才培养方向。“C语言程序设计”作为一门专业基础课程，涉及机械、电子、计算机、自动化、机器人等多个专业，需要积极向应用型、创新型教学方向转变，才能顺应新时代技术技能人才培养的需要。

1高职院校C语言程序设计教学中存在的问题

（1）教材内容陈旧，与非计算机专业的应用脱节。我国大部分理工科专业都开设了“C语言程序设计”课程，所采用教材大多以谭浩强主编的《C语言程序设计》为蓝本。这类教材的内容按照“C语言程序设计”的知识体系进行安排，从数据类型、变量与常量、运算符与表达式等基础知识，到顺序结构、循环结构、选择结构程序设计，再到数组、函数和指针，从易到难，符合学生的认知规律。但也存在一些问题，主要体现在偏重于基础知识，与非计算机专业应用联系不紧。学生往往由于基础知识的枯燥乏味，没有兴趣学。例如，程序设计的顺序结构、选择结构、循环结构的教学案例大都采用简单的数学运算题，对数学不感兴趣的学生就会感到很無聊，更谈不上兴趣。数组、函数、指针等的教学案例涉及排序、查找、插入等各类算法，对学生来说，函数、指针等概念不易理解，一些算法又具有一定难度。非计算机专业的学生更认为自己将来不做程序员，没有兴趣学习。教材中使用的C语言编程软件主要是Turbo C或Visual C++，这两款软件很早就停止了版本更新，行业内公司大多也不再使用。这些都显得教材内容相对陈旧，与非计算机专业的应用完全脱节，没能与时俱进。

（2）教学方法相对单一，难以达到培养目标。在高职院校传统的“C语言程序设计”教学中，许多教师重视基础知识、算例算法的讲解和演示，然后学生进行模仿编程操作。这种传统的教学方法在“C语言程序设计”课程的教学中产生了许多问题。学生看老师分析和演示觉得简单，跟着老师做勉强能做出来，自己独立面对问题就难以下手。许多学生即使自己编了程序，也弄不清楚，说不出来，更谈不上与人合作。这些都与所采用的教学方法息息相关。而且，这种相对单一的教学方法与相对枯燥的教学内容相结合，往往使得课堂气氛沉闷，很容易让学生丧失学习的兴趣，也就谈不上提升学生的应用能力和创新能力，培养和发展学生的计算思维和核心素养。

（3）学习评价体系不完善，影响学生能力素养的提高。高职院校传统的“C语言程序设计”学习评价体系不够完善。许多教师受到应试教育理念的影响，对学生学习效果的评估，往往使用期末考试成绩作为评估标准。只关注学生掌握知识的程度，不关注学生的能力素养的培育。要培养高素质劳动者和技术技能人才，教师不仅要关注学生的知识学习效果，还需要更加关注学生的科学思维品质和应用创新能力。因此，要积极的完善“C语言程序设计”学习评价体系，以促进学生能力与素养的提高。

2 Arduino开源硬件平台的介绍

Arduino是一款开源的单片机平台，它广泛应用于机器人、智能家居、物联网等领域的创新产品设计以及创客教育等多个领域。Arduino能够读取开关和传感器信号，控制各式各样的电灯、电机和其它物理设备。Arduino的理念是开源，其软硬件完全开放，其外围很多常用的I/O设备带有库文件或样例程序，只需要进行简单修改，就能编写出比较复杂的程序。[2]学生即使不了解Arduino内部硬件结构和寄存器，只要会C语言就可以使用它设计制作各种创意作品。它既有对电脑配置要求不高的专门的开发环境Arduino IDE，同时又兼容功能强大的Visual studio 2017。它既能帮助学生了解C语言在机电产品设计中的应用，提高学生的学习兴趣，又能将实践应用能力和创新创业精神的培育落到实处。因此，Arduino单片机是尚未学习单片机等后续专业课程的学生学习C语言的有利工具。

3 Arduino在高职院校“C语言程序设计”教学中的实践

（1）教学内容增加基于Arduino开源硬件的C语言程序设计与开发项目。如前所述，传统的“C语言程序设计”教材内容与非计算机专业的应用脱节，难以激发学生的学习兴趣。因此，基于Arduino开源硬件的C语言程序设计与开发的教学内容应结合应用，帮助学生学习C语言相关编程知识，注重激发学生的学习兴趣。比如，学习选择结构程序设计if语句时，让学生用三个发光二极管、三个按钮开关及一个Arduino主板制作一个抢答器，进行C语言选择结构程序设计的学习。学生需要根据Arduino的输入抢答信号，编程控制相应选手的发光二极管点亮。讲到函数时，让学生用一个超声波传感器、一个Arduino主板做一个超声测距实验。学生通过使用Arduino库函数，并尝试编写超声测距自定义函数，加深对函数概念的理解，学习C语言编程中函数的定义和调用。又比如讲到数组时，让学生使用Arduino主板、舵机、LCD显示器，在舵机的编程控制和LCD显示控制项目编程实践中，学习和掌握一维数组、二维数组、字符数组等相关C语言编程知识。通过诸如此类的教学内容，加强学生对C语言在机电专业应用领域运用的了解，激发学生的学习兴趣。

（2）教学方法采用基于Arduino项目的“爱他德”[3]教学法。“C语言程序设计”的教学方法要结合学科和专业的特点，注重学科核心素养和专业应用能力的培养目标，构建以学生为主体的实践活动体系，引导学生进行实践创新活动。基于Arduino项目的“爱他德”教学法强调以基于Arduino的项目为中心的教学设计，通过引导任务（Act）、知识点引入（Induce）、知识点讲解（Teach）、应用任务（Utilize）、主题讨论（Discuss）五个教学环节，构建“做中学，学中做，做中教、教中做”教学做一体化的教学模式。教師围绕基于Arduino开源硬件的C语言程序设计与开发项目，完成C语言编程知识的组织和整合，通过引导学生在项目实施、活动探究、作品制作、成果分享和评价等实践活动中达成教学目标，帮助学生系统地构建知识（图1）。

图1 基于Arduino项目的“爱他德”教学流程图

（3）采用综合的学习评价方式，注重学生综合能力的培养。为了避免单一的以学期末的卷面成绩作为评价，采用项目过程考核与期末考核相结合的学习效果评估方式。项目过程考核，是指根据各小组完成项目引导任务及应用任务的结果，综合团队应用创新、交流合作情况等给出考核成绩。期末考核，由学生在期末试题库中随机抽取1套试题，上机完成C语言编程测试。鼓励学生制作和完成一个综合应用产品，并允许以此代替期末考核。学生在项目实施的过程中不仅学习到C语言编程知识，而且获得了与机电专业相关的项目开发经验，提升了分析问题、用计算机解决实际问题的应用能力，形成一定的实践创新意识。

4 结语

在高职院校“C语言程序设计”教学的教学改革中，应根据学科核心素养和专业应用能力的培养目标，立足于学生未来发展需要，合理设置课程内容，加强师资队伍建设。引入基于Arduino开源硬件的C语言程序设计与开发项目，运用以行动为导向的“爱它德”教学法，让学生增长知识，提高应用能力，发展核心素养。

课题项目：湖南科技职业学院校级教育教学改革研究项目，项目名称是《能力培养导向的“C语言程序设计”教学设计研究》，（编号：KJJYYB201811）

参考文献

[1] 中国中央人民政府官方网站.国务院关于印发国家职业教育改革实施方案的通知[EB/OL].[2019-1-24].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-02/13/content_5365341.htm.

[2] 王俊，张玉玺，刘寒颖.单片机基础与Arduino应用[M].北京：电子工业出版社，2018.

[3] 王吉连.AITUD教学模式——一种便于普及的教学做一体化教学模式[J].中国职业技术教育，2011（5）：101-103.

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