C语言课程引入教育机器人的教学探究

发布时间：2020-11-19

　　【摘要】《C语言程序设计》课程是旨在培养学生进行逻辑思维的能力，掌握运用C语言编程来解决工作中实际问题的方法和步骤，为提高职业能力和拓展职业空间打下坚实基础。然而学生普遍反映的C语言课程枯燥无味、授课内容单调，发现学生结课后编程能力弱，无法将所学知识应用于工作领域。为了使C语言教学更具有吸引力，探索基于教育机器人平台的实验教学法，通过机器人工程项目的搭建，提高学生的学习兴趣和自主学习、创新实践等能力。

　　【关键词】C语言程序设计;教育机器人;教学改革

　　1引言

　　C语言是一门通用计算机语言，广泛用于系统与应用软件的开发，具有高效、灵活、功能丰富、表达能力强和较高移植性等优点[1]，是近些年来使用最广泛的编程语言，是众多高校理工科学生的必修课，也通常作为程序设计的入门课程，为后续的程序设计课程打基础。课程的主要培养目标为学习C语言的基础语法，理解并掌握计算机编程思想，能运用C语言解决一些实际问题，培养分析问题、解决问题的能力[2]。因此，C语言课程的学习效果对学生以后的程序设计具有重要意义，而在C语言教学实践中发现存在诸多问题。1)课程本身的难度较大。在C语言学习中，有不少学生感觉学习难度较大。涉及的概念和语法规则繁多，使用灵活，容易出错，并且理论性较强，实践性较低，而且知识点细化烦琐，不易理解。学生在学习时会感到比较困难，不同程度产生畏惧心理，由此影响学习主动性和学习效果。2)学生逻辑思维能力较差。C语言对数学知识和逻辑思维能力以及动手实践能力的要求比较高。而高职计算机专业学生普遍数学基础薄弱，通过研究各类C语言程序设计教材，发现大部分教材中的实例与解决数学问题有关，学生对此兴趣不大。3)实验教学形式单一，应用价值不高。传统“C程序设计”实验教学形式单一，主要以上机为主。实验教材上的实验项目和实验内容相对比较固定，主要是解决数学问题，与实际联系不大，学生积极性不强。

　　2C语言程序设计实验教学改革的措施

　　针对以上问题，我们把教育机器人引入到C语言程序设计实验教学过程中来，学生边学习C语言边慢慢融入机器人工程项目中，现学现用，使得学生更快速理解C语言的语法结构并灵活运用。

　　2.1硬件平台的选取

　　教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件，结合了机械、电子、传感器、计算机软硬件、控制、人工智能和造型技术等众多的先进技术研发的教育机器人平台。我们选择的平台是机器时代科技有限公司开发的“探索者创新平台”，简称“探索者”。其采用标准通用的结构件、传感器和控制器;快速验证设计方案，简单易用的初始程序;开源的资料库，实现了无上限的升级功能。适合于各类的开发创新，可设计出各类型智能机器人。

　　2.2设计教学实验项目

　　通过丰富的、有趣的项目实例，将CDIO的项目式教学方法理念融入到C语言程序设计课程中[3]，让学生能动手制作并思考设计如何让自己做的机器人的动作达到自己的理想状态，使得被动学习转入主动学习状态。在动手并思考的过程中学生是一个开发程序的算法阶段，算法完成后再根据想法流程编写出程序再运行测试就是一个完整的C程序开发过程。因此在设计教学方案时，应以提高学生兴趣为出发点，大胆创新教学内容，激发学生的求知欲[4]。实验项目应按难易程度分并逐步进行，相对较容易的实验内容放在软件平台上进行[5]，使学生掌握基本语法、基本知识点、错误查找方法、软件调试方法等基本知识，并养成良好的编程风格，例如制作调试“电风扇”“搅拌机”。以“迎宾机器人”“起重机”经典控制项目为对象，掌握基本的硬件编程、调试方法，实现机器人自动运行，并根据需求设置参数等，使学生掌握基本的硬件编程方法。后期可以鼓励学生，添加各种传感器、模块套件等硬件设施，独立设计方案实现不同功能。通过这些环节的训练，可以培养学生解决实际问题的能力。

　　2.3教育机器人引入到实验教学中的具体做法

　　2.3.1分组实验教学。以小组为单位，组织课堂教学，让学生习惯于合作学习、增强团队合作精神。在教学中把学生每5至7人为一小组，使学生在主动参与的同时，小组内和小组间都可以互相交流和讨论，提出各自的观点，选择最优方案。通过交流和讨论可以加深学生对问题的理解。学生在做项目的过程中携手合作，弥补相互间的不足，遇到问题大家一起讨论解决，这让学生体会到团队合作的重要性，做到共同进步。该阶段的主要目的是系统掌握课本知识，同学们在平时的学习过程中，由于知识点都是离散的，通过该实验教学阶段，可以让同学们查漏补缺。

　　2.3.2开放性实验教学每个学期都开展开放性实验，开放性实验共计20学时，每周2学时。在开放性实验中完全由学生自主学习，教师指导。学生根据教育机器人平台，自主选择开放性实验题目，然后搭建机器人模型、设计算法、编写程序、调试程序，可以培养学生的自主学习能力、解决问题的能力和创新思维。每一阶段可以对学生作品做开放展示，由学生团队来讲解分析。培养学生的创新能力和团队合作能力等综合能力。

　　2.3.3成绩考核方法成绩考核方式，不再以笔试成绩和实验报告为评判成绩的唯一标准，而是采用新的核算方法，具体做法是笔试50%，实验报告20%，实验演示30%。对于未提交实验报告或者未完成实验演示的次数达到三分之一同学，最终的实验成绩为0分。改革后的实验成绩核算办法，既调动了学生学习积极性，提高了他们对实验课的重视程度，又保证了实验进度和难度的加深。实践证明，经过课改实践，发现许多学生对C语言这门课程产生了浓厚的兴趣，并且编程能力也有了实质性的提高。

　　总而言之，C语言教学改革的目的就是激发学生的学习兴趣，提高学生的编程能力，最终可以达到教学目的才是成功的改革。——论文作者：葛书荣 荆荣丽

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