C語(yǔ)言課程引入教育機(jī)器人的教學(xué)探究

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【摘要】《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程是旨在培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行邏輯思維的能力，掌握運(yùn)用C語(yǔ)言編程來(lái)解決工作中實(shí)際問題的方法和步驟，為提高職業(yè)能力和拓展職業(yè)空間打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而學(xué)生普遍反映的C語(yǔ)言課程枯燥無(wú)味、授課內(nèi)容單調(diào)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生結(jié)課后編程能力弱，無(wú)法將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于工作領(lǐng)域。為了使C語(yǔ)言教學(xué)更具有吸引力，探索基于教育機(jī)器人平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，通過(guò)機(jī)器人工程項(xiàng)目的搭建，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新實(shí)踐等能力。

【關(guān)鍵詞】C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；教育機(jī)器人；教學(xué)改革

1引言

C語(yǔ)言是一門通用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，廣泛用于系統(tǒng)與應(yīng)用軟件的開發(fā)，具有高效、靈活、功能豐富、表達(dá)能力強(qiáng)和較高移植性等優(yōu)點(diǎn)[1]，是近些年來(lái)使用最廣泛的編程語(yǔ)言，是眾多高校理工科學(xué)生的必修課，也通常作為程序設(shè)計(jì)的入門課程，為后續(xù)的程序設(shè)計(jì)課程打基礎(chǔ)。課程的主要培養(yǎng)目標(biāo)為學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的基礎(chǔ)語(yǔ)法，理解并掌握計(jì)算機(jī)編程思想，能運(yùn)用C語(yǔ)言解決一些實(shí)際問題，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力[2]。因此，C語(yǔ)言課程的學(xué)習(xí)效果對(duì)學(xué)生以后的程序設(shè)計(jì)具有重要意義，而在C語(yǔ)言教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)存在諸多問題。1）課程本身的難度較大。在C語(yǔ)言學(xué)習(xí)中，有不少學(xué)生感覺學(xué)習(xí)難度較大。涉及的概念和語(yǔ)法規(guī)則繁多，使用靈活，容易出錯(cuò)，并且理論性較強(qiáng)，實(shí)踐性較低，而且知識(shí)點(diǎn)細(xì)化煩瑣，不易理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)感到比較困難，不同程度產(chǎn)生畏懼心理，由此影響學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效果。2）學(xué)生邏輯思維能力較差。C語(yǔ)言對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)和邏輯思維能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力的要求比較高。而高職計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生普遍數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，通過(guò)研究各類C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教材，發(fā)現(xiàn)大部分教材中的實(shí)例與解決數(shù)學(xué)問題有關(guān)，學(xué)生對(duì)此興趣不大。3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式單一，應(yīng)用價(jià)值不高。傳統(tǒng)“C程序設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式單一，主要以上機(jī)為主。實(shí)驗(yàn)教材上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)比較固定，主要是解決數(shù)學(xué)問題，與實(shí)際聯(lián)系不大，學(xué)生積極性不強(qiáng)。

2C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的措施

針對(duì)以上問題，我們把教育機(jī)器人引入到C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中來(lái)，學(xué)生邊學(xué)習(xí)C語(yǔ)言邊慢慢融入機(jī)器人工程項(xiàng)目中，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，使得學(xué)生更快速理解C語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)并靈活運(yùn)用。

2.1硬件平臺(tái)的選取

教育機(jī)器人是由生產(chǎn)廠商專門開發(fā)的以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的機(jī)器人成品、套裝或散件，結(jié)合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件、控制、人工智能和造型技術(shù)等眾多的先進(jìn)技術(shù)研發(fā)的教育機(jī)器人平臺(tái)。我們選擇的平臺(tái)是機(jī)器時(shí)代科技有限公司開發(fā)的“探索者創(chuàng)新平臺(tái)”，簡(jiǎn)稱“探索者”。其采用標(biāo)準(zhǔn)通用的結(jié)構(gòu)件、傳感器和控制器；快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)單易用的初始程序；開源的資料庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)上限的升級(jí)功能。適合于各類的開發(fā)創(chuàng)新，可設(shè)計(jì)出各類型智能機(jī)器人。

2.2設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

通過(guò)豐富的、有趣的項(xiàng)目實(shí)例，將CDIO的項(xiàng)目式教學(xué)方法理念融入到C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中[3]，讓學(xué)生能動(dòng)手制作并思考設(shè)計(jì)如何讓自己做的機(jī)器人的動(dòng)作達(dá)到自己的理想狀態(tài)，使得被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)入主動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)。在動(dòng)手并思考的過(guò)程中學(xué)生是一個(gè)開發(fā)程序的算法階段，算法完成后再根據(jù)想法流程編寫出程序再運(yùn)行測(cè)試就是一個(gè)完整的C程序開發(fā)過(guò)程。因此在設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，應(yīng)以提高學(xué)生興趣為出發(fā)點(diǎn)，大膽創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的求知欲[4]。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)按難易程度分并逐步進(jìn)行，相對(duì)較容易的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容放在軟件平臺(tái)上進(jìn)行[5]，使學(xué)生掌握基本語(yǔ)法、基本知識(shí)點(diǎn)、錯(cuò)誤查找方法、軟件調(diào)試方法等基本知識(shí)，并養(yǎng)成良好的編程風(fēng)格，例如制作調(diào)試“電風(fēng)扇”“攪拌機(jī)”。以“迎賓機(jī)器人”“起重機(jī)”經(jīng)典控制項(xiàng)目為對(duì)象，掌握基本的硬件編程、調(diào)試方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行，并根據(jù)需求設(shè)置參數(shù)等，使學(xué)生掌握基本的硬件編程方法。后期可以鼓勵(lì)學(xué)生，添加各種傳感器、模塊套件等硬件設(shè)施，獨(dú)立設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)不同功能。通過(guò)這些環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

2.3教育機(jī)器人引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體做法

2.3.1分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以小組為單位，組織課堂教學(xué)，讓學(xué)生習(xí)慣于合作學(xué)習(xí)、增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。在教學(xué)中把學(xué)生每5至7人為一小組，使學(xué)生在主動(dòng)參與的同時(shí)，小組內(nèi)和小組間都可以互相交流和討論，提出各自的觀點(diǎn)，選擇最優(yōu)方案。通過(guò)交流和討論可以加深學(xué)生對(duì)問題的理解。學(xué)生在做項(xiàng)目的過(guò)程中攜手合作，彌補(bǔ)相互間的不足，遇到問題大家一起討論解決，這讓學(xué)生體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，做到共同進(jìn)步。該階段的主要目的是系統(tǒng)掌握課本知識(shí)，同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，由于知識(shí)點(diǎn)都是離散的，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段，可以讓同學(xué)們查漏補(bǔ)缺。2.3.2開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)每個(gè)學(xué)期都開展開放性實(shí)驗(yàn)，開放性實(shí)驗(yàn)共計(jì)20學(xué)時(shí)，每周2學(xué)時(shí)。在開放性實(shí)驗(yàn)中完全由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師指導(dǎo)。學(xué)生根據(jù)教育機(jī)器人平臺(tái)，自主選擇開放性實(shí)驗(yàn)題目，然后搭建機(jī)器人模型、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、調(diào)試程序，可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、解決問題的能力和創(chuàng)新思維。每一階段可以對(duì)學(xué)生作品做開放展示，由學(xué)生團(tuán)隊(duì)來(lái)講解分析。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力等綜合能力。2.3.3成績(jī)考核方法成績(jī)考核方式，不再以筆試成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為評(píng)判成績(jī)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是采用新的核算方法，具體做法是筆試50%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告20%，實(shí)驗(yàn)演示30%。對(duì)于未提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者未完成實(shí)驗(yàn)演示的次數(shù)達(dá)到三分之一同學(xué)，最終的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)?分。改革后的實(shí)驗(yàn)成績(jī)核算辦法，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度，又保證了實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和難度的加深。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)課改實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言這門課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，并且編程能力也有了實(shí)質(zhì)性的提高。總而言之，C語(yǔ)言教學(xué)改革的目的就是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的編程能力，最終可以達(dá)到教學(xué)目的才是成功的改革。

參考文獻(xiàn)

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作者：葛書榮 荊榮麗 單位：安康職業(yè)技術(shù)學(xué)院