基于教學(xué)機(jī)器人的C語(yǔ)言教學(xué)改革和探索

朱新波

摘要：分析了高校C語(yǔ)言課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，提出了基于教學(xué)機(jī)器人的C語(yǔ)言教學(xué)方式，通過(guò)教學(xué)機(jī)器人的運(yùn)用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提高教學(xué)成效。

關(guān)鍵詞：C語(yǔ)言;教學(xué)機(jī)器人;單片機(jī);教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）30-0164-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Teaching Reform and Exploration of C Language Based on Teaching Robot

ZHU Xin-bo

（Lijiang College， Guangxi Normal University， Guilin 541006， China）

Abstract：This paper analyses the current situation and existing problems of C language teaching in Colleges and universities， and puts forward a C language teaching method based on teaching robots. Through the application of teaching robots， students enthusiasm of learning can be mobilized， students' practical ability can be enhanced and teaching effectiveness can be improved.

Key words：C language; teaching robot; MCU; Teaching Reform

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是許多高校計(jì)算機(jī)、電子等工科專(zhuān)業(yè)的必修課，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力以及解決問(wèn)題的能力。作為一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，C語(yǔ)言在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力上，也有著很強(qiáng)的促進(jìn)作用，因此如何在教學(xué)過(guò)程中突出實(shí)踐，鞏固學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用，對(duì)教學(xué)效果有著更好的促進(jìn)作用。

1 C語(yǔ)言教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

目前大部分高校C語(yǔ)言教學(xué)依然采取的是傳統(tǒng)模式，主要表現(xiàn)在“教師講解，學(xué)生聽(tīng)課、練習(xí)操作”，課堂教學(xué)依然圍繞以基礎(chǔ)知識(shí)、語(yǔ)法為中心，以控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組、字符串、函數(shù)、指針、位處理等內(nèi)容來(lái)實(shí)施，這種教學(xué)方式強(qiáng)調(diào)以老師和課本為主體，關(guān)注的是理論知識(shí)，側(cè)重的是教師的教，但是對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，往往容易陷入被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，缺點(diǎn)主要有以下兩個(gè)方面：

（1）知識(shí)枯燥，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足：傳統(tǒng)教學(xué)方式更方便教師很好地講授編程思想，傳授語(yǔ)法細(xì)節(jié)、程序設(shè)計(jì)的技巧和方法，但過(guò)度語(yǔ)法化的教學(xué)形式，會(huì)使學(xué)生失去了應(yīng)用能力的塑造，且沉迷于理論技巧的局限，更不利于學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。另外，大部分獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，偏理論的教學(xué)形式也會(huì)降低學(xué)生們對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。

（2） 實(shí)踐性差：以作者所在的獨(dú)立學(xué)院為例，超過(guò)半數(shù)的學(xué)生覺(jué)得，他們的基礎(chǔ)語(yǔ)法知識(shí)學(xué)了很多，但大部分卻不知道如何實(shí)際運(yùn)用，尤其是不知道如何把C語(yǔ)言和自己所學(xué)專(zhuān)業(yè)或興趣愛(ài)好相關(guān)聯(lián)，不少學(xué)生覺(jué)得這是一門(mén)純思維訓(xùn)練課，跟著老師過(guò)完了課本知識(shí)，無(wú)法實(shí)踐落地，最終影響了學(xué)習(xí)的效果。

2教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

針對(duì)上述當(dāng)前C語(yǔ)言教學(xué)中遇到的問(wèn)題，不難發(fā)現(xiàn)如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，并能學(xué)以致用，是課程改革的關(guān)鍵。

隨著科技的進(jìn)步，以C語(yǔ)言為主要開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的嵌入式系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用到各行各業(yè)，如機(jī)器人、四旋翼飛行器、物流無(wú)人車(chē)等，因此設(shè)計(jì)一種基于嵌入式平臺(tái)的C語(yǔ)言項(xiàng)目式教學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)踐操作的方式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生，在操作中傳授理論，在項(xiàng)目中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，不僅能解決學(xué)生們學(xué)無(wú)所用的困惑，還能在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，受到越來(lái)越多高校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的青睞。

2.1 硬件平臺(tái)搭建

教學(xué)機(jī)器人平臺(tái)的選擇是教學(xué)改革探索的關(guān)鍵，如今市場(chǎng)上的處理器種類(lèi)繁多，性能各異，高端的ARM處理器不僅硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用成本高，還往往交叉了多個(gè)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，如Cortex-A系列處理器，應(yīng)用平臺(tái)綜合了操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、控制工程等課程的知識(shí)，這些對(duì)于還在學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的大學(xué)低年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)不切實(shí)際，而C51單片機(jī)不僅硬件電路簡(jiǎn)單、軟件編程容易，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又具備良好的穩(wěn)定性，是C語(yǔ)言教學(xué)的首選平臺(tái)。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，我們選用了C51系列單片機(jī)家族中Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)為核心的C語(yǔ)言教學(xué)機(jī)器人，其內(nèi)含8k 字節(jié)ISP，可反復(fù)擦寫(xiě)次數(shù)多達(dá)1000多次，其兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)，是當(dāng)前高校單片機(jī)課程試驗(yàn)平臺(tái)和眾多嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的首選處理器。本文的教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)框架如下圖1所示。

該機(jī)器人平臺(tái)通過(guò)搭配紅外傳感器、觸覺(jué)傳感模塊、顏色傳感模塊、通信模塊等，使得該教學(xué)機(jī)器人具備串口通信、紅外收發(fā)、循跡、避障等功能。

2.2 軟件庫(kù)函數(shù)

為了方便學(xué)生使用，特別是我校的計(jì)算機(jī)類(lèi)學(xué)生的課程主要偏向上層應(yīng)用軟件，對(duì)底層硬件涉及不足，因此必須事先準(zhǔn)備好關(guān)鍵庫(kù)函數(shù)以方便調(diào)用，讓學(xué)生把精力集中在上層應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，從而無(wú)須過(guò)多涉及底層硬件電路即可輕松控制機(jī)器人。設(shè)計(jì)好的庫(kù)函數(shù)均放置在工程中的uart.h文件中，部分庫(kù)函數(shù)如下表1所示：

3 C語(yǔ)言機(jī)器人教學(xué)方案設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)原則

趣味性原則：只有激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，使得他們主動(dòng)融入課堂并提升動(dòng)手能力的教學(xué)目的。

實(shí)踐性原則：通過(guò)實(shí)踐操作的方式，使學(xué)生能把理論知識(shí)運(yùn)用于項(xiàng)目當(dāng)中，在應(yīng)用中體會(huì)到C語(yǔ)言的實(shí)用性。

3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

課堂教學(xué)的形式是：教師課堂講授原理、基本知識(shí)及應(yīng)用注意事項(xiàng)，學(xué)生則主要集中在是編碼、測(cè)試等實(shí)踐操作上，整個(gè)教學(xué)過(guò)程體現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”教學(xué)思想。圍繞著項(xiàng)目，自己動(dòng)手完成代碼編寫(xiě)、編譯、燒寫(xiě)、調(diào)試等環(huán)節(jié)，把枯燥的概念與鮮活的實(shí)物緊密結(jié)合，以達(dá)到學(xué)以致用的目的。

教學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：根據(jù)教學(xué)大綱的要求，結(jié)合教學(xué)機(jī)器人平臺(tái)的資源，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)目的，培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。表2為作者在教學(xué)中所使用的教學(xué)項(xiàng)目與C語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)對(duì)照表：

通過(guò)上述6個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，以C語(yǔ)言教學(xué)機(jī)器人為對(duì)象，充分覆蓋了C語(yǔ)言教學(xué)大綱，還能設(shè)計(jì)創(chuàng)新性拓展項(xiàng)目，不僅學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言知識(shí)，鍛煉了實(shí)踐能力，還提高了創(chuàng)新思維，進(jìn)一步提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

4結(jié)論

本文分析了當(dāng)前高等院校傳統(tǒng)C語(yǔ)言課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了C語(yǔ)言機(jī)器人項(xiàng)目式教學(xué)新模式，將C語(yǔ)言的理論知識(shí)和教學(xué)機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)行效果相關(guān)聯(lián)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生編程能力和創(chuàng)新能力，經(jīng)過(guò)近2年的實(shí)際運(yùn)行，教學(xué)效果明顯，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，對(duì)計(jì)算機(jī)及電子類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用型課程的教學(xué)改革具備一定的示范作用。

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