新工科環(huán)境下基于PBL的C語言教學改革探討

冉彥中　曹婧華　楊可揚　唐明祥

摘 要：根據(jù)新工科環(huán)境下對人才實踐性和創(chuàng)新性的培養(yǎng)需求，分析了《C語言程序設計》的課程特點和改革現(xiàn)狀，建立了教學體系框架模型，提出了基于PBL的教學模式，在教學實施中將Arduino設計引入到C語言的教學中，旨在更好的理解C語言的思維和結構，更好的將理論與實踐結合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

關鍵詞：新工科;C語言;PBL;Arduino

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.077

Teaching Reform of C Programming Based on PBL Method

Ran Yanzhong1，Cao Jinghua1，Yang Keyang1，Tang Mingxiang2

（1.Center for Computer Fundamental Education，Jilin University，Changchun 130062， China;

2. College of plant Sience，Jilin University，Changchun 130062， China）

Absrtact：According to the demand of New Engineering for talents cultivating of practicality and innovation， firstly this paper analyzed the characteristics and reform of “C language programming”， then a teaching frame system model was established and the teaching model based on PBL is proposed， finally using Arduino to implement C language teaching. It aims to better understand the thinking and structure of C language， better combine theory and practice， and cultivate students 'innovative consciousness.

Key words： new engineering; C language programming; PBL; Arduino

0 引言

2017年教育部發(fā)布《關于開展新工科研究與實踐的通知》，相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的是實踐能力強、創(chuàng)新能力強的“新工科”人才[1-3]。作為計算機基礎教學重點科目之一的《C語言程序設計》也要理論聯(lián)系實際，實現(xiàn)教學觀念的根本性改變。

1 《C語言程序設計》教學改革現(xiàn)狀

C語言在解決問題的思維方式和流程上所具有的基礎性優(yōu)勢不可替代，這門課程脈絡清晰，主要面向非計算機專業(yè)，作為教學的C語言因為其面向過程的編寫方式和運行結果的控制臺顯示特性，在教學過程中缺少互動與實踐，長期以來僅用來解決數(shù)學問題。目前國內(nèi)程序設計語言教學正在嘗試各種改革[4-9]，目的在于使教學內(nèi)容更吸引人、更適應市場的需求。

西南交通大學圍繞提升本科教學質(zhì)量，開始了從以“教”為中心到以“學”為中心的轉(zhuǎn)變。新的教學模式就是要讓學生為主體，學生自己主動思考問題、解決問題，依靠自己的實踐來驗證所學理論，在學習的過程中提升自己的能力。以清華大學為代表的一流高校提出了MOOC的教學新模式[10-13]，但是這種模式在共享優(yōu)等教學資源的前提下，實際上存在弊端，一是篩選適合自己的教學內(nèi)容需要大量的時間，二是遠程教學缺乏面對面的互動，不易集中學生注意力。對此，多所大學尋求改革，主要探索的是教學方法上的改革，比如啟發(fā)式教學、案例式教學，或者將教學內(nèi)容的順序做了調(diào)整，也有教師嘗試了C語言在4G網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)中的應用，但大多以理論為主缺少實例。

2 《C語言程序設計》教學框架及教學實踐分析

基于工科的定位，結合課程現(xiàn)有的發(fā)展現(xiàn)狀和實際的需求，提出C語言教學體系模型[14]如圖1所示。探討教學方法、教學內(nèi)容和教學實踐是以“教什么”和“怎么教”為核心展開的思考。教學內(nèi)容上既要體現(xiàn)C語言的邏輯思維又要與實踐緊密結合;教學方法上要引領學生主動思考，以學生為主體，不再就C語言論C語言。C語言的教學改革，不僅是教學方法和教學模式上的改革，更需要將教學方法和實現(xiàn)平臺融合、實現(xiàn)創(chuàng)新性和實踐性的統(tǒng)一。沒有創(chuàng)新就沒有發(fā)展這不僅是對學生的要求，更是科技和社會進步對教師提出的嚴峻任務，教師要與時俱進，不斷地更新自己的觀念和知識儲備，用新的教學模式和教學內(nèi)容去裝點課堂。充分發(fā)揮學生的積極性和主動性提高創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生自主思考的習慣，使學生成為課堂的主體，教師成為學生的引導者。

本文提倡在新工科的發(fā)展的環(huán)境下，采用PBL（Problem-Based Learning）以問題為主導的教學方式，強調(diào)以學生為中心，極大程度的調(diào)動學生學習的積極性。講授的內(nèi)容不再停留在控制結構和數(shù)據(jù)模型的語法層面上，應在以下兩個方面具有可擴展性，一是要注重以“邏輯思維”為主線的思考問題的方式，二是要將程序設計理論結合具體的實踐，使理論具有應用空間。

C語言的教學實踐工具比較有效的就是Arduino，近年來課題組積極尋求C語言改革的方法，2015年關注到Arduino電路板，它是一塊嵌入式的電路板，提供多種傳感器接口，硬件和軟件都有開源免費資源可用，各個專業(yè)普遍適用，可以針對不同的專業(yè)設計相應的案例。通過教學應用認為Arduino是“以問題為中心”的教學方法得以實現(xiàn)的有效平臺。利用它與C語言得天獨厚的渾然一體優(yōu)勢，將程序的運行結果用Arduino的多種傳感器輸出?？梢允菇Y果顯示生動有趣，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能。學生可通過多種平臺進行編程，不再局限在機房、筆記本上，也可以把自己的程序挪到手機終端，這將極大限度的激發(fā)學生探索問題和解決問題的興趣，也使程序運行結果更為直觀和貼近現(xiàn)實，還可以進一步指導學生用C語言在Arduino上制造出自己的作品，把“理論傳授+專業(yè)實踐”的傳統(tǒng)教學模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤岢鰡栴}+課堂探討+興趣小組”的新模式。PBL模式下的C語言Arduino教學實踐模型如圖2所示。將Arduino引入C語言教學通過一系列的循序漸進的Arduino制作案例，提出問題，引導學生分析問題，用C語言思維指導實踐，在實踐中更好地理解C語言的結構，理論與實踐相互促進。

3 使用案例設計舉例

糧庫使用電動振動篩篩選糧食，振動期間產(chǎn)生的大量灰塵有害于身體健康，而控制振動篩的開關安裝在振動篩機體上，必須近距離操作，導致工作人員吸入大量灰塵。本案例開發(fā)手機APP以及振動篩下面的控制裝置取代原有的手工零距離按鈕，實現(xiàn)手機遠距離控制振動篩開關。振動篩自動開關系統(tǒng)組成如圖3所示。

手機終端APP如圖4所示，語音控制部分代碼如圖5所示。

單片機控制繼電器用到選擇結構的知識點：

int incomingByte;????? // 串口數(shù)據(jù)存儲

void setup（） {

Serial.begin（9600）;

pinMode（7， OUTPUT）;

}

void loop（） {

if （Serial.available（） > 0） {

incomingByte = Serial.read（）;

if （incomingByte == 'H'）

{

digitalWrite（7， HIGH）; //開繼電器

}

if （incomingByte == 'L'）

{

digitalWrite（7， LOW）;//關繼電器}

分支語句的H、L通過下面系列操作得到：讀單片機串口，由藍牙模塊輸入，藍牙模塊和手機終端的藍牙形成局域網(wǎng)，語音輸入開、關通過云平臺識別為文本開關，手機APP將開、關轉(zhuǎn)為H、L發(fā)送給單片機。此案例簡單有趣，引發(fā)學生的思考，拓展學生視野，具有創(chuàng)新和實踐價值。

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（03）

基金項目：基于Arduino的C語言程序設計PBL教學模式探索，項目編號：2017XYB069

作者簡介：冉彥中（1969-），男，重慶萬州人，碩士，高級工程師，研究方向：人工智能應用，E-mail：1458485640@qq.com。

通訊作者：唐明祥（1968-），男，四川宜賓人，碩士，教授級高級工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機械：E-mail：279222513@qq.com。