新工科环境下基于PBL的C语言教学改革探讨

冉彦中　曹婧华　杨可扬　唐明祥

摘 要：根据新工科环境下对人才实践性和创新性的培养需求，分析了《C语言程序设计》的课程特点和改革现状，建立了教学体系框架模型，提出了基于PBL的教学模式，在教学实施中将Arduino设计引入到C语言的教学中，旨在更好的理解C语言的思维和结构，更好的将理论与实践结合，培养学生的创新意识。

关键词：新工科;C语言;PBL;Arduino

中图分类号：G642.0文献标识码：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年教育部发布《关于开展新工科研究与实践的通知》，相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强的“新工科”人才[1-3]。作为计算机基础教学重点科目之一的《C语言程序设计》也要理论联系实际，实现教学观念的根本性改变。

1 《C语言程序设计》教学改革现状

C语言在解决问题的思维方式和流程上所具有的基础性优势不可替代，这门课程脉络清晰，主要面向非计算机专业，作为教学的C语言因为其面向过程的编写方式和运行结果的控制台显示特性，在教学过程中缺少互动与实践，长期以来仅用来解决数学问题。目前国内程序设计语言教学正在尝试各种改革[4-9]，目的在于使教学内容更吸引人、更适应市场的需求。

西南交通大学围绕提升本科教学质量，开始了从以“教”为中心到以“学”为中心的转变。新的教学模式就是要让学生为主体，学生自己主动思考问题、解决问题，依靠自己的实践来验证所学理论，在学习的过程中提升自己的能力。以清华大学为代表的一流高校提出了MOOC的教学新模式[10-13]，但是这种模式在共享优等教学资源的前提下，实际上存在弊端，一是筛选适合自己的教学内容需要大量的时间，二是远程教学缺乏面对面的互动，不易集中学生注意力。对此，多所大学寻求改革，主要探索的是教学方法上的改革，比如启发式教学、案例式教学，或者将教学内容的顺序做了调整，也有教师尝试了C语言在4G网络和物联网中的应用，但大多以理论为主缺少实例。

2 《C语言程序设计》教学框架及教学实践分析

基于工科的定位，结合课程现有的发展现状和实际的需求，提出C语言教学体系模型[14]如图1所示。探讨教学方法、教学内容和教学实践是以“教什么”和“怎么教”为核心展开的思考。教学内容上既要体现C语言的逻辑思维又要与实践紧密结合;教学方法上要引领学生主动思考，以学生为主体，不再就C语言论C语言。C语言的教学改革，不仅是教学方法和教学模式上的改革，更需要将教学方法和实现平台融合、实现创新性和实践性的统一。没有创新就没有发展这不仅是对学生的要求，更是科技和社会进步对教师提出的严峻任务，教师要与时俱进，不断地更新自己的观念和知识储备，用新的教学模式和教学内容去装点课堂。充分发挥学生的积极性和主动性提高创新能力，培养学生自主思考的习惯，使学生成为课堂的主体，教师成为学生的引导者。

本文提倡在新工科的发展的环境下，采用PBL（Problem-Based Learning）以问题为主导的教学方式，强调以学生为中心，极大程度的调动学生学习的积极性。讲授的内容不再停留在控制结构和数据模型的语法层面上，应在以下两个方面具有可扩展性，一是要注重以“逻辑思维”为主线的思考问题的方式，二是要将程序设计理论结合具体的实践，使理论具有应用空间。

C语言的教学实践工具比较有效的就是Arduino，近年来课题组积极寻求C语言改革的方法，2015年关注到Arduino电路板，它是一块嵌入式的电路板，提供多种传感器接口，硬件和软件都有开源免费资源可用，各个专业普遍适用，可以针对不同的专业设计相应的案例。通过教学应用认为Arduino是“以问题为中心”的教学方法得以实现的有效平台。利用它与C语言得天独厚的浑然一体优势，将程序的运行结果用Arduino的多种传感器输出。可以使结果显示生动有趣，挖掘学生的创造潜能。学生可通过多种平台进行编程，不再局限在机房、笔记本上，也可以把自己的程序挪到手机终端，这将极大限度的激发学生探索问题和解决问题的兴趣，也使程序運行结果更为直观和贴近现实，还可以进一步指导学生用C语言在Arduino上制造出自己的作品，把“理论传授+专业实践”的传统教学模式，转变为“提出问题+课堂探讨+兴趣小组”的新模式。PBL模式下的C语言Arduino教学实践模型如图2所示。将Arduino引入C语言教学通过一系列的循序渐进的Arduino制作案例，提出问题，引导学生分析问题，用C语言思维指导实践，在实践中更好地理解C语言的结构，理论与实践相互促进。

3 使用案例设计举例

粮库使用电动振动筛筛选粮食，振动期间产生的大量灰尘有害于身体健康，而控制振动筛的开关安装在振动筛机体上，必须近距离操作，导致工作人员吸入大量灰尘。本案例开发手机APP以及振动筛下面的控制装置取代原有的手工零距离按钮，实现手机远距离控制振动筛开关。振动筛自动开关系统组成如图3所示。

手机终端APP如图4所示，语音控制部分代码如图5所示。

单片机控制继电器用到选择结构的知识点：

int incomingByte;      // 串口数据存储

void setup（） {

Serial.begin（9600）;

pinMode（7， OUTPUT）;

}

void loop（） {

if （Serial.available（） > 0） {

incomingByte = Serial.read（）;

if （incomingByte == 'H'）

{

digitalWrite（7， HIGH）; //开继电器

}

if （incomingByte == 'L'）

{

digitalWrite（7， LOW）;//关继电器}

分支语句的H、L通过下面系列操作得到：读单片机串口，由蓝牙模块输入，蓝牙模块和手机终端的蓝牙形成局域网，语音输入开、关通过云平台识别为文本开关，手机APP将开、关转为H、L发送给单片机。此案例简单有趣，引发学生的思考，拓展学生视野，具有创新和实践价值。

参考文献：

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[9]韦剑， 刘方， 周丹. 基于翻转课堂的独立学院《C 语言程序设计》课程教学改革研究 [J]. 教育现代化，2017，4（45）：101.

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[11]教育部高教司.新工科建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017，24（4）：20.

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[13]朱月秀.基于ACM竞赛的C++程序设计课程教学改革[J].漳州师范学院学报（自然科学版），2012（1）：96.

[14]孔繁森. 实践教学体系的框架模型研究[J]. 高等工程教育研究2017（5）：135.

（03）

基金项目：基于Arduino的C语言程序设计PBL教学模式探索，项目编号：2017XYB069

作者简介：冉彥中（1969-），男，重庆万州人，硕士，高级工程师，研究方向：人工智能应用，E-mail：1458485640@qq.com。

通讯作者：唐明祥（1968-），男，四川宜宾人，硕士，教授级高级工程师，研究方向：农业机械：E-mail：279222513@qq.com。