机制专业“C语言程序设计”课程教学改革的研究

舒泽芳等

摘 要： “C语言程序设计”课程是本科院校机械设计制造及其自动化专业重要的计算机程序语言课程。在传统教学中，教学内容为语法、程序结构及简单算法，教学方法基本采用教师课堂讲授知识点，学生进行实验训练。整个教学过程未与机制专业特点相结合。项目组采用引入专业实例、介绍关联课程等措施对传统教学过程进行改革，深化学生对C语言基本概念及应用背景的理解，增强其应用C语言解决实际问题的能力，教学效果良好。

关键词： 机械设计制造及其自动化 C语言程序设计 教学改革

C语言应用灵活方便，功能强大，是国际上应用广泛的计算机高级语言之一，同时也是众多理工科类专业的必修课程。然而，如何结合理工科专业自身特点进行“C语言程序设计”课程教学，使之既遵循课程教学的基本原则和方法，又融入专业背景是目前“C语言程序设计”课程教学改革研究的热点[1]。

1.机制专业“C语言程序设计”课程教学现状

机械设计制造及其自动化专业的“C语言程序设计”通常开设在大一下或大二上，授课54学时，其基本教学内容为基本语法、程序结构和简单算法及数据结构，教学方法上基本采用教师讲授各知识点，学生上机进行验证性实验。相比计算机类专业教学而言，机制专业学生没有系统地安排计算机类课程的学习，C语言是其学习的首个编程语言，学习难度大；由于缺乏“算法与数据结构”及“编译原理”等后续课程的支撑[2]，学生进行真实项目编程实践的机会较少。综上所述，导致目前机制专业“C语言程序设计”课程教学中存在以下三个问题：

1.1对C语言的地位和作用认知不全面。

由于没有接触商业化编程项目，机制专业大部分学生认为C语言比较陈旧，不及JAVA、Python、C#等语言流行度高，仅认为C语言是国家计算机等级考试中的一门语言，没有全面认识C语言的地位和作用。在纯软件编程设计方面，C语言在TIOBE编程语言排名中一直位于前三位，是目前最流行的iOS/Android的底层核心开发语言。同时由于C语言具备位操作，使得其在硬件控制方面有得天独厚的优势，是控制硬件的基本工具，对于机制专业的单片机技术、数控编程、机器人技术、PLC原理及应用等核心课程学习极其重要。

1.2教学内容联系实际不紧密。

传统机制专业“C语言程序设计”课程教学内容过多集中在语法和程序结构的讲解，上机编程实验则集中在验证性实验方面，既缺乏对程序设计中重要思想和调试技巧的讲解和训练，又缺乏对重要数据结构和算法的详细讲解，使学生在解决实际问题时缺乏经验和技巧。同时在教材选择方面，“C语言程序设计”教材基本上是通用教材，并没有区分不同专业的需求和特点，使得机制专业学生在学习中无法接触C语言在本专业中的应用实例，导致大部分学生缺乏明确的学习目的。

1.3传统教学方法不适用。

目前在“C语言程序设计”课程的教学方法上通常以语法知识作为教学主线，教学方法仍以灌输式为主，C语言语法、数据结构及简单算法的理论性较强，传统讲授方法形式单一、启发性及对比性弱，学生未能成为学习的主体，学生理解掌握难度大。同时由于C语言的语法和结构的灵活性，如果不依托真实且具有专业背景的实例讲解，学习难度大，就会极大挫伤学习积极性，教学效果往往事倍功半。

2.基于机制专业特色的“C语言程序设计”课程教学改革

针对机制专业“C语言程序设计”课程教学存在的普遍问题，项目组推动了一系列教学改革，并在实施中不断改进和完善。

2.1增加关联课程介绍环节，强化C语言的地位与作用。

机制专业的“C语言程序设计”课改由本院专业教师承担，一改过去由计算机专业老师承担的现状，本院专业老师既熟悉C语言基本理论，对于C语言在机制专业中的应用情况又比较了解，并且具备使用C语言进行实际项目开发的经验。在教学中可以使C语言和本专业应用更有效地融合。

在“C语言程序设计”课程的入门介绍中，将C语言在机制专业的各领域的应用情况给学生做梳理和介绍，重点介绍其在单片机原理及应用、机械设计原理、数控技术、机器人控制技术、PLC原理及应用、现代控制工程等课程的应用。强化C语言和这些专业课程之间的联系，使学生认识到C语言对于这些专业技术而言，是重要的编程工具，其实际编程能力的强弱将直接决定其能否学习好上述专业课程。同时将C语言和JAVA、Python、C#等其他编程语言从数据类型、语法结构、编译效率、开发平台、商业应用五个方面进行对比分析，从纯计算机编程语言的角度向学生说明C语言的特点。以此强化学生对C语言地位与作用的认识。

2.2调整教学内容，强化机制专业特色。

C语言的教学实例在教学中至关重要，是理解C语言基本概念和程序设计思路的桥梁，而传统教学实例以简单算法（例如：斐波拉契数列、猴子摘桃、杨辉三角等）为主，缺乏专业背景，且略显枯燥。在改革教学中，教学实例增加大量具有特定专业应用背景的项目案例作为实例讲解，使教学实例理论性和实践性有效结合，将理论学习与实物开发通过实例结合后，既体现C语言在这些领域的应用，又提高学生学习的积极性，有利于培养其解决实际问题的能力。

例如当学生完成基本语法和循环结构程序设计的学习后，将“单片机原理及应用”课程中的经典案例——LED跑马灯作为讲解实例，在简要介绍LED灯发光原理后，利用Proteus平台搭建由8个LED灯构成的跑马灯系统，教师编写好程序整体框架后，引导学生使用赋值语句使8个LED灯逐个点亮，使学生理解赋值操作和LED灯被点亮之间的关系。在此基础上，进一步引导学生使用循环结构程序使8个LED灯依次循环被点亮，而且循环次数可以设定，形成跑马灯，让学生在“程序修改”至“现象改变”的过程中深刻理解循环结构程序的作用；当学生完成选择结构程序设计的学习后，引导学生在开源的Arduino系统上对智能小车进行避障控制，当智能小车上红外传感器有信号，表明前方有障碍，则需要绕过障碍，通过实现此控制功能，学生可以深入理解选择结构程序，反复使用if-else语句进行选择结构程序设计，控制智能小车走迷宫；再如当学生完成基于函数和指针的复杂程序设计学习后，可引导学生利用C语言调用相关库函数进行画法几何的作图练习，作出某一零件的三视图，使学生熟练掌握库函数的调用和复杂程序设计。

2.3利用机器人综合实验平台，突出手脑并重。

为使学生学以致用，院实验设备与管理中心联合博创等企业建立了机器人综合实验平台，可作为“C语言程序设计”课程的课外第二课堂，该平台提供底层驱动代码，学生可以在此基础上利用C语言控制机器人上的各种舵机，实现控制功能。在“C语言程序设计”课程的学习期间，引导学生进入机器人实验室进行简单的机器人控制操作，将所学的C语言程序设计知识用于实际控制中。同时，该平台可提供分立元件由学生自行设计搭建机器人，使学生得到充分的动手训练，做到手脑并重。

3.教改效果

实践表明，通过以上教改措施的实施，教学效果显著，教学质量有效提高。首先，学生不再将“C语言程序设计”课程的学习目的仅定义为通过计算机等级考试，而是认识到学习C语言对其后续专业课程的作用；其次，通过具体专业实例的学习，学生的逻辑思维能力得到锻炼，解决问题的算法明显呈现多样性。近年来，贵阳学院机械工程学院学生利用C语言作为编程语言，参加全国大学生机械创新设计大赛，多次获得赛区一、二等奖；在全国“三菱自动化”设计大赛中，多次荣获全国一等奖。以上成绩的取得，表明贵阳学院机械工程学院“C语言程序设计”课程教学改革取得初步成效。

参考文献：

[1]陈丽敏，邵长友.基于自动化专业C语言课程教学改革的研究[J].中国电力教育，2013，（31）.

[2]郑征，吴云洁.自动化专业“C语言程序设计”教学思考[J].电气电子教学学报，2013，（12）.

课题项目：贵州省高等学校教学内容和课程体系改革培育项目“基于新型工业化需求的机械设计制造及其自动化专业三元制教学改革与探索”（编号：黔教高2012-426号）；贵阳市高层次创新型青年教师项目“信息化视角下应用型本科院校机械专业课程体系建设及实践教学环节研究与改革”（编号：筑教人发2014-74号）。