理虚实一体的职教师范专业C语言实验教学资源的构建

叶思掀++叶月圆

摘 要：C语言是信息技术类职业教育师范专业的基础课程，而当前该专业的C语言实验教学却采用与其他信息类专业相同的教学方法，无法体现职业教育的特点以及满足当前人才培养的要求。本课题以“理论、虚拟、实践”三位一体的职业教育新模式为基础构建适应职教师范专业教学要求的C语言实验教学资源，让知识的讲解与具体实践应用在时空上无差别化地紧密结合，做到理论教学与实验环节不分家。每堂C语言教学课既是理论教学课，又是实验教学课，更是教学观摩课。同时，以任务为导向的教学模式，又为学生构建职业教育思维提供帮助。

关键词：实验教学； 职教师范专业；职业教育；C语言

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）17-0045-03

一、引言

隨着《教育部关于加快推进职业教育信息化发展的意见》的发布，信息技术在职业教育中的应用又提升到了新的高度，各大职业院校对具备较高信息素养的教师人才的需求也格外显著。实验教学是大学教学的一个重要组成部分，是培养学生实践能力、创造能力的主要手段。[1]然而，对于职教师范这样一个特殊背景的专业，该专业的目的是培养一批能在职业学校从事教学活动的具有“教育+专业技能”背景的人才， 然而在实验教学的开展上还存在一些问题无法满足当前人才培养的要求。

高等教育与职业教育对C语言教学要求的不同，导致缺少从职教视角出发构建在高等教育体系下的实验教学模式，而职教视角正是本专业学生必须建立的专业素养。高等教育的实践环节是以验证理论的真实性、正确性为目的，实践工具往往是在计算机上从事仿真实验。目前开展的职教师范专业C语言教学模式理论教学与机房上机操练两个独立的模块，存在的问题是先教理论后机房实践，教学与实践中间存在分割，学生在这个时间差里面很容易将理论知识忘记，理论知识难以延伸到实践操作过程中，实践课程里教师又得将理论再复习一遍，浪费了实践课程时间，学习效果不佳。职业教育偏向于技术在日常生活中的应用实践，因此职教师范专业C语言教学还需要具备在生活中的应用能力，然而当前其教学却采用与其他信息类专业相同的教学方法，无法体现专业特点。同时目前没有专门针对职业教育师资培养的C语言教材和实践载体，使专业知识应用与教师技能培养各自独立缺少衔接。因此构建一套面向职教师范专业的C语言实验教学资源，来提高学生的理论、仿真实验、项目实践能力，具有非常大的应用意义。

二、理虚实一体构建职教师范专业C语言实验教学思路

职教师范专业C语言教学资源构建在一定程度上要借鉴职业院校C语言开展的经验。理实一体教学模式普遍应用于职业教育开展，“理实一体化”教学是一种突破传统理论教学与实践教学相分离机制的指导思想，将理论教学与实践教学有机地结合在一起，避免了传统教学中理论和实践相脱节的现象，[2]其教学过程要有一定的项目作为载体，并以学生为主体，教师充分发挥其主导作用，师生双方共同完成某种教学任务。[3]其基本内涵是充分利用现代化教育信息技术，将理论、实验、实践等教学内容进行融合；将授课、听讲与实践操作等教学形式无缝结合；[4]将教室与实验室等讲学环境进行有机的整合；对知识、技能与综合素质等进行集中训练；由此形成知识传递、技能锻炼、综合素质培养一体化教学模式。[5]职教师范专业C语言实验教学的目标是培养职业院校专业教师，在教学过程中应当以理实一体的教学方式来培养其专业应用能力。

理实一体在职业学校教学的开展上得到了充分肯定。理论教学是高等教育强项，实践与测试装备是开展理实一体教学必不可少的部分，C语言专业知识点应用的多样性也必将使实践设备的需求多样化。职业教育理实一体教学的开展是一个专门为该专业建立的在理实一体实训教室进行教与学的活动。该实验室与高等教育的机房不同，除了计算机还具备其他实践平台，如机器人、微型计算机学习板、开源计算机树莓派等。若将职业教育的实践环节搬运到高等教育的课堂上来，必然对职教师范专业职业能力应用的提升有很大帮助。随着信息技术的高速发展，目前虚拟技术已经在生活中普遍应用，其中不乏虚拟仪器。虚拟仪器技术是指通过计算机软件来扩展硬件功能的一种仪器设计思路，最先是由NI（即美国国家仪器公司）于1986年提出，这是对传统仪器的一次革命和创新，是现代计算机技术和功能化模块硬件深层次结合的产物。虚拟仪器充分利用了计算机高性能运算能力、大容量存储以及丰富的图形化显示等智能化功能，将传统仪器的数据处理和图像显示功能独立于硬件之外，利用软件来扩展硬件的功能。[6] “软件即仪器”是虚拟仪器的核心思想。[7]因此利用虚拟仪器技术具有简化硬件投入的特点，在普通教室内以极少的资金投入就能开展理实一体教学，同时可以解决传统教学设备受制于硬件设施、无法实现功能的扩展和资源的共享、教学设备的更新难以跟上技术应用领域更新的问题。

三、职教师范专业教学要求的C语言实验教学案例开发

针对面向职教师范类专业C语言实验教学存在的问题，本课题以“理论、虚拟、实践”三位一体的职业教育新模式为基础，构建适应职教师范专业教学要求的C语言实验教学资源。主要思路如图1所示：采用职业学校机器人技能大赛使用设备作为载体，以程序语言控制机器人动作的方式开展C语言的实践应用，实现“理实一体化”的结合；开发动画资源作为教学资源的补充，更为直观地监测C程序在机器人控制中参数变化以及工作原理，开发虚拟仪器代替实体设备，以免学生因缺乏对示波器等电子设备的操作技能而影响实验教学的开展，实现“理虚一体化”的结合；改造机器人设备，利用物联网技术将设备接入局域网络，实现教学课件、虚拟仪器设备、机器人实体设备三者之间的数据交互和远程控制，实现“理虚实一体化”的教学要求。该思路采用软件、硬件相结合的方式，以任务驱动实现对C语言课程知识点的应用实践。

为了实现以上目的，本课题拟从以下三点开展构建：

1.以教学机器人为载体，构建C语言实验教学的硬件资源endprint

教学机器人（见图2）在教学环节中可作为验证教学内容、增强课程教学效果并且帮助学生深入直观掌握课程内容的辅助工具。本课题以教学机器人为教学辅助载体，设计符合教学需求的机器人，增强学生的好奇心，带动课堂效果，同时按照可插拔组件方式组织硬件功能模块，硬件驱动程序则由C语言进行编写。学生可以通过调用函数库来获得对应功能模块的控制。为了实现机器人与教学课件和虚拟仿真资源的交互，本课通过改造现有机器人设备，以RM04 Wifi模组为核心并结合周边辅助原器件实现TCP协议与COM传输协议数据透传，为教学媒体课件的数据与机器人控制模块交互提供一条局域网、机器人不同通讯协议之间的数据传输通道，实现机器人与局域网数据互联。同时，增加逻辑控制单元，实现通讯模块所接收数据的解析、机器人活动的控制以及封装反馈与教学课件的数据并传递至通讯模块。

2.传统课件结合虚拟仪器技术，构建C语言实验教学的控件（见图3）资源

课件部分以PowerPoint为载体，专门开发基于PowerPoint的并能与服务器通信的虚拟仿真资源插件。插件利用Flash构建，结合网络通信技术，以HTTP协议作为通信协议，通过与网络服务器的数据交换，达到与机器人套件交互的功能。服务器部分以Javaweb作为开发平台，采用TCP/IP协议以及socket通信方式与硬件进行数据交换，突破了数据线连接的物理限制，实现了远程访问的功能，并采用HTTP协议实现了WebService的功能（为PPT插件提供网络服务）。采用此种模式构建课件资源，既保留了传统教学工具（PPT）的使用习惯，又保证了跨系统平台的教学应用，减少了虚拟仿真资源的开发成本，更为关键的是实现了课堂教学与实践应用的无缝衔接，方便C语言实验教学的开展和学生教学技能的培养。

3.结合课程核心知识构建基于任务驱动的C语言实验教学的课程资源（见图4）

通过对现有C语言教材知识点的梳理，将最适合与实践相结合的知识点进行提取、组织并整合。知识点按工作任务导向原则进行划分，每个知识点与相应的技能点对接，知识点与对应机器人操作组成一个实践环节。同时，结合师范类专业的特点，特别增设C语言与机器人操作教学实践环节，实现以职教思维构建C语言知识体系、以实践操作促进教学能力的職业师资培养目标。

四、结语

本课题研究，是对职教师范类C语言实验教学的一次探索，其涉及的职业教育视角的引入、实验技能与教学技能的结合、理虚实一体化教学思路的应用，都契合职教师范专业人才培养的要求，能够为该专业其他实验教学课程的改革提供借鉴和帮助。同时，研究解决的关键技术，也为如何整合现有实验仪器设备，如何以最少的经济代价获得最佳的虚拟仿真资源提供支持。“十一五”、“十二五”教育部、财政部实施职业院校教师素质提高计划，以建设高素质专业化“双师型”教师队伍为目标。本课题的实施，也正符合了国家对职业教育发展的现实需求，具有一定的社会效益。

参考文献：

[1]刘凤泰.关于实验教学改革的问题[J].实验技术与管理，2000（4）：6-10.

[2]李华.理实一体的项目化教学与实践研究[J].辽宁高职学报，2012（7）：33-34.

[3]沈洪松.理实一体化教学课程模式的分析与研究[J].电大理工，2011（1）：52-54.

[4]李娟.“理实一体化”实验室建设的探索研究[J].中国成人教育，2010（12）.

[5]刘欢欢.“理实一体化”在《LED 应用技术》教学中的实践[J].改革与开放， 2013（10）：108.

[6]Richey RC，Klein JD，Nelson WA.Developmental research：Studies of instructional design and development[J].Handbook of research on educational communications and technology，2004（2）：1099-1130.

[7]Manual LU.National Instruments[J].Austin，TX，1998.

（编辑：王天鹏）endprint