基于竞赛驱动的“C#程序设计”课程改革与实践

郭天一，贾 林

(焦作师范高等专科学校 信息工程学院，河南 焦作 454000)

“C#程序设计”课程是我校计算机应用技术专业、软件专业、计算机网络专业、物联网技术应用专业的一门重要的编程类专业基础课。课程目标是培养学生使用.NET(微软操作平台)平台开发桌面及网络应用程序的能力，课程主要内容涉及C#语言基本语法、面向对象编程方法、Winform(Windows Form，Windows窗体)应用程序开发等。

高等职业教育是“以就业为导向，以应用为宗旨，以能力为本位”的一种高等教育类型，目标是培养实践能力强、具有良好职业道德、技术应用型人才[1]。但是，目前“C#程序设计”课程教学并不满足以上要求。为贯彻国家职业教育的方针，培养复合型人才，要注重学历教育与社会职业技能接轨。在课程改革中要结合全国职业院校技能大赛(高职组)—“物联网技术应用”赛项，探索“C#程序设计”课程改革的新模式，培养学生知行合一，理论应用于实践的能力。

一、“C#程序设计”课程教学的现状

在“C#程序设计”教学中大多数已经采用了项目化教学模式，极大地提高了学生的动手实践能力，但是还存在以下几个问题：(1)这些项目只是为了讲解某个知识点而编写的虚拟项目。就目前的应用层面而言，C#的应用开发方向主要是用于企业级的web开发[2]，但是这些虚拟项目往往无法提供真实的硬件数据，一般是自己在代码里填写一个虚拟的数据。这会导致学生在学习完该课程之后，仅仅学习到了C#语言的语法，而对于一个项目中软件和硬件怎么配合，软件如何控制硬件执行操作并不清楚。(2) 教学中的实验项目是为完成某个知识点而设计的，针对性强，但是关联性弱，无法构成一个较完整的项目应用体系，学生通过学习之后缺乏完成一个整体项目的实践经验[3]。(3)高职学生的学习更倾向于动手操作。该课程目前的讲解多数局限于软件编程，没有涉及到硬件操作方面，导致学生的学习兴趣不高。(4)“C#程序设计”课程涉及的知识点多且抽象，如类、封装、继承、多态、接口等，理论性强，导致学生的畏学情绪严重。

二、基于竞赛驱动的课程改革方法

(一)“物联网技术应用”(高职组)赛项分析

“物联网技术应用”(高职组)赛项主要是检验学生在物联网组建、产品配置与应用、应用系统开发等方面的技术技能和职业素养。以某年河南省职业院校技能大赛高职组“物联网技术应用”赛项为例，竞赛主要通过对物联网工程应用实训系统的操作使用，检验学生对智慧城市、智能环境监控和智能商业等应用场景的掌握程度和应用能力。其中，物联网PC端应用开发主要基于.NET客户端进行，使用C#语言作为编程语言。

(二) 基于竞赛驱动的课程改革方法

WPF是微软新一代图形系统，运行在.NET Framework 3.0及以上版本，为用户界面、2D/3D 图形、文档和媒体提供了统一的描述和操作方法。简单来说，WPF是桌面应用的一种UI(User Interface，用户界面)解决方案， 前台采用XAML(eXtensible Application Markup Language，可扩展应用程序标记语言)控制布局，后台可以采用C#、VB、C++等编程语言来响应控件的动作，相当于前台采用XAML编写控件，而控件的动作执行由后台的编程语言通过编写函数来实现。

基于此，可以在“C#程序设计”课程中增加WPF内容。在讲述了C#语言的基本语法之后，引入WPF相关的内容，借助物联网工程应用实训系统，可开发完成以下实训操作：LED(Light Emitting Diode，发光二极管)显示、实验室环境管理、人体红外感知、烟雾及火焰报警、智能路灯系统、视频监控等等。

(三) 基于竞赛驱动的课程改革方法实施

以实训项目“实验室环境管理”为例，来说明如何对“C#程序设计”课程进行改革。

“实验室环境管理”项目要求：(1)环境参数采集。该项目可以实时或者按照设置的时间来采集温度、湿度、光照度、噪声等实验室的环境参数。(2)预警提示。设置环境参数的预警提示。如当温度过高时，显示“温度提示：温度高，请采取降温措施！”提示语等。(3)安装执行器设备。当某个环境参数超过了设置的阈值之后，自动开启相应的执行器进行必要的处理。如当实验室内的光线较暗时，自动开启灯泡进行照明。

基于以上的要求，设计该项目的系统框图如图1所示：

图1 实验室环境管理项目的整体框

本项目的整体系统由传感器设备、数据采集器、无线网络、软件控制界面和执行器设备组成。其中，传感器设备代表各种各样的传感器(如：温湿度传感器等)，负责采集实验室的环境参数有温度、湿度、光照度和噪声等；数据采集器代表数据采集集中器，传感器设备采集到的环境参数数据均汇聚于数据采集器处；无线网络指的是Wi-Fi无线网；软件控制界面指的是在计算机上利用WPF设计的环境管理软件；执行器设备指各种执行设备，包括风扇、灯泡和加湿器等。

在该系统中，利用IEEE802.15.4协议组建星型无线传感网，系统中各个传感器采集数据并将数据汇集到数据采集器。系统工作的时候，传感器自主加入无线传感网，周期性地采集各种环境参数，并发送至数据采集器，最终通过Wi-Fi无线网络传输至计算机上，并且在计算机的软件控制界面上显示、存储；同时，各类环境数据可设置预警阈值，当某种环境参数超过其对应的阈值时，系统软件会给出相应的提示，及时控制执行器设备采取对应措施[4]。

在该项目中，传感器、采集器、执行器属于硬件设备，需要在物联网工程应用实训平台上搭建；无线网络指实验室的Wi-Fi，需要通过路由器来设置；软件控制界面需要利用WPF在计算机上设计完成。

在项目实施的过程中，可以让学生3～5人组成一个项目小组，分工协作，共同完成任务。

综合分析项目的要求，实训项目“实验室环境管理”可按照以下步骤来实施：

(1)硬件搭建。包括各种传感器设备、数据采集器、路由器、执行器等。

(2)网络设置。利用路由器配置实验室的局域网环境。

(3)软件设计。软件控制界面的设计可利用WPF来完成。在Visual Studio 2012环境下，建立WPF工程，设计如图2所示的软件控制界面。在执行器设备处，仅列出了灯泡和风扇做演示说明。

利用该系统，在某时刻采集到的实验室的环境参数，如图3所示，图中可以看到，系统自动地采集环境参数，如：温度、湿度、光照度及噪声等，并将数据可靠传输到计算机的主控软件上进行显示和存储。从图中还可以看到，当前的温度为27.8℃，超过了设置的温度阈值，所以该界面上会显示温度提示“温度高，请采取措施降温！”并且自动开启风扇进行降温。当前光照度为100lux，光线较暗，系统自动打开灯泡，同时在软件界面上点亮灯泡。

图2 实验室环境参数监测的软件界面

图3 某时刻实验室采集到的环境参数图

(四)实践效果

对“C#程序设计”课程进行了以上改革之后，效果显著，体现在以下几个方面：(1)学生的学习兴趣极大地提高，积极主动地学习相关的软件和硬件知识，实现由传统的“教师教、学生被动学”转变为“学生主动学、教师辅导”的模式；(2)增加了学习的自信心和成就感，每设计完成一个项目，看到实验的效果如预期所示，学生会产生极大的满足感；(3)为学校参加后续的“物联网技术应用”比赛打下了良好的基础，培养了更多的后备人才；(4)提高了学生的实践动手能力，达到了理论知识和实践操作相结合的目的。

(五)考核方式改革

目前我校“C#程序设计”课程的考核方式采用“平时成绩+期末考试成绩”的方式，其中平时成绩包括出勤率、课堂表现、课后作业等，在总分中占20%，期末考试成绩以期末考试的机试成绩为主，占总分的80%。这种考核方式忽视了学生在学习过程中的表现，不能客观地评价学生的学习效果。因此，对“C#程序设计”课程进行教学改革时，需要对考核方式也进行改革，基本的思路是增加过程性考核，增加实训项目完成度的分值。实训项目的执行以及评分方式包括以下几个方面：(1)学生3～5人组成一个小组，选出一名组长，以小组的形式，分工合作来完成实训项目。(2)在LED显示、实验室环境管理、人体红外感知、烟雾及火焰报警、智能路灯系统、视频监控等实训项目中，根据本组成员的实际情况选择一种作为实训项目。每个项目的难易程度不同，在评分时会作为考虑点。(3)学期末，由每组组长对本组的实训项目进行阐述，并演示实验过程及效果，提交项目中涉及的文档和程序代码，由教师以及其他组的学生进行评分。其中，文档及代码等资料齐全占分值的10%，教师评分占60%，其他组评分的平均分占30%。实训成绩计入期末总成绩。

基于以上的思路和设计，改革以后的考核方式如表1所示：

表1 改革后的考核方式

三、结论

总结目前“C#程序设计”课程教学中存在的问题，在国家职业教育要求培养复合型人才的背景下，提出了基于竞赛驱动的“C#程序设计”课程改革，并应用于课程教学中。实践表明，基于竞赛驱动的“C#程序设计”课程教学模式，极大地提高了学生的实践能力和学习兴趣，实训项目采用的小组合作模式也锻炼了学生团队协作的能力，同时这种新模式的课程教学也增强了教师的教学能力。