物联网应用技术专业C语言课程教学改革的探索

鲁邦定 张宏梅

（1.江苏联合职业技术学院通州分院，江苏 南通 226300；2.江苏省通州中等专业学校，江苏 南通 226300）

1 引言

智能设备、传感器、软件、通信、物联网、大数据、云计算和机器人等新技术的发展，不仅深刻地改变着产业的发展，也让我们的日常生活变得更加智能高效和多姿多彩。机器人技术是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的一个重要指标，世界各国都在大力推动机器人技术的创新和行业快速发展。“未来的世界，是数字化的世界，人类各种信息的开发和存储，都在借着数字化的编程方式，加工、传输、存储和检索。”随着新技术不断应用、新产业不断涌现，产业结构在不断转型升级，过去的知识与技能正在快速失效，每个职业对技术人才的要求都在不断变化之中。物联网应用技术专业是伴随着信息技术的高速发展而出现的新兴电子信息类专业，本专业毕业生主要从事物联网企业物联网产品的生产、物联网工程施工、物联网设备或产品维护维修、物联网项目辅助研发。迫切需要从电子信息类专业和实践工程应用的角度出发，强调以有趣的实验过程和真实的实验现象为主导，对C语言课程进行教学改革的研究，以便适应智能新时代对人才的要求。

2 C语言课程教学现状探析

C语言作为五年制高职物联网应用技术专业必修的一门专业基础课程，是一门理论和实践并重的核心基础课程。其教学目标是帮助学生掌握计算机语言的基本知识和程序调试的基本方法，树立模块化程序设计的基本思想，使学生初步具备程序设计能力，为学生进一步学习其他专业课程和今后从事辅助开发工作打下坚实的基础。但，在实际教学实践中面临着多个值得思考和解决的问题，主要集中体现在以下四个方面：

一是几乎所有教材都是建立在C语言本身所拥有的一些语言规则上，注重语法语义的渗透、讲解和验证。枯燥的语法学习和单一的数学问题求解会降低学生的学习兴趣，使得学生对C语言望而生畏，甚至会出现厌学的情绪。二是C语言对软件编程和硬件编程的语法知识侧重点有很大不同。作为电子信息类学生来说，大部分学生对传统C语言教学知识感到困惑，也不能为后续嵌入式课程服务。三是随着信息技术的飞速发展，计算机应用已从单纯的计算和信息系统应用逐步转向大数据、云计算、机器人技术与人工智能。在这样的新时代背景下，各学科知识的交叉融合需求越来越强烈，如果C语言还是按传统套路，以语法语义和基本的编程方法为重，则课程知识技能的教学就脱离物联网软硬件辅助研发的核心能力需求。四是中等职业学校人才培养的目标定位早已不再是简单的技能型人才培养，发展面向未来的、集科学探究和工程实践于一体、以解决复杂真实情境问题为目标的新人才定位正呼之欲出[1]。

3 C语言课程教学改革基本思路

传统理念下，程序设计的教学项目和任务用于各知识点的讲解，多数是数值计算、验证性的实践。人工智能背景下，程序设计的融合项目参照课程知识体系，重点是服务于问题解决，不再纠结于单一学科和单个知识点，将散乱的专业知识按需组合，巧妙融合于工程项目应用，形成跨学科知识系统。融合项目可以激发学生的创造力，有一定的创新空间和创新载体，而不是统一的、呆板的输入输出形式。

3.1 以人才培养方案改革教与学的内容

根据“五年制高职物联网应用技术专业实施性人才培养方案职业能力要求”，依据课程目标和岗位需求，结合学生职业生涯发展、终身教育等需要，注重课程内容与后续课程衔接、教学过程与岗位对接、书证融通，按理论教学与实践训练并重的原则，突出专业实践能力的培养，确定课程教学内容。围绕物联网产品的生产、工程施工、设备或产品维护维修、物联网项目辅助研发岗位要求，结合课程的性质和以生为本的教学理念，确定课程目标，突出计算思维核心素养的培养。

3.2 以“三教改革”为契机开发融合课程

在STEM理念指导下，以学习者为中心、以能力培养为主线、以机器人为教学平台，组建融合课程教学团队，开展融合教学实践。将语法语义、控制结构、算法、流程图和模块化程序设计思想融入开发实践中，使学生在有趣有用的实验过程中学习C语言。不局限于知识的系统性，侧重于课程的实用性和可操作性，着眼于项目与问题的解决，充分挖掘课程的核心内涵及核心知识，融合各学科、各课程的学习资源，开发新型智能化项目，以项目为载体，融合进课程核心知识与技能，着力培养学生计算思维能力和创新思维品质，充分体现专业特色和新时代特色。

3.3 以“轴翻转”的理念改革教与学方式

高效融入斯坦福大学提出的“轴翻转（Axis Flip）”[2]理念，将“先知识后能力”反转为“先能力后知识”。遵循学生认知和技能形成规律，将辅助研发职业岗位能力中用到的知识点融合在项目中，在项目中，把专业理论知识、职业技能、过程与方法有机融合穿插起来。让学生知道实现一个项目或解决一个问题，需要哪些知识技能，再针对性地学习相关知识的应用，强调以学生为主体，教师为主导，以学定教，先学后教，注重问题的求解和知识的综合运用。

4 C语言课程教学改革实施策略

在人工智能背景下，以“三教改革”为契机，以项目课程为载体，融合多种教学方法，重构专业课程知识与技能框架，把产教融合落实到课程与课堂，开展新一轮的教学改革实践。

4.1 以融合项目为引领，“做学教”合一

建构主义理论认为，知识的获得关键在于学习者在一定的学习情境下，借助必要的学习资源，借助他人的援手，通过意义建构的方式而获得，不是完全通过教师传授得到的。“做”，体验学习、创新探索，体现职业性；“学”，自主学习、合作探究，体现主体性；“教”，答疑解惑、积极引导，体现主导性；做是学、教的基础，三者合一、相辅相成。运用项目情境下的“做学教”合一教学模式，能把学习变为一个体验成功、寓教于乐的过程。

4.2 以智能小车为平台，知识应用于实践

在教学实施过程中打破传统的学科知识体系，以智能小车的控制为主线重构知识、技能框架，使知识的传授过程更加贴近学生认知规律，能力的训练过程更加符合职业能力发展规律。我们相信：能做什么比知道知识更重要，我们将教材中知识点巧妙融入测距、避障、循迹、花样LED、光控LED、声控LED、数码管、LCD显示、交通灯、入侵检测、无线通信等模块中。在体验式学习中，掌握程序C语言的语法规范，理解程序控制结构、数据顺序存储以及模块化程序设计，激发学生对程序设计的兴趣，调动学生的主观能动性，让学生会认识到编程不再是枯燥的事情，激起了学生的创造性，同时凸显个性。此外，还培养了他们软硬件联合调试开发的能力，以及感知、处理、执行的专业逻辑思维。

4.3 以微型游戏为手段，促进高效课堂的构建

在“做学教”合一的项目基础上，为突出重点突破难点，根据学情的开展需要，教学团队创新性开发了微型拼图游戏、算法演绎动画等，将枯燥抽象的重点难点直观化、形象化。学生在轻松愉快的游戏活动中掌握设计思路、语法格式与规范，完成代码编写与调试。微型游戏的引入，降低了学习门槛，调动学生对程序设计的兴趣，让学生快乐学习，在玩乐中完成知识技能的意义建构，促进高效课堂的构建。

4.4 以学生为中心，思政元素巧妙融入课程

以“立德树人”为根本任务，构建课程思政的育人环境，促进“育人育才”有机统一。①将思想政治教育巧妙地融入项目设计中，例如“智慧选择，跑赢人生”，潜移默化地告诉学生：选择需要智慧，需要树立正确的人生观和价值观。“循环启智，点亮未来”，循环结构闪烁着人类的智慧，循环的过程就是不断累积，以达到目标，以此培养学生坚持不懈、绝不放弃、立志成才的坚强意志品质。②C语言是非常严谨的一门课程，来不得半点马虎，有着严格的语法语义和逻辑表达，差之毫厘，则谬以千里，学生在编程的过程中能养成严谨的工作作风和良好的职业素养。③在项目实施的过程中，控制程序的设计，软硬件的联合调试，不可能一蹴而就，需要团队合作、反复调试，可以培养学生的工匠精神和团队协作精神。④在课堂教学中，有意识地引入我国在信息技术领域取得的重大成就：超算、5G技术、麒麟芯片、鸿蒙OS等，激发学生的爱国主义热情。

5 结语

物联网应用技术专业是伴随着信息技术的高速发展而新增的新兴专业，具有跨学科、跨界融合的天然基因，物联网专业的C语言教学必然侧重于硬件编程的语法知识和软硬件的集成创新。随着区块链、边缘计算、人工智能等新技术不断注入物联网，物联网必将迎来跨界融合、集成创新和规模化发展的新阶段[3]。C语言课程的在教学实施过程中，应区别于计算机专业C语言教学模式，以电子信息类专业Keil开发环境替代Dev-C++或Visual C++开发环境，以机器人平台替代传统printf()和scanf()格式化输入输出。从注重程序功能性验证到创新性嵌入式开发，使物联网应用技术专业学生明确学习C语言目的和意义。

新课改倡导一线教师积极建构一种以“学”为中心的教与学关系，让学生能采用基于项目的学习方式进行学习，课程项目化、课堂活动化和学习个性化已逐渐成为教育发展的趋势。但不容忽视的是，基于智能机器人的C语言课程教学，容易出现学科知识系统结构性缺失的问题。在实际教学实践中，通过学科知识图谱对项目进行总体规划，再补充一些常见算法、文件操作之类的知识，以实现学科知识的均衡覆盖。