机器人项目驱动的城市轨道交通专业教学创新

摘要：针对城市轨道交通专业群中非常重要的两门专业核心基础课程《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》在教学中存在的问题进行了分析，提出了基于机器人项目驱动的课程教学创新实践方案，结合微课教学，取得了很好的教学效果。

关键词：机器人；项目驱动；创新实践

中图分类号：G642 文献标识码：A

一、引言

二、现状和存在的问题

（一）课程的教学课时偏少

（二）学生的学习积极性不足

有些学生认为学习《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》既抽象又枯燥，不如学习其它一些课程生动直观；有的学生是因为学习这些课程需要较强的抽象思维和逻辑思维能力，还需具备一定的数理、英语基础，因而在学习的过程中显得力不从心，不能掌握正确的学习方法和思维方式，从而对学习这两门课程产生了一种畏惧心理。

（三）实践教学环节不能满足教学的要求

城市轨道交通专业群本身就是技术应用专业，而且高职院校是以提高工程实践能力为主的职业教育。然而，现今高职院校所用的相关课程的教材，存在的普遍问题就是实践性教学内容严重不足，课程中的实践性教学多是验证性的实验，而具有实用性、创新性和职业性的基于工作过程的实训项目较少。

（四）教学方法落后、考核方式单一

高职课程一般采用的教学方法是教师课上讲授加学生实验的形式，教师在理论课上常常采用“填鸭式”教学，学生很少有机会发挥自身的主观能动性；实验时学生也仅仅是对书本上现有的一些实例进行验证调试，一旦调试成功就完成任务。这种教学方法根本不能让学生掌握如何从一个实际问题入手分析问题、解决问题。另外，单一的笔试考核方式也使教师和学生忽视了实践课的教学环节，从而导致现今的课程教学不能满足高职教育发展的需求。

三、课程教学创新实践的目的、意义和措施

第一，改革原有的理论和验证性试验相结合的教学体系，构建创新式、相互有机联系、基于实际工程项目开发的教学体系。

第二，激发学生学习《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》的兴趣和积极性，充分调动起学生的主观能动性。

第三，提高城市轨道交通专业群及相关专业学生分析问题、解决问题的能力，并且加强了他们在工程实践中的应用能力。

第四，形成一套完整的，便于学生理解和掌握，基于机器人项目驱动的《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》讲义，并运用于实际的教学。

通过将单片机的知识和C语言程序设计的知识融入到机器人项目中，让学生通过亲自设计、焊接、调试和组装项目系统中的典型模块，最后完成系统控制，全面掌握工程系统的建模、分析、设计和调试等方法，使学生体会到该课程在工程系统中的作用和地位，激发他们的学习兴趣，提高他们学习的主观能动性。另外，针对《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》讲义中涉及到的每个机器人项目设计制作相应的微课视频，加强学生的直观认识，促进知识内容的理解。从而解决了《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》这两门专业核心基础课程抽象、难学的老大难问题。

四、课程教学创新实践的内容

第一部分：基于机器人项目驱动的《C语言程序设计》教学实践

项目1：利用机器人实现直线运动

该项目包含的C语言程序设计内容有：简单的C语言程序；程序、算法；数据类型；常量与变量、控制字符；输出语句；顺序程序结构。

项目2：实现智能机器人的曲线运动

该项目包含的C语言程序设计内容有：循环控制语句；while 循环；do……while 循环；break语句与continue语句。

项目3：机器人的变速运动

该项目包含的C语言程序设计内容有：for语句循环；goto语句；嵌套循环；算术运算符与算术表达式；强制类型运算符；自增自减运算符；赋值运算符与赋值表达式；复合的赋值运算符。

项目4：机器人触觉导航

该项目包含的C语言程序设计内容有：选择语句if；关系运算符与关系表达式；逻辑运算符与逻辑表达式。

项目5：机器人循迹导航（跟踪条纹带）

该项目包含的C语言程序设计内容有：if…else分支语句；if语句嵌套；条件运算符；switch多分支选择语句。

项目6：基于I/O接口控制的机器人红外线导航

该项目包含的C语言程序设计内容有：while语句与if……else……语句综合应用。

项目7：C语言函数与机器人尾随小车 该项目包含的C语言程序设计内容有：数组；数组的定义、初始化、引用；二维数组的定义、引用、初始化；字符数组。

项目8：C语言函数与机器人运动状态

该项目包含的C语言程序设计内容有：函数定义；有参函数；函数的调用；参数的传递；形参与实参；函数的嵌套调用；递归；变量的存储方式；全局变量与局部变量；带参数的宏定义。

项目9：机器人与上位机的无线通讯

该项目包含的C语言程序设计内容有：地址和指针；指针变量及运算；数组指针；指针与函数；字符指针；指针与字符串。[1]

第二部分：基于机器人项目驱动的《单片机原理与应用》教学实践

项目1：认识机器人与单片机

该项目包含的C51单片机内容有：单片机定义以及内部结构；单片机电路符号以及封装图；单片机的框架组成及各部分功能；单片机简单控制原理；单片机的使用；单片机的类型及特点；单片机的应用领域。

项目2：机器人开发编程环境的建立

项目3：机器人的安装

该项目包含的C51单片机内容有：机器人的初步安装；51单片机芯片的安装；触觉传感器的安装；红外传感器的安装；利用面包板搭建电路。

项目4：机器人基本的巡航控制

该项目包含的C51单片机内容有：C51单片机的I/O接口介绍；单片机系统的设计；单片机控制发光二极管；单片机的软件初始化以及控制命令；单片机控制伺服电机；延时程序控制电机时序；单片机输出接口控制伺服电机。

项目5：单片机的输入接口与机器人的触觉导航

该项目包含的C51单片机内容有：单片机的输入接口；单片机控制触觉传感器原理及实物连接；单片机端口值的获取。

项目6：单片机I/O接口与机器人红外避障

该项目包含的C51单片机内容有：单片机输入输出接口控制红外线的发射与接收；单片机发送脉冲；高性能的IR检测

项目7：基于IR LED探测电路的智能机器人测距

该项目包含的C51单片机内容有：测距传感器的分类；频率扫描与区域探测；定时/计数器的应用及编程实现；TCON和TMOD特殊功能寄存器；定时器工作模式；C51单片机中断服务函数的概念和使用；中断使能寄存器；定时器时间调整。

项目8：机器人的串口通信（UART的应用）

该项目包含的C51单片机内容有：单片机串口通信；串口结构

串口控制寄存器SCON；串口的工作模式；波特率；RS232电平与TTL电平转换；存储器结构。

项目9：LCD应用编程及机器人的集成技术

五、课程教学创新实践的成果

（一）提高了学生的工程实践和编程能力

大大提高了学生的工程实践和编程能力，明确了课程知识间的有机联系性。通过教学创新，使学生把《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》课程学习与实际工程项目的开发相结合，更好的体现了理论联系实际，激发了学生学习专业的兴趣和积极性。

（二）更新了教师的教学理念

通过基于机器人项目驱动的城市轨道交通专业群课程教学创新实践，使教师深深体会到课程知识间的有机联系性和老师技术的全面性是提高教学质量的关键一环。

（三）教材建设的成果

提交了一套《基于机器人项目驱动的C语言程序设计》讲义和《基于机器人项目驱动的单片机原理与应用》讲义，该教材在城市轨道交通专业群的课程教学过程中起到了很好的效果。完成了和讲义相配套的微课视频的制作。

六、总结

基于机器人项目驱动的城市轨道交通专业群课程教学创新经过一年的运行，取得了很好的教学效果。学生在参加的各项比赛中共有37人次获得各项名次，其中还有一位同学在“国信蓝点杯”全国软件专业人才设计与开发大赛全国总决赛中获得一等奖。此次创新提高了学生对于课程的理解，帮助学生掌握了工程系统的建模、分析、设计和调试等方法，有效提升了学生的能力水平。