程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)改革實(shí)踐與創(chuàng)新

　　摘要：本文從如何培養(yǎng)大學(xué)生抽象思維能力和創(chuàng)新能力出發(fā)，在分析理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程中存在的一系列問(wèn)題的基礎(chǔ)上，闡述創(chuàng)新能力培養(yǎng)的多種教學(xué)方法改革，結(jié)合河南工業(yè)大學(xué)近五年的教學(xué)改革的實(shí)踐，在程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中取得較滿意的效果。
　　關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力
　　文章編號(hào)：1672-5913(2010)08-0046-04
　　中圖分類號(hào)：G642
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　面對(duì)世界科技日新月異、信息社會(huì)雛形初具、經(jīng)濟(jì)全球化浪潮洶涌而至的強(qiáng)有力挑戰(zhàn)，中國(guó)教育學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)顧明遠(yuǎn)先生認(rèn)為：“教育創(chuàng)新是時(shí)代的要求，也是我國(guó)實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略的迫切要求。”在強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)新能力”和“素質(zhì)教育”的大前提下，如何在程序設(shè)計(jì)課程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)，是我們進(jìn)行教學(xué)改革重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。
　　打好程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)于理工科大學(xué)生來(lái)講，是一個(gè)“看家本領(lǐng)”，是實(shí)實(shí)在在的利用計(jì)算機(jī)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的本領(lǐng)。因此，如何改革“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的抽象思維能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，并按照計(jì)算機(jī)學(xué)科最根本特征——“構(gòu)造性”和“能行性”的要求，加大抽象思維能力和邏輯思維方法的訓(xùn)練力度，是程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)改革研究的重點(diǎn)。
　　
　　1　現(xiàn)行教學(xué)中存在的問(wèn)題
　　
　　1，1程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的定位出現(xiàn)偏差
　　目前，大多數(shù)高校的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是以高級(jí)語(yǔ)言c語(yǔ)言為脈絡(luò)展開的，采用語(yǔ)法教學(xué)為主，上機(jī)檢驗(yàn)程序?yàn)檩o的教學(xué)模式。但是，理解語(yǔ)法和能夠解決實(shí)際問(wèn)題，兩者仍舊不能劃等號(hào)。過(guò)于注重語(yǔ)法，沒(méi)有突出程序設(shè)計(jì)的基本概念、思路和方法，忽視學(xué)生程序思維能力的培養(yǎng)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，嚴(yán)重影響后繼課程c++與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程的學(xué)習(xí)。
　　
　　1，2傳統(tǒng)教學(xué)形式與多媒體教學(xué)的沖突
　　傳統(tǒng)的教學(xué)形式采取的是黑板教學(xué)，知識(shí)點(diǎn)和例題的講解都在黑板上進(jìn)行，這可以較好地與學(xué)生互動(dòng)，但存在信息量小、不能動(dòng)態(tài)演示程序的問(wèn)題；多媒體教學(xué)以信息量大、動(dòng)態(tài)演示程序?yàn)閮?yōu)勢(shì)，但也存在教師與學(xué)生交互少的問(wèn)題，學(xué)生被動(dòng)接受大量信息反而難以掌握重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　
　　1，3驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的“眼高手低”
　　目前，程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)普遍為“驗(yàn)證型”實(shí)驗(yàn)，即通過(guò)一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)。這種“驗(yàn)證型”實(shí)驗(yàn)雖然對(duì)學(xué)生理解教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)和掌握一定的編程技能有益，但也有明顯的缺陷。首先，“驗(yàn)證型”實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系不強(qiáng)，這就導(dǎo)致學(xué)生在做完一個(gè)學(xué)期的十幾個(gè)實(shí)驗(yàn)之后，依然不知道如何去編制一個(gè)完整實(shí)用的程序；其次，“驗(yàn)證型”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是唯一的，如果結(jié)果與預(yù)期不一致，就意味著學(xué)生的程序有誤。這種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力不但沒(méi)有益處，反而會(huì)扼殺學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主觀能動(dòng)性；再次，這種相互獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)很難保證實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)性。
　　
　　1，4被動(dòng)學(xué)習(xí)產(chǎn)生的消極情緒
　　由于知識(shí)點(diǎn)繁多而授課學(xué)時(shí)有限，大多數(shù)教師在講授時(shí)都是滿堂灌，沒(méi)有留給學(xué)生必要的課堂思考和練習(xí)的時(shí)間，學(xué)生課下編程遇到問(wèn)題時(shí)無(wú)所適從，從而產(chǎn)生畏難心理和消極情緒，對(duì)于后面較難的知識(shí)點(diǎn)，例如指針、結(jié)構(gòu)體和文件部分，部分學(xué)生甚至采取放棄的態(tài)度。
　　
　　1，5傳統(tǒng)的筆試帶來(lái)的副作用
　　現(xiàn)在采取的考核方式大多為“平時(shí)表現(xiàn)+作業(yè)+期末考試”的形式，而期末考試是評(píng)價(jià)學(xué)生能力的主要方面。大多數(shù)高校的考試方式采取傳統(tǒng)的筆試，有些學(xué)校甚至按照計(jì)算機(jī)二級(jí)考試要求出期末試卷，它給學(xué)生以錯(cuò)誤的暗示，使其認(rèn)為語(yǔ)法知識(shí)的學(xué)習(xí)比算法的制定更主要，另外，它也沒(méi)有達(dá)到真正考核學(xué)生實(shí)際編程能力的要求。
　　
　　2　教學(xué)改革中采取的對(duì)策
　　
　　2，1修改計(jì)算機(jī)專業(yè)2009年的培養(yǎng)計(jì)劃，正確定位程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程
　　2008年項(xiàng)目組成員通過(guò)對(duì)東南大學(xué)、南京郵電大學(xué)、南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)等高校的調(diào)研，認(rèn)真修改計(jì)算機(jī)專業(yè)2009年的培養(yǎng)計(jì)劃，將高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程修改為程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)定在大一上、下兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行教授，并在學(xué)時(shí)上作了大的調(diào)整，上學(xué)期理論教學(xué)40學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)14學(xué)時(shí)，主要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，依托計(jì)算機(jī)編程環(huán)境，對(duì)所要求解的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，將其抽象成數(shù)學(xué)模型，寫出計(jì)算步驟，編程加以實(shí)現(xiàn)。大一下學(xué)期，將實(shí)踐學(xué)時(shí)增加到40學(xué)時(shí)，而理論教學(xué)學(xué)時(shí)為14學(xué)時(shí)，通過(guò)一些綜合案例的分析和大量綜合問(wèn)題的解決，提高學(xué)生知識(shí)運(yùn)用的綜合性、靈活性與探索性，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和創(chuàng)新能力。
　　在教學(xué)內(nèi)容上，打破先講語(yǔ)法后編程的常規(guī)教學(xué)，重視算法的講解，以實(shí)例為引導(dǎo)，幫助學(xué)生分析問(wèn)題并寫出算法步驟，然后再基于語(yǔ)法規(guī)則進(jìn)行編寫代碼。語(yǔ)法知識(shí)貫穿與實(shí)例中講解，以常用語(yǔ)法知識(shí)在具體程序中應(yīng)用為前提，不要求學(xué)生死記硬背。實(shí)踐表明，這種“重視算法，不過(guò)分強(qiáng)調(diào)語(yǔ)法”的教學(xué)策略，增強(qiáng)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也調(diào)動(dòng)了學(xué)生編程的積極性。
　　在教學(xué)過(guò)程中，注重培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，強(qiáng)調(diào)程序的可讀性、規(guī)范性，要求關(guān)鍵變量加注釋，函數(shù)功能有描述，學(xué)會(huì)調(diào)試程序，組織好的測(cè)試數(shù)據(jù)，能夠分析和判斷運(yùn)行結(jié)果的正確與否。在使用編譯開發(fā)環(huán)境時(shí)，除了使用推薦的TC++3.0，還鼓勵(lì)大家使用VC++6.0。在VC++6.0編譯開發(fā)環(huán)境中編譯和運(yùn)行一個(gè)c程序相對(duì)簡(jiǎn)單，而且更方便調(diào)試程序，學(xué)生可以跟蹤變量，隨時(shí)看到數(shù)值的變化，不斷地用所學(xué)知識(shí)校正調(diào)試時(shí)遇到的問(wèn)題，還可以向教師進(jìn)行實(shí)時(shí)的教學(xué)反饋。
　　
　　2，2教學(xué)方法的改革
　　在教學(xué)形式上，采取黑板教學(xué)與多媒體教學(xué)結(jié)合。學(xué)校根據(jù)教師提出的意見(jiàn)，整改所有的多媒體教室，將屏幕統(tǒng)一移到講臺(tái)的一側(cè)，露出一半的黑板空間。這樣，重點(diǎn)、難點(diǎn)在黑板上板書講解，基本內(nèi)容和實(shí)例演示用多媒體，既避免了黑板教學(xué)信息量小和無(wú)法動(dòng)態(tài)演示程序的問(wèn)題，也解決了多媒體教學(xué)中交互少和被動(dòng)灌輸大量信息的問(wèn)題。
　　在教學(xué)方法上，采取由淺入深的啟發(fā)式教學(xué)和形象教學(xué)。例如，在講解數(shù)組前，以草原來(lái)貴客，主人要從上千頭羊中選出最肥的那頭羊?yàn)槔?，引出?shù)組的概念：在數(shù)組的應(yīng)用上，先以學(xué)生熟悉的求幾個(gè)學(xué)生平均分的實(shí)例入手，然后逐漸增加難度，講解Fibonaeei數(shù)列、冒泡排序等難度較大的例題。在講解冒泡排序算法時(shí)，找出5個(gè)高低不等的學(xué)生，按照排序思想實(shí)際操作一遍，讓學(xué)生更直觀、更形象地看到排序過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)算法的理解。在教學(xué)中對(duì)于難以理解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行形象舉例，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。例如，在學(xué)習(xí)選擇結(jié)構(gòu)if.else語(yǔ)句的時(shí)候，以這樣的例子幫助學(xué)生理解：if(課表上有課)去教室上課；else去操場(chǎng)鍛煉；用他們?nèi)粘Ｉ钪惺煜さ睦觼?lái)講解，可以很好的幫助他們理解知識(shí)點(diǎn)，并且也間接地提高他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
　　建立河南省精品課程c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)網(wǎng)站進(jìn)行輔助教學(xué)(http：／／172.18.254.252／s2008／cyy／index.aspx)，大大延伸教學(xué)互動(dòng)的時(shí)間與空間。在網(wǎng)站中學(xué)生可以下載教學(xué)課件和學(xué)習(xí)資料進(jìn)行自學(xué)，還可以通過(guò)BBS交流平臺(tái)向任課教師提問(wèn)，老師在網(wǎng)上及時(shí)進(jìn)行解答，也可以通過(guò)在線測(cè)試模塊隨時(shí)檢查知識(shí)的掌握情況。
　　
　　2，3實(shí)踐教學(xué)的改革
　　程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，我們根據(jù)教學(xué)過(guò)程制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，多選取設(shè)計(jì)型實(shí)踐，少選取驗(yàn)證型內(nèi)容，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際緊密聯(lián)系，調(diào)動(dòng)學(xué)生解決問(wèn)題的興趣，例如二維數(shù)組的實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生解決多個(gè)售貨員賣多種商品，統(tǒng)計(jì)每個(gè)售貨員的營(yíng)業(yè)額和每種商品的銷售額。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要求學(xué)生在實(shí)踐課之前進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)算法、編寫代碼，在實(shí)踐課中進(jìn)行調(diào)試，教師只是引導(dǎo)和輔導(dǎo)作用。
　　課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生從理論學(xué)習(xí)走向解決實(shí)際問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。在課程后期的一至兩周，其他的課程都暫停，集中時(shí)間和精力進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。一般選擇與實(shí)際聯(lián)系緊密的課題，例如，學(xué)生成績(jī)查詢系統(tǒng)、圖書借閱系統(tǒng)或小型超市管理系統(tǒng)等。根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和掌握知識(shí)的情況進(jìn)行分組，2～3人一組，各自承擔(dān)不同的設(shè)計(jì)部分，充分發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的優(yōu)勢(shì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和創(chuàng)新精神。最后通過(guò)答辯和檢查報(bào)告來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的設(shè)計(jì)，即時(shí)糾正一些錯(cuò)誤，給出課程設(shè)計(jì)成績(jī)。課程設(shè)計(jì)使學(xué)生經(jīng)歷文獻(xiàn)查詢、程序模塊設(shè)計(jì)、程序流程制訂、源代碼編制、上機(jī)調(diào)試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與分析及論文撰寫等一系列的訓(xùn)練，開闊了他們的視野，擴(kuò)大了知識(shí)面，培養(yǎng)了動(dòng)手創(chuàng)新能力，是提高教學(xué)質(zhì)量的一條好途徑。
　　
　　2，4培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新思維，創(chuàng)設(shè)因材施教的探索空間
　　愛(ài)因斯坦說(shuō)：“興趣是最好的老師，熱愛(ài)是永恒的動(dòng)力”。顧明遠(yuǎn)先生也提到：“只有讓受教育者自由、主動(dòng)地進(jìn)行自我發(fā)展，它們身上內(nèi)隱的創(chuàng)造性素質(zhì)才可能外顯出來(lái)。當(dāng)然，不是說(shuō)學(xué)生不需要教師給他傳授知識(shí)，教他能力，知識(shí)和能力都是學(xué)生創(chuàng)造的基礎(chǔ)，但是更重要的是通過(guò)教育教學(xué)促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地發(fā)展，發(fā)揮他內(nèi)在的創(chuàng)造潛力?！睂W(xué)習(xí)任何一門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的捷徑就是用它來(lái)編程，因此，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)在程序設(shè)計(jì)課程中是至關(guān)重要的，知識(shí)點(diǎn)的掌握，編程能力的提高，要求學(xué)生在課下必須進(jìn)行大量的編程練習(xí)。因此，在第一堂課就引導(dǎo)他們動(dòng)手編寫人生中的第一個(gè)程序，消除他們的畏難之心，并給他們講解程序設(shè)計(jì)過(guò)程中有趣的科學(xué)故事，演示一些軟件和游戲，甚至是往屆學(xué)生課程設(shè)計(jì)的作品，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣；成立程序設(shè)計(jì)群，鼓勵(lì)大家在群中進(jìn)行問(wèn)題討論、算法優(yōu)化、群策群力，培養(yǎng)大家的合作意識(shí)和創(chuàng)新思維。
　　鼓勵(lì)有能力的學(xué)生參加ACM／ICPC競(jìng)賽——世界上最具權(quán)威性的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽。學(xué)生通過(guò)參加ACM／ICPC競(jìng)賽或網(wǎng)上ACM題庫(kù)的在線練習(xí)，深深體會(huì)到只有對(duì)具體題目的分析和實(shí)踐，才能真正掌握數(shù)學(xué)的使用和算法的應(yīng)用，并在不斷的練習(xí)中增加編程經(jīng)驗(yàn)和技巧，提高對(duì)時(shí)間復(fù)雜度的感性認(rèn)識(shí)，優(yōu)化時(shí)間的分配，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的配合。
　　每個(gè)學(xué)期挑選3～5名有能力的學(xué)生參與到教師的科研中，從一年級(jí)開始培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，實(shí)踐證明，這批學(xué)生的解決實(shí)際問(wèn)題能力和科研能力相對(duì)于其他學(xué)生要強(qiáng)，對(duì)他們的就業(yè)或考研都有很大的幫助。
　　
　　2，5進(jìn)行教材改革
　　長(zhǎng)久以來(lái)，c語(yǔ)言的教材大多數(shù)都是采用我國(guó)著名計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育家譚浩強(qiáng)先生編寫的《c程序設(shè)計(jì)》，該書的最大特點(diǎn)就是知識(shí)點(diǎn)講解得很詳細(xì)，非常適合學(xué)生自學(xué)，但是也容易造成一個(gè)誤區(qū)，就是過(guò)分追求語(yǔ)法知識(shí)的學(xué)習(xí)，而忽視了算法的積累。針對(duì)“重視算法，不過(guò)分強(qiáng)調(diào)語(yǔ)法”的教學(xué)策略，我們大膽進(jìn)行教材改革，選用吳文虎先生編寫的國(guó)家精品課程教材——《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第2版)》，該書分為幾個(gè)部分：變量、代數(shù)與計(jì)算機(jī)解題，邏輯思維與計(jì)算機(jī)解題，數(shù)組組織、篩選與排序問(wèn)題的解題思路，函數(shù)、遞推與遞歸，指針，流與文件，貪心法，動(dòng)態(tài)規(guī)劃，鏈表，二叉樹，蒙特卡羅法。重點(diǎn)放在問(wèn)題的分析，數(shù)學(xué)模型的建立，最后理出算法，并編碼實(shí)現(xiàn)。
　　另外，推薦優(yōu)秀的外文原版教材《PROGRAM－MING IN ANSI C(THIRD EDITION)》作為輔導(dǎo)教材，讓學(xué)生更準(zhǔn)確地理解課程內(nèi)容。這部教材語(yǔ)言描述簡(jiǎn)單易懂，知識(shí)點(diǎn)講解簡(jiǎn)練到位，實(shí)例貼近生活。同時(shí)，它也可以培養(yǎng)學(xué)生閱讀英語(yǔ)資料的習(xí)慣，為參加ACM-ICPC等國(guó)際賽事的學(xué)生助一臂之力，為其將來(lái)的學(xué)習(xí)和科研打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　利用外文原版教材與“雙語(yǔ)教學(xué)”產(chǎn)生了一個(gè)意外的聯(lián)系。筆者于2009年下學(xué)期進(jìn)行C語(yǔ)言的雙語(yǔ)教學(xué)嘗試，探索利用雙語(yǔ)教學(xué)和優(yōu)秀的外文原版教材引領(lǐng)教學(xué)效果改革的新途徑。
　　
　　2，6考核方式的改革
　　為了提高學(xué)生分析問(wèn)題和實(shí)際編程能力，我們將傳統(tǒng)的考核方式“平時(shí)表現(xiàn)+作業(yè)+期末考試”改革為“平時(shí)表現(xiàn)+大作業(yè)+上機(jī)考試”，比例分別是2：4：4。平時(shí)一般每三周布置一個(gè)大作業(yè)，促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)綜合應(yīng)用，并為期末的上機(jī)考試積累經(jīng)驗(yàn)。為了客觀地反映教學(xué)質(zhì)量，采取教考分離、集體閱卷的形式。實(shí)踐表明，這種考核方式，重視平時(shí)動(dòng)手能力的培養(yǎng)，更客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
　　
　　3　結(jié)語(yǔ)
　　
　　從2005年開始我們著手對(duì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革，包括3次修改課程教學(xué)大綱，分別修訂2006年和2009年的培養(yǎng)計(jì)劃，2006年建設(shè)河南工業(yè)大學(xué)精品課程c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，2008年建設(shè)河南省精品課程C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)近五年的改革實(shí)踐，學(xué)生分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力逐年提高，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性都得到了極大地調(diào)動(dòng)，學(xué)生對(duì)該課程連續(xù)三年評(píng)教成績(jī)分別為91.59、96.68和98.24，這表明學(xué)生對(duì)課程改革是滿意的。至于今年的雙語(yǔ)教學(xué)和教材改革的成效，還需要時(shí)間來(lái)證