基于CDIO的C語言虛擬實驗室建設(shè)研究

喬憲遐, 楊 樂

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院, 江西 南昌 330045)

基于CDIO的C語言虛擬實驗室建設(shè)研究

喬憲遐, 楊 樂

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院, 江西 南昌 330045)

為提高C語言課程教學(xué)效果,將“構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運作”的工程方法融入C語言虛擬實驗室建設(shè)過程中,結(jié)合CDIO教育教學(xué)理念,從C語言課程實驗中提煉所覆蓋的知識點及其要素,以C語言虛擬實驗室開發(fā)項目為載體,分析C語言課程教學(xué)內(nèi)容要點及方法,以及虛擬實驗室在C語言課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與工程意識的有效性。

虛擬實驗室； CDIO； C語言； 教學(xué)改革

C語言課程是工科類高校必修的基礎(chǔ)課程之一,學(xué)生運用C語言的能力往往會影響其他后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果[1-2]。教師對C語言授課內(nèi)容的組織和C語言教材的編寫,大多遵循“先介紹語法結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、基本運算符和表達式等知識點,然后講解C語言程序的基本結(jié)構(gòu)、編程規(guī)則及其相關(guān)例題,最后上機檢驗”的思路[2-4]。這種教學(xué)方法比較死板和單調(diào),并且對于大一新生而言,他們理解和應(yīng)用計算機語言的能力還不強,尤其缺乏工程實踐經(jīng)驗。本文依托C語言課程,在建設(shè)基于CDIO的C語言虛擬實驗室的過程中讓學(xué)生參與,再現(xiàn)并描述C語言的教學(xué)要點及方法等,助推C語言課程教學(xué)改革,進一步提升大學(xué)生在工程實踐方面的能力。

1 C語言課程教學(xué)現(xiàn)狀

理工類高校在制訂教學(xué)計劃時，都將C語言作為必修的計算機基礎(chǔ)課程,并且大多選擇在大一上學(xué)期開設(shè)這門課程。對于大一年級的學(xué)生來說,對編程語言的理解還比較膚淺,所以學(xué)習(xí)C語言課程時都會有點茫然。筆者在多年的教學(xué)實踐中跟蹤調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在著以下問題,使C語言課程的教學(xué)效果不佳。

(1) 對大一新生而言,信息技術(shù)和計算機知識水平參差不齊,教師在系統(tǒng)講解知識點后讓學(xué)生自主練習(xí),不易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)C語言的熱情。

(2) 部分學(xué)生自主練習(xí)不夠,達不到上機實踐的要求,無法形成嚴密的邏輯思維能力；部分學(xué)生感到“老師上課能聽懂,自己編程編不出”,不能主動配合教師的講課并跟上教學(xué)進度,教師的主動性和積極性也受到一定的挫傷。

虛擬實驗室是一個大型的遠程開放教學(xué)實踐平臺[5],學(xué)習(xí)者能夠利用它自助學(xué)習(xí)和互動學(xué)習(xí)。虛擬實驗室主要由虛擬化實驗功能模塊、數(shù)字化設(shè)計功能模塊和仿真化工藝功能模塊組成,借助虛擬實驗室三維立體化模式和可視化模式,可再現(xiàn)C語言課程教學(xué)中所涉及的一系列常見問題。

2 C語言虛擬實驗室建設(shè)

筆者根據(jù)高校人才培養(yǎng)目標,分析C語言學(xué)科特點和課程教學(xué)大綱,結(jié)合學(xué)習(xí)者在遠程教育模式下的認知規(guī)律,將整個C語言實驗教學(xué)體系按功能和內(nèi)容分成4個功能模塊,使學(xué)生根據(jù)自己的情況和能力自取所需[6]。C語言虛擬實驗室主要包括用戶模塊、實驗?zāi)K、教學(xué)資源模塊和學(xué)習(xí)交流模塊(見圖1)。

圖1 C語言虛擬實驗室功能模塊

(1) 用戶模塊。本虛擬實驗室有教師、學(xué)生和管理員3種用戶。教師能夠上傳C語言課程教學(xué)課件、遠程指導(dǎo)學(xué)生實驗、查看和統(tǒng)計實驗結(jié)果；學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)能夠隨意做C語言實驗、自主進行個性化實驗、在線考試、在線和教師就實驗內(nèi)容進行交流；管理員權(quán)限最高,主要實現(xiàn)管理功能。

(2) 實驗?zāi)K。實驗?zāi)K是C語言虛擬實驗室的核心功能模塊,主要實現(xiàn)可視化的仿真過程。學(xué)生通過實驗?zāi)K實現(xiàn)C語言的在線仿真實驗并上傳實驗結(jié)果,觀看教師對該實驗的視頻講解,下載相關(guān)課件,能夠連線其他學(xué)生組成學(xué)習(xí)共同體等；教師在線布置作業(yè)、批改作業(yè)、指導(dǎo)學(xué)生實驗等。

(3) 教學(xué)資源模塊。在該模塊中,教師或管理員可以上傳有關(guān)教學(xué)的文字資料、視頻資料和圖片資料等,學(xué)生可以在線獲取這些資源。學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣和計劃在線學(xué)習(xí)C語言；系統(tǒng)為提高學(xué)生的積極性,能夠自動為在線學(xué)習(xí)的學(xué)生新增并累積積分。

(4) 交流模塊。交流模塊的功能包括在線答疑和批復(fù)作業(yè),并按照C語言課程的章節(jié)內(nèi)容來分類。學(xué)生能夠就學(xué)習(xí)過程中的問題進行具有針對性的在線交流,分享在C語言課程實驗過程中所遇見的問題及解決問題的方法。學(xué)生也可以在該模塊中發(fā)貼,提出問題或解答他人提出的問題,系統(tǒng)可根據(jù)回答問題的正確程度新增相應(yīng)的積分。教師主要是通過交流模塊在線解答問題,實時輔導(dǎo)學(xué)生。

3 基于CDIO教育理念的C語言教學(xué)

早在2000年,美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)就著手探索和研究工程教育問題,歷經(jīng)4年實踐創(chuàng)立了CDIO工程教育模式[2,7]。CDIO的生命周期包括從產(chǎn)品研發(fā)直至產(chǎn)品運行整個過程,CDIO工程教育就是讓學(xué)生參與到工程實踐中,融會貫通所有的知識點,并體悟整個“工程”的制作理念[8-9]。筆者在進行C語言課程教學(xué)中融入了CDIO的工程教育理念,構(gòu)建了基于CDIO的C語言虛擬實驗室。

傳統(tǒng)的C語言課程教學(xué)過多地堆積概念,學(xué)生對C語言的語法結(jié)構(gòu)及其使用價值理解不透徹[10-11]。為改變這一情況,筆者設(shè)計了與自然語言類似的應(yīng)用場景用于C語言實驗教學(xué),即基于CDIO工程理念,將C語言的知識點按章節(jié)整理,以一個工程項目貫穿課程教學(xué)始終,用工程項目來盤活整個C語言課程的教學(xué),如表1所示。

表1 基于CDIO的C語言教學(xué)內(nèi)容簡介

用工程項目導(dǎo)出C語言的知識點,為每一個知識點設(shè)置若干小型案例進行講解。這些案例能夠充分應(yīng)用到C語言課程每堂課的實踐教學(xué)之中,不但融合了課程教學(xué)內(nèi)容的新知識點,而且包括大量之前課程教學(xué)內(nèi)容的知識點,形成“構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運作”這一工程理念的C語言課程教學(xué)應(yīng)用環(huán)節(jié)[12],使學(xué)生在鞏固之前知識點的同時兼顧新知識點,充分感受計算機程序設(shè)計所帶來的樂趣,學(xué)習(xí)C語言的主動性和積極性大幅度提高,有效地增強了學(xué)習(xí)的自信心。

4 結(jié)束語

本文構(gòu)建基于CDIO的C語言虛擬實驗室,以工程項目產(chǎn)品研發(fā)直至產(chǎn)品運行整個過程作為載體,實現(xiàn)了可視化的仿真教學(xué)情景,培養(yǎng)了學(xué)生人際交往能力、工程實踐能力和知識創(chuàng)新能力。從筆者幾年的C語言課程教學(xué)實踐來看,主動參與C語言課程教學(xué)案例改革的學(xué)生,其綜合素質(zhì)都有較大幅度的提升。經(jīng)過調(diào)查和統(tǒng)計分析表明,參加構(gòu)建基于CDIO的C語言虛擬實驗室項目的學(xué)生,其語言課程的成績均比較優(yōu)異。特別是在大二和大三的時候,這些學(xué)生的語言課程成績極為穩(wěn)定且有充足的學(xué)習(xí)動力,對軟件開發(fā)表現(xiàn)出極大的興趣,各科平均成績也高于其他沒有參加C語言虛擬實驗室建設(shè)的學(xué)生。

References)

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[2] 邱曉紅,李渤,樊中奎,等.融合認知結(jié)構(gòu)和CDIO教育理念的C語言教學(xué)[J].計算機教育,2013(16):107-111.

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[6] 喬憲遐,鄭蕉.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下非計算機專業(yè)“計算機操作技術(shù)”實驗教學(xué)改革的研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2009,26(3):207-209.

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Research on construction of C language virtual laboratory based on CDIO

Qiao Xianxia,Yang Le

(College of Computer and Information Engineering,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,China)

Aiming at that the effect is not ideal in teaching of C language, this article proposes the engineering education methods by the process of building a virtual laboratory to reflect the conception-design-implementation-operation. According to the CDIO engineering education,this article analyses the knowledge point of the C language experiment,points out the main points and methods of C language, and the development projects through the C language virtual laboratory, illustrates that the virtual laboratory is the effective project for promoting and nurturing the students’ engineering awareness and innovative ability in C language teaching,and tries to carry out a new kind of experimental teaching mode.

virtual laboratory; CDIO; C language； teaching reform

2015- 03- 20 修改日期：2015- 07- 27

江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級課題重點項目(JXJG-12-4-23)資助；江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級課題一般項目(JXJG-08-4-26)資助；江西農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究課題資助項目(2014B2ZC11)

喬憲遐(1963—),女,江西南昌,本科,高級實驗師,研究方向為計算機基礎(chǔ)以及電子商務(wù)專業(yè)教學(xué)改革、農(nóng)業(yè)信息化

E-mail：qiaoxianxia@163.com

楊樂(1979—),男,江西進賢,碩士,副教授,研究方向為軟件形式化和自動化、農(nóng)業(yè)信息技術(shù).

E-mail：jxnzhyangle@163.com

G482

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1002-4956(2015)10- 0122- 03