基于Ch交互式平臺(tái)的C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)研究

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程存在的問(wèn)題，提出基于Ch交互式平臺(tái)的c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)建設(shè)方案，闡述如何搭建線上線下結(jié)合的學(xué)生綜合評(píng)價(jià)體系，介紹該建設(shè)方案在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中取得的良好效果。

關(guān)鍵詞：c++語(yǔ)言；Ch交互式平臺(tái)；項(xiàng)目式；案例；線上線下綜合評(píng)價(jià)

0.引言

程序設(shè)計(jì)課程是大多數(shù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的必修課程，也是培養(yǎng)學(xué)生基本素質(zhì)的一門(mén)重要課程。c++語(yǔ)言不同于大學(xué)英語(yǔ)、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)必修課，重在培養(yǎng)學(xué)生基于計(jì)算思維求解問(wèn)題的思想和能力，問(wèn)題分析、建模和算法設(shè)計(jì)、實(shí)戰(zhàn)編程的能力。c++語(yǔ)言功能強(qiáng)大、表達(dá)形式豐富、使用方便靈活、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，目前大多數(shù)高校都將c++語(yǔ)言作為大學(xué)新生的程序設(shè)計(jì)入門(mén)語(yǔ)言，也將其作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)等課程的工具語(yǔ)言。

c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)戰(zhàn)型課程，程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇、課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合、學(xué)生計(jì)算思維能力和編程能力的評(píng)價(jià)體系，是課程教學(xué)中需要解決的3個(gè)難題。選擇合理有效的開(kāi)發(fā)工具能使程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)事半功倍，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)教學(xué)案例和教學(xué)模式，能激發(fā)學(xué)生自主求解問(wèn)題、學(xué)習(xí)新知識(shí)的動(dòng)力，而客觀的教學(xué)評(píng)價(jià)體系則讓教與學(xué)相輔相成，設(shè)計(jì)一套教學(xué)研究方案從以上3個(gè)方面著手，積極做好學(xué)生邏輯思維、計(jì)算思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)于如何針對(duì)c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)提出了很多很好的建議，如吳文虎教授提出的“理念先行”，就有效地解決了解題思路的問(wèn)題；斯金納提出了如何有效提高課堂效果的教學(xué)方法。針對(duì)如何將“以教師為主”的教學(xué)轉(zhuǎn)化成“以學(xué)生為主”的教學(xué)，后續(xù)提出了教學(xué)改革方法，有研究型教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、混合式教學(xué)、拋錨式教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)等，這些方法的共同目標(biāo)是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，化被動(dòng)傳授知識(shí)為學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力、計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力，但是這些方法往往擅長(zhǎng)從單個(gè)方面探究，缺乏一套完整的從開(kāi)發(fā)平臺(tái)、教學(xué)方法和教學(xué)效果評(píng)價(jià)為一體的課程教學(xué)研究，教學(xué)方案的效果有所局限。選擇合適高效的程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方案，并利用線上線下混合管理學(xué)生、評(píng)價(jià)教學(xué)成果，完成這三個(gè)方面的工作是本課程教學(xué)研究的重點(diǎn)。

1.c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程現(xiàn)狀分析

c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)分為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，前者主要以教師課堂教學(xué)PPT為中心展開(kāi)基本概念、語(yǔ)法和規(guī)范的教學(xué)；后者主要是讓學(xué)生自己動(dòng)手，圍繞知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)程序設(shè)計(jì)、編寫(xiě)和測(cè)試等上機(jī)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

在教學(xué)過(guò)程中，普遍存在以下問(wèn)題。

1）開(kāi)發(fā)環(huán)境缺乏交互性。

傳統(tǒng)的c++語(yǔ)言教學(xué)編譯環(huán)境包括常用的C++語(yǔ)言程序的運(yùn)行平臺(tái)，有Turbo C++、Visual c++、Borland c++等，它們都是集成化的開(kāi)發(fā)環(huán)境，要在這些平臺(tái)上演示一個(gè)最簡(jiǎn)單的程序，如輸出一行字符或求一個(gè)表達(dá)式的值，都必須寫(xiě)出完整的程序，這對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)無(wú)疑使c++語(yǔ)言的上機(jī)復(fù)雜化，而初學(xué)者需要的是能夠簡(jiǎn)單明了地直觀看到運(yùn)行結(jié)果，以便于理解。其次，這些平臺(tái)都是編譯性平臺(tái)，雖然可在程序運(yùn)行中設(shè)置斷點(diǎn)或設(shè)置要查看程序運(yùn)行過(guò)程中某些變量的變化情況，但對(duì)于初學(xué)者，無(wú)法提供直觀的查看方式。

2）求知積極性沒(méi)有被完全調(diào)動(dòng)。

c++課程的授課對(duì)象通常是大一的新生，他們需要從高中階段的被動(dòng)式、高壓式知識(shí)獲取方式轉(zhuǎn)變成大學(xué)開(kāi)放式、自主式的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，一方面需要教師積極引導(dǎo)hEGMRxBavQV+2fJyIXa/Pg==學(xué)生從被動(dòng)到主動(dòng)的求知習(xí)慣，另外一方面，現(xiàn)有的教學(xué)模式是以教師為中心、以知識(shí)點(diǎn)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)，即便有人提出以“學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)，依然沒(méi)有從根本上激發(fā)學(xué)生的積極性。

3）分析問(wèn)題和程序設(shè)計(jì)能力差。

學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，他們能夠從有限的教材上獲得典型的例題求解方法，但是沒(méi)有辦法從編者的角度，從實(shí)際應(yīng)用的角度抽象出應(yīng)用問(wèn)題的一般分析、分解、設(shè)計(jì)和求解方法。掌握了語(yǔ)法細(xì)節(jié)和規(guī)則，難以從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)邏輯思維、計(jì)算思維，乃至創(chuàng)新思維的方式解決問(wèn)題，而這些恰恰是c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的核心和靈魂。

4）理論教學(xué)為主，學(xué)生實(shí)戰(zhàn)能力弱。

一般高校安排c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的課時(shí)以理論課為主，上機(jī)實(shí)踐課為輔。以浙江工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院電信專業(yè)為例，c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程總學(xué)時(shí)64課時(shí)，其中理論48課時(shí)，上機(jī)16課時(shí)。學(xué)生由于大部分時(shí)間都是以課堂聽(tīng)課的形式獲取知識(shí)，通過(guò)上機(jī)實(shí)踐輔助程序設(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程，在大一階段幾乎沒(méi)有接觸到應(yīng)用的機(jī)會(huì)，迫切需要從一開(kāi)始接觸程序語(yǔ)言就讓學(xué)生培養(yǎng)解決問(wèn)題的思維方法，理論和實(shí)踐教學(xué)并重。

5）考核機(jī)制單一，無(wú)法全面評(píng)價(jià)學(xué)生能力。一般高校的c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程考核主要基于兩個(gè)方面：期末考試和上機(jī)實(shí)踐的表現(xiàn)，其中期末考試題型多以客觀題為主，上機(jī)實(shí)踐題則是程序設(shè)計(jì)題為主，通常都是體現(xiàn)了所謂的關(guān)鍵知識(shí)，更多是典型例題的拓展題目，從知識(shí)點(diǎn)分布出發(fā)。個(gè)別院校有采用限定時(shí)間的上機(jī)程序設(shè)計(jì)評(píng)定，但這些方法都沒(méi)有跟蹤式的評(píng)價(jià)學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)效果，無(wú)法全面評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力。

2.基于Ch交互式平臺(tái)的c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)研究方案

總結(jié)教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)傳統(tǒng)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程存在3個(gè)方面的問(wèn)題：程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)單一、課堂教學(xué)和實(shí)踐上機(jī)環(huán)境脫節(jié)、課程評(píng)估方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和計(jì)算思維能力，我們提出基于Ch交互式平臺(tái)的c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)建設(shè)方案，充分利用Ch解釋平臺(tái)的交互功能和內(nèi)存透明管理，設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)方案，并設(shè)計(jì)線上線下結(jié)合的學(xué)生綜合評(píng)價(jià)體系。

2.1基于Ch交互式平臺(tái)的程序設(shè)計(jì)課程

Ch交互式平臺(tái)已被多所高校采用，作為c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，我們根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，從基礎(chǔ)認(rèn)知階段、中級(jí)理解階段和高級(jí)設(shè)計(jì)階段，基于Ch平臺(tái)設(shè)計(jì)3個(gè)階段的課程學(xué)習(xí)。圖1是基于ch平臺(tái)的分階段程序設(shè)計(jì)課程方案，分3個(gè)階段，循序漸進(jìn)推進(jìn)課程教學(xué)：基于Ch交互式窗口開(kāi)發(fā)平臺(tái)的形象化教學(xué)、基于Ch Professional平臺(tái)的理解強(qiáng)化教學(xué)和基于Ch IDE集成化編程環(huán)境的高級(jí)創(chuàng)新程序設(shè)計(jì)。

1）基于Ch交互式開(kāi)展形象化基礎(chǔ)教學(xué)。

學(xué)生一開(kāi)始接觸c++語(yǔ)言，避免被其繁雜的內(nèi)存管理和指針操作難倒。我們基于ch的強(qiáng)大交互能力，將一些抽象的概念形象化，如數(shù)組和指針的概率，單個(gè)語(yǔ)句鍵入后馬上就可以得到結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)組和指針的存儲(chǔ)格式、訪問(wèn)方法和調(diào)用方式等都能夠直觀地顯示給學(xué)生，體現(xiàn)了很好的交互式形象化教學(xué)。

2）基于交互性程序運(yùn)行平臺(tái)的綜合程序設(shè)計(jì)。

要求學(xué)生掌握基本的語(yǔ)法、基本結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單的算法設(shè)計(jì)編程實(shí)現(xiàn)，基于Ch professional平臺(tái)設(shè)計(jì)典型應(yīng)用的問(wèn)題分解、程序設(shè)計(jì)和編寫(xiě)、測(cè)試。由于平臺(tái)具有良好的調(diào)試界面和功能提示，學(xué)生在通過(guò)基礎(chǔ)教學(xué)后，展開(kāi)一定自主能力的上機(jī)實(shí)踐成為很好的鍛煉，professional平臺(tái)的結(jié)果演示界面可以規(guī)范初學(xué)者的編程習(xí)慣，在基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)入鞏固和綜合應(yīng)用程序設(shè)計(jì)階段。

3）基于高級(jí)功能的綜合案例開(kāi)發(fā)。

充分發(fā)揮Ch平臺(tái)的IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和強(qiáng)大的圖形圖像處理功能，面向?qū)W生的課外科技競(jìng)賽和就業(yè)方向，結(jié)合課程的進(jìn)度，在講授課程前先設(shè)計(jì)、選擇一套與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)聯(lián)、與教學(xué)內(nèi)容相一致、功能相對(duì)完整的案例程序；然后根據(jù)每次的講授內(nèi)容，將案例分割設(shè)計(jì)成多個(gè)具體且相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)例程序分析講解。對(duì)應(yīng)案例利用Ch平臺(tái)實(shí)現(xiàn)和演示，進(jìn)度符合課程安排，便于學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊應(yīng)用。

2.2項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)建設(shè)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)采用課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)同步，c++語(yǔ)言程序教學(xué)遵循簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，從簡(jiǎn)單項(xiàng)目人手到綜合應(yīng)用型項(xiàng)目，學(xué)生自始至終全程參與。步驟如下：項(xiàng)目目標(biāo)確認(rèn)、分組展開(kāi)、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編寫(xiě)程序、調(diào)試測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告和組間評(píng)價(jià)、最終成績(jī)。圖2是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)建設(shè)的組成步驟。

每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)給定2-3個(gè)項(xiàng)目案例供學(xué)生自己選擇，學(xué)生在選定項(xiàng)目之后首先明確項(xiàng)目目標(biāo)。

學(xué)生自主選擇隊(duì)友組隊(duì)并完成角色分配，制定詳細(xì)的分工和職責(zé)，便于最后的考核和成績(jī)?cè)u(píng)定。

每個(gè)學(xué)生對(duì)自己任務(wù)模塊展開(kāi)概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。其中對(duì)于第一階段（如圖1所示）作為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的開(kāi)始，要求學(xué)生做簡(jiǎn)單的計(jì)算思路整理流程圖或N-S圖代替概要設(shè)計(jì)；對(duì)于第二、三階段（如圖1所示）中高級(jí)項(xiàng)目案例引入，則需要學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行模塊劃分、隊(duì)友之間協(xié)作分工，然后做概要分析和詳細(xì)的流程分析、接口設(shè)計(jì)和模塊獨(dú)立性設(shè)計(jì)等。

程序編寫(xiě)環(huán)節(jié)需要學(xué)生結(jié)合課堂教師分解、團(tuán)隊(duì)討論、課外查閱資料、上機(jī)編寫(xiě)和修改等工作，需要合理布局，并設(shè)計(jì)好程序接口，便于與其他的隊(duì)友協(xié)作，共同完成整個(gè)項(xiàng)目。

調(diào)試壩0試工作是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)步驟中很重要的一項(xiàng)，尤其對(duì)于第二、三階段的綜合應(yīng)用案例，需要集合隊(duì)友的共同程序模塊，這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的調(diào)試習(xí)慣和方法，而且鍛煉了他們之間的協(xié)作開(kāi)發(fā)能力。

現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告和組間評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)貫徹學(xué)生的自主思考、分析和表達(dá)能力培養(yǎng)，只有通過(guò)查閱文獻(xiàn)、項(xiàng)目分析和設(shè)計(jì)，最后經(jīng)歷Debug各個(gè)環(huán)節(jié)之后，才會(huì)有充實(shí)的過(guò)程匯報(bào)給大家，這在一定程度上督促學(xué)生保證每個(gè)環(huán)節(jié)的完成質(zhì)量。另外一方面，關(guān)于組間評(píng)價(jià)，由于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)需要學(xué)生充分利用課內(nèi)外的時(shí)間完成學(xué)習(xí)任務(wù)，為了傳達(dá)評(píng)定的民主客觀性，不是由老師一個(gè)人說(shuō)了算，學(xué)生之間的客觀評(píng)價(jià)也非常重要，作為學(xué)生最終成績(jī)的一部分。

2.3基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方案的線上線下綜合考核體系

有別于目前大多數(shù)項(xiàng)目式教學(xué)建設(shè)的一刀切——根據(jù)最終上交程序和期末考試的方法來(lái)考核，我們提出了一種基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的線上線下綜合考核體系。鑒于項(xiàng)目式教學(xué)的特點(diǎn)，充分發(fā)揮項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)：從整體上注重學(xué)生以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)和總結(jié)過(guò)程，關(guān)注學(xué)生的全程參與和表現(xiàn)，整個(gè)考評(píng)體系如圖3所示。

（1）線上考核系統(tǒng)。搭建學(xué)生項(xiàng)目案例教學(xué)管理系統(tǒng)，學(xué)生可以自主選擇合適的時(shí)間完成網(wǎng)上課題的選擇、程序設(shè)計(jì)和提交操作。

項(xiàng)目題目選擇模塊：教師定期發(fā)放案例，學(xué)生在對(duì)應(yīng)案例中選擇一個(gè)，作為階段性的項(xiàng)目。

模塊任務(wù)劃分讓學(xué)生定位項(xiàng)目角色，明確項(xiàng)目任務(wù)。

編程日志是讓學(xué)生嚴(yán)格按照項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程，定期記錄編程日志。

調(diào)試日志是學(xué)生在程序調(diào)試階段記錄程序的測(cè)試案例，及其測(cè)試結(jié)果。

結(jié)果演示報(bào)告環(huán)境是學(xué)生在每次項(xiàng)目提交階段，制作PPT做公開(kāi)匯報(bào)，并接受全體學(xué)生的提問(wèn)和評(píng)價(jià)。

（2）線下考核系統(tǒng)。項(xiàng)目式教學(xué)的考核不能將最終上交的程序和項(xiàng)目報(bào)告作為唯一成績(jī)給定標(biāo)準(zhǔn)，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了線下考評(píng)3個(gè)模塊。

學(xué)生自評(píng)。學(xué)生對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)過(guò)程做自我評(píng)價(jià)，最終提交項(xiàng)目進(jìn)度記錄表、問(wèn)題和解決方案記錄表、自我總結(jié)報(bào)告。

組間互評(píng)。學(xué)生之間相互督促和評(píng)價(jià)，不同組的學(xué)生對(duì)其他組的項(xiàng)目報(bào)告做評(píng)分，對(duì)其程序進(jìn)行評(píng)分，有必要的時(shí)候可以做監(jiān)督評(píng)分。

教師考評(píng)。教師根據(jù)學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告PPT和匯報(bào)情況、提交的項(xiàng)目報(bào)告給出評(píng)分，對(duì)項(xiàng)目程序定評(píng)分并對(duì)學(xué)生的課堂出勤做評(píng)分。

以上三塊評(píng)分總計(jì)人每位同學(xué)的最終課程成績(jī)，構(gòu)成我們?cè)O(shè)計(jì)的線下考核成績(jī)。

3.結(jié)語(yǔ)

基于Ch平臺(tái)的c++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)一年多的教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，Ch交互式平臺(tái)對(duì)初學(xué)者提供交互性好、可視化強(qiáng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深入淺出；實(shí)施項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方案充分發(fā)揮了項(xiàng)目式教學(xué)優(yōu)勢(shì)，啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；線上線下綜合考核管理系統(tǒng)客觀綜合評(píng)價(jià)學(xué)生，學(xué)生靈活運(yùn)用課堂和課余時(shí)間，能夠很好地解決學(xué)生的畏難心理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)在方法和考核上的不足。經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的實(shí)施，學(xué)生的編程能力、計(jì)算思維和創(chuàng)新能力得到顯著提高，畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)境和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)能力顯著增強(qiáng)。此外，學(xué)生參加智能車(chē)競(jìng)賽、ACM競(jìng)賽、機(jī)器人大賽Robocup等，也憑借扎實(shí)的編程基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)能力屢獲佳績(jī)。