針對工程應用的C語言程序設計課程實踐探索

張志俊

（中南民族大學 計算機科學學院，湖北 武漢 430074）

1 課程教學狀況

C語言應用能力、程序設計能力是對大學工程類本科學生最基本的要求，此要求越來越重要，甚至對眾多的非計算機專業都提出了相對應的教學要求。

1.1 問題分析

將C語言及其程序設計方法的優秀特點——擅長符號化抽象性地描述問題；清晰結構化地求解問題；編輯編譯調試地解決問題；既嚴格規范科學，又不失語言交流性的書寫風格——作為課程學習的主要目標，課堂上詳細講解C語言要素，配以精煉的例程和實驗教學，基本上能較好地完成認知、理解和簡單使用C語言程序設計思想、方法的教學任務。許多高校相關專業，特別是非計算機專業的C語言程序設計課程，采取常規的或者改進的、混合的多種教學模式（如傳統羅列式、問題驅動式、微課／反轉課堂式、線上線下慕課式等）。課程教學內容和達到的教學目標大多如此，在達到的程度上會有一定的差異[1-4]。

通過對非計算機專業高年級和畢業學生的了解，大部分學生的C語言程序設計能力是極其有限的[2-4]：能閱讀一定的程序，但不能理解程序整體意圖；不懂得規劃程序結構、分解問題；對開發環境還比較陌生，只能以控制臺應用模式編寫練習程序；不能通過編譯結果看懂提示，不能通過DEBUG跟蹤流程、查看變量和數據來發現問題、糾正錯誤；甚至對程序設計一片空白等。究其原因，可能是學生投入的精力不夠，但更重要的是教學目標的設定不夠全面，教學內容、方法、考核形式上對學生形成自主學習、自主訓練的動力和壓力不足，教師在教學引導的方式上不夠適合。

1.2 課程教學內容和目標

不同高校、專業的C語言程序設計課程的教學目標、內容設置、基本知識的教學要求大致相同，只是在應用性、完整型、設計性能力上的要求有些差異。

中南民族大學公共基礎“C程序設計語言”課程（4學分），設置了較多的實驗機時（32學時），要求學生掌握結構化程序設計的一般方法，培養嚴謹的程序設計思想、靈活的思維方式和較強的動手能力；自動化類專業“程序設計語言”課程（3.5學分12實驗機時），要求學生掌握語法規范，了解程序設計基本思想、方法，培養靈活應用思想和方法分析、解決實際問題的能力。

清華大學自動化專業“計算機語言與程序設計”課程（3學分），強調客觀對象與抽象數據變量關系、計算機編程思維，強調編程規范和風格、指針應用訓練，強調DEBUG工具使用，注重培養程序設計思維方法與基本能力，強化解決實際應用問題編程能力的訓練[5]。

美國舊金山州立大學工程學院“工程師C語言程序設計”（Introduction to C Programming for Engineers）3學分，課堂100分鐘/周，實驗165分鐘/周。根據工程認證標準中對學生評價A、B、C、E的要求[6]，結合基于微控制器的測量和控制的C程序設計，強調對問題的描述和分析、算法的設計、程序的實現、程序的測試、調試和維護、程序文檔的編輯等[7]。

對于工程應用型專業，將本類課程的教學目標和內容設定在對C語言及程序設計思想、方法的認知、理解和簡單應用上，遠遠不夠，還應該加以擴展，使學生達到三方面的能力要求：①較熟練地應用C語言、常用庫函數、開發環境，編寫、調試、實現完整的、較綜合的應用程序；②將本類課程的學習體驗和收獲作為開啟后續相關課程學習的契機，并觸類旁通地為專業可編程類技術性課程、專業應用軟件類課程、綜合性實踐教學等奠定程序設計和開發的基礎；③熟悉專業領域工程應用系統軟件一般性思路，了解行業對軟件開發、可編程器件程序設計的需求。

2 課程教學設置

2.1 教學目的

教學目的設想和要求：課程教學采取“在編程中學習C語言”的思路和方法，將C語言的學習融入程序設計之中。通過若干例程的詳細講授、操作演示、實際練習、調試實現等過程，達到學生較好地掌握主要編程技術和技巧的目的。學生有了程序設計的能力，從而附帶地學會了C語言的精華，初步具有規范性、專業性、藝術性的意識并得到體現，得到行業人士的認可。

2.2 教學內容

課程不采取傳統課堂知識點傳授的模式，而以安排學習、模仿和練習項目例程的程序設計訓練為主，將C語言基本知識的學習主要交由學生課外自行來完成，教學內容見表1。項目例程由易到難，從趣味、游戲形式開始，逐漸向數據處理、典型工程應用、實時多任務調度、嵌入式應用過渡；涉及三種開發環境，從控制臺文本窗到圖形化窗口界面形式，再到Windows形式，再到虛擬單片機嵌入式應用。

表1 教學內容安排

3 課程教學過程

教學實踐結合網絡教學平臺，通過課堂講解、課堂考核、課后練習作業的網絡提交與批閱、與項目例程混合的實驗演練、實驗報告撰寫與批閱以及在線答疑等環節完成。

3.1 學習要求

采用校園網絡教學綜合平臺，通過平臺發布課程計劃、實驗安排、教學課件、各種資料、各類軟件資源以及每次的作業、實驗內容和要求，并指定提交截止時間。此外，要求學生：①準備個人電腦；②熟練掌握網絡教學平臺的使用；③自行準備和安裝相關軟件；④在實驗中及課后完成每次的編程練習；⑤截取程序代碼及運行效果圖片，按時在網絡上提交作業。

3.2 課堂教學

課堂教學采用多媒體手段，教學內容充實，主要內容包括：①演示編程環境搭建、軟件資源的應用；②演示例程運行效果，講解項目目的；③演示講解項目程序設計結構；④演示解釋程序代碼，講解C語言知識、常用系統函數及注意要點；⑤演示編譯、DEBUG調試過程，講解開發環境綜合使用；⑥課堂書面考核與解答；⑦學生作業批閱解釋與解答。

圖1列舉了幾個項目例程的運行效果，從中可以看到綜合性和工程應用性。

根據教學進程安排了若干課堂考核（見表2），每次考核時間10～20分鐘，書面提交，下次課堂上予以解答。這可以幫助學生理解基本知識，同時也起到課堂教學管理的作用。

3.3 作業、實驗與答疑

圖1 項目例程運行效果

表2 課堂考核

教與學是一個互動過程，重要的是以學生為主體，引導他們主動或者被動地動心、動眼、動手、動腦、動口的自行行動起來。教師通過大量的代碼閱讀、模仿編程、綜合性程序修改，補充或自行設計練習、調試運行練習等形式的課后作業和實驗室當場演練，并配合網絡在線交互答疑、及時作業批閱，督促學生按進度完成教學過程，進而在項目演練中完成C語言程序設計工程應用性課程任務。課后作業和實驗內容安排見表3，完成作業和實驗練習，并以代碼截圖、調試運行效果截圖形成文檔，在截止時間前通過網絡教學平臺提交。

4 課程考核與教學思考

學生的課程學習綜合評價，通常是期末書面考試成績與平時成績按比例計算得到總評成績（例如7:3或6:4），平時成績一般由作業、實驗、到課情況等組成，期末書面考核所占比例較重。筆者采取了針對工程應用性的教學設計，加強平時多種學習過程的考核比重。

4.1 考核方式

考慮與以往教學考核方式的銜接過渡，暫時保持期末書面考試（見表4），適當降低期末考試成績比例，按5:5合成總評成績。將學生在學習過程中的所有表現都作為因素計算到平時成績中（課后作業取8次最好成績占比30%，課堂考核取7次最好成績占比7%，課程參與占比3%，實驗效果及實驗報告占比10%）。強化平時的學習過程和效果，也有利于學生重視平時的訓練。

課后作業與實驗報告中的程序設計，除了要求程序運行結果和效果外，還特別要求規范性：目錄管理，用有含義的英文單詞命名，程序頭注釋，函數注釋，變量、代碼注釋，文件結束注釋，標識符、變量名、函數名等以英文單詞大小寫命名，語句縮進與對齊，操作符空格書寫，適當空格、空行等。

表3 課后作業及實驗安排

表4 期末書面考試

4.2 教學思考

課程教學改革實踐探索與學生學習狀態反饋，對教學過程有了一些體驗和體會，值得下一步思考。

（1）課程教學的總體效果。一方面需要結合考試成績對全部因素的分析后加以對比，來進一步深入分析了解；另一方面還需要在將來較長時間段內，調研學生在后續的課程學習與實踐中、畢業階段的程序設計中的能力體現，來進一步深入地分析了解。

（2）期末書面考核的形式和內容可以在下一研究階段考慮改革和探索。工程應用型的教學已經將C語言及程序設計方法的學習，落實到平時過程的項目訓練中完成，通過演練強化了語法、規則、庫函數和技巧的應用，期末書面考試則可以弱化C語言基礎知識和程序設計基本能力的考察，而將重點放在用C語言、算法、C程序結構的思維，來考查學生對實際問題的描述、問題分析、程序設計、求解流程和過程管理等方面。

（3）課程要求學生具有一定的計算機基礎知識，機械專業班級未開設“計算機基礎”課程，軌道專業班級該課程與本課程同步開設，對本課程學習影響較大。筆者在實際教學中補充了相關知識，但省去了“嵌入式應用”環節的教學，留下了遺憾。

（4）開發環境DevCPP對于初學者是不錯的軟件，上手快，小巧易攜帶易安裝。該軟件已停止更新，功能不是非常完善，特別是調試功能相對較差，可考慮采用其他的開發環境。

（5）考慮借鑒舊金山州立大學“工程師C語言程序設計”的教學。在學習C語言基礎后，結合嵌入式微控制器，采用相應開發平臺，提供虛擬或實物運行對象，設計應用性模擬測量控制實際需求，來實現C程序設計過程的教學。

5 結 語

通過對具體實際應用問題的編程求解來設計教學，工程類應用型專業學生可以較好地將C語言程序設計知識、方法的學習融入項目訓練之中，提升自主學習的動力和效率，達到以學生為主體的教學效果。本課程改革針對C語言及程序設計類課程，擴展課程教學目標，采用大程序量的、系統的、綜合性的項目例程設計和實現作為主要教學內容和教學方式，課程教學改革開展了有意義的實踐和探索，積累了較豐富和有益的經驗。