基于新工科人才培養的C語言程序設計教學改革研究

張寧 李敬輝

摘 要：在新工科背景下，針對傳統C語言程序設計教學過程中存在的問題，以能力培養為目標，結合專業應用需求，提出了基于案例教學、改革教學模式、建立多維評測機制等方法，旨在提高學生的計算思維能力和解決復雜問題的能力，能夠應用程序設計解決專業問題，為學科交叉融合打下基礎。

關鍵詞：程序設計;計算思維;案例教學

引言

為適應新經濟發展和國家發展戰略，2017年教育部在新時代全國高等學校本科教育工作會議上，強調了發展新興工科專業、改造升級傳統工科專業的規劃[1]，并于 2 月 18 日、4 月 8 日和 6 月 9 日分別在復旦大學、天津大學和北京相繼組織召開了高等工程教育發展戰略研討會、新工科建設研討會、新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議，分別形成了“復旦共識—新工科建設”、“天大行動—新工科建設行動路線”、“北京指南—新工科研究與實踐項目指南”[2]。新工科建設的提出和實施加快了高等學校專業建設改革的步伐，進一步推動了新的教學理念、新的教學手段和新的教學模式在教學中的嘗試和完善。

新工科的人才培養目標中指出，要培養創新能力強、工程實踐能力強且具備國際競爭力的高素質復合型人才。C語言程序設計作為工科類專業的實踐應用型課程，在人才培養中有非常重要的地位。C語言程序設計不僅有利于培養學生分析問題、解決問題的工程設計能力，還可以與專業應用相結合，提高學生的工程實踐能力和創新能力。在新工科的人才培養目標下，課程要適應人才培養的需要，更新教學理念和方法。為此，本文提出了基于新工科人才培養的C語言程序設計教學改革，從分析教學對象入手，探索適合學生和人才培養需求的教學新方法、新模式。

一、教學對象分析

C語言程序設計授課對象多為大學一年級新生，盡管隨著教育水平的提升和信息技術產品的普及，新生對計算機的認識和應用能力較以往有明顯提高，但對于計算機的基本工作原理、信息的數字化表達認知基礎仍然比較薄弱，這對程序設計構成了很大的障礙。學生難以理解計算機執行程序的基本原理和程序設計的基本思想，因此，學生出現的問題是，能夠看懂例題，但不會動手設計程序，看到題目無從下手，造成入門難，學習興趣缺失，逐漸形成惡性循環，導致學習狀態不好，影響后續專業課程的學習，甚至影響學習態度。

程序設計語言的語法知識較多，學生剛開始學習對于瑣碎的語法規則不熟，語法錯誤頻出。常見的問題例如：花括號或圓括號不匹配，關鍵字書寫錯誤（例如main寫成mian），中英文標點符號錯誤（例如“：”寫成“;”），輸入輸出語句格式錯誤屢見不鮮，一個程序多個main函數等。盡管都是簡單的語法錯誤，但學生實踐少，對語法生疏，難以自行發現錯誤所在，導致上機調試程序編譯通不過，程序執行不了，浪費大量時間，學生受挫。

學生對知識的靈活運用能力不夠嫻熟，例如，學生編寫程序總是習慣把所有的功能寫入主函數，而不是將各功能獨立編寫成函數，形成模塊化的程序設計，對函數的理解不透徹，不清楚為什么要使用函數，怎樣自己設計函數;另外，對于同一類題目，如數組中數的逆序存儲與回文的判斷，盡管求解方法類似，但學生缺乏舉一反三的能力。究其原因在于，學生對知識的理解不夠深入，沒有理解知識的本質。因此，授課目標不僅在于使學生學習一門程序設計語言，更重要的在于使學生理解語法的本質、計算機執行程序的基本原理以及程序設計的基本思想。培養學生分析問題、解決問題、靈活應用知識的能力。

二、案例教學

傳統的教學方法更多關注語法規則，學生面對繁多的語法規則感到枯燥乏味，極易喪失學習情趣，計算思維和編程思想的培養也無從談起。而案例教學能較好地解決這些問題，通過精心總結和設計，利用生活中常見的問題，將知識貫穿于問題中。課程不再以枯燥的語法為主線，而是以案例為牽引，通過提出問題、分析問題、解決問題傳授解決問題的方法，培養學生分析問題、解決問題的能力。語法知識穿插于問題求解過程中，使得語法不再單調、枯燥，也突出了課程的重點是學生能力的培養。

授課案例可以是生活中的實際問題，例如出租車分段計費、空氣污染指數計算、物品價格查詢等;也可以是C語言的經典有趣案例，如兔子繁殖問題、水仙花數、素數判斷等;當學生有了一定基礎后，還可以采用綜合性的案例，如學生成績信息管理系統，將所學的知識貫穿起來。通過解決實際問題，學生不僅對課程產生濃厚的學習興趣，還可以深刻感受和體會到程序設計的用途。

案例講解要注重學生思維能力的培養，關注問題的求解思路和步驟，使學生學會解決問題的方法，而不僅僅是一個具體問題的求解。例如，判斷輸入的任意整數n是否為素數，是則輸出“YES”，否則，輸出“NO” 。對于該問題，應首先分析問題的求解思路，然后一步步求解，初始的大體步驟如下：

通過一步步分析問題，建立起問題的解決步驟，通過程序設計語言將步驟加以實現。這個過程中，更注重學生思維能力的培養，使學生掌握分析問題、解決問題的方法，達到“授之于漁”，而不是“授之于魚”。

三、線上線下結合的教學模式

程序設計課程入門難，內容多，要達到掌握程序設計方法并能夠靈活運用的教學目標，僅僅靠課內學時遠遠不夠。而MOOC和SPOC的新型教學模式為以上問題的解決提供了可能。C語言的語法知識和每一章節的基礎知識難度較小，學生通過自學可以自行掌握，因此，這部分內容可以借助網上的MOOC資源由學生獨立完成。課上的學時則用來對基礎知識進行歸納，并在此基礎上擴展延伸。通過案例將基礎知識加以應用，同時開展翻轉課堂，給學生更多參與課堂的機會，針對相同的問題提出不同的見解，拓寬了思路，通過思維的碰撞，對問題認識更加深刻。學生課下完成任務的方式，不僅需要學生對知識查閱、整理和歸納，還需要團隊溝通合作，既能夠鍛煉學生解決問題的能力，也能培養學生的團隊合作精神。

程序設計能力的提高離不開實踐，除了課內的實踐環節，還應為學生提供課下練習的平臺，通過程序設計在線評判系統（OJ）在線布置和提交作業，學生的程序代碼通過OJ系統在線評判，使得學生的作業能夠及時得到反饋，知道對錯，從而能夠及時分析解決，從而不必單純地依靠老師來檢查、指導。作為老師，則通過OJ系統可以實時查看學生的作業完成情況，了解學生的掌握情況和薄弱環節，從而有針對性、有重點地講解。

四、建立多維評價機制

傳統的教學評價模式以期末考核為主，學生的學習過程不能充分體現，僅憑期末一次考試無法衡量學生學習情況。為客觀衡量學生的學習效果，應注重學習過程，為此，引入多維評價機制，多角度地評價學生的學習效果，促使學生把功夫下在平時，切實保證學習效果，達到人才培養的目標。

課程的綜合成績包含以下幾部分：

（1）出勤：占5%。

（2）作業（10%）：分為書面基礎知識練習作業和OJ在線編程作業。

（3）上機限時實驗（10%）：上機課上作業，需要在課上規定時間內完成。

（4）階段測驗（25%）：共有以下階段測驗：流程控制結構、函數、數組和指針、結構體和文件。

（5）期末（50%）：理論測驗+編程測驗。

五、結語

通過基于新工科人才培養的C語言程序設計的創新型教學改革研究，對C語言程序設計的課程教學模式進行了實踐探索。將以教師講授為核心的傳統課堂教學活動組織形式，變為以學生的自主學習為主導，極大地提高了學生學習的自主性，并且將教師從繁重的課堂教學中解放出來，更多地去關注C語言程序設計課程的教學方法以及教學資源的優化、組織和管理，提高教學效果。今后，我們將進一步結合我院學生的特點，完善教學內容、方法和手段，提升學生的專業實踐應用能力和綜合創新能力，滿足社會、企業對新工科人才的需求。

參考文獻

[1] 楊業娟，鄭棣，史汶澤，等.基于新工科人才培養的C語言程序設計創新型教學改革研究[J].計算機時代，2019（10）：80-82.

[2] 喬加新，梁后軍，魏蘇林.構建全方位分層程序設計類課程創新教學體系：基于新工科理念的計算機專業[J].黑龍江工業學院學報（綜合版），2019，19（9）：20-24.