基于新工科人才培养的C语言程序设计教学改革研究

张宁 李敬辉

摘 要：在新工科背景下，针对传统C语言程序设计教学过程中存在的问题，以能力培养为目标，结合专业应用需求，提出了基于案例教学、改革教学模式、建立多维评测机制等方法，旨在提高学生的计算思维能力和解决复杂问题的能力，能够应用程序设计解决专业问题，为学科交叉融合打下基础。

关键词：程序设计;计算思维;案例教学

引言

为适应新经济发展和国家发展战略，2017年教育部在新时代全国高等学校本科教育工作会议上，强调了发展新兴工科专业、改造升级传统工科专业的规划[1]，并于 2 月 18 日、4 月 8 日和 6 月 9 日分别在复旦大学、天津大学和北京相继组织召开了高等工程教育发展战略研讨会、新工科建设研讨会、新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议，分别形成了“复旦共识—新工科建设”、“天大行动—新工科建设行动路线”、“北京指南—新工科研究与实践项目指南”[2]。新工科建设的提出和实施加快了高等学校专业建设改革的步伐，进一步推动了新的教学理念、新的教学手段和新的教学模式在教学中的尝试和完善。

新工科的人才培养目标中指出，要培养创新能力强、工程实践能力强且具备国际竞争力的高素质复合型人才。C语言程序设计作为工科类专业的实践应用型课程，在人才培养中有非常重要的地位。C语言程序设计不仅有利于培养学生分析问题、解决问题的工程设计能力，还可以与专业应用相结合，提高学生的工程实践能力和创新能力。在新工科的人才培养目标下，课程要适应人才培养的需要，更新教学理念和方法。为此，本文提出了基于新工科人才培养的C语言程序设计教学改革，从分析教学对象入手，探索适合学生和人才培养需求的教学新方法、新模式。

一、教学对象分析

C语言程序设计授课对象多为大学一年级新生，尽管随着教育水平的提升和信息技术产品的普及，新生对计算机的认识和应用能力较以往有明显提高，但对于计算机的基本工作原理、信息的数字化表达认知基础仍然比较薄弱，这对程序设计构成了很大的障碍。学生难以理解计算机执行程序的基本原理和程序设计的基本思想，因此，学生出现的问题是，能够看懂例题，但不会动手设计程序，看到题目无从下手，造成入门难，学习兴趣缺失，逐渐形成恶性循环，导致学习状态不好，影响后续专业课程的学习，甚至影响学习态度。

程序设计语言的语法知识较多，学生刚开始学习对于琐碎的语法规则不熟，语法错误频出。常见的问题例如：花括号或圆括号不匹配，关键字书写错误（例如main写成mian），中英文标点符号错误（例如“：”写成“;”），输入输出语句格式错误屡见不鲜，一个程序多个main函数等。尽管都是简单的语法错误，但学生实践少，对语法生疏，难以自行发现错误所在，导致上机调试程序编译通不过，程序执行不了，浪费大量时间，学生受挫。

学生对知识的灵活运用能力不够娴熟，例如，学生编写程序总是习惯把所有的功能写入主函数，而不是将各功能独立编写成函数，形成模块化的程序设计，对函数的理解不透彻，不清楚为什么要使用函数，怎样自己设计函数;另外，对于同一类题目，如数组中数的逆序存储与回文的判断，尽管求解方法类似，但学生缺乏举一反三的能力。究其原因在于，学生对知识的理解不够深入，没有理解知识的本质。因此，授课目标不仅在于使学生学习一门程序设计语言，更重要的在于使学生理解语法的本质、计算机执行程序的基本原理以及程序设计的基本思想。培养学生分析问题、解决问题、灵活应用知识的能力。

二、案例教学

传统的教学方法更多关注语法规则，学生面对繁多的语法规则感到枯燥乏味，极易丧失学习情趣，计算思维和编程思想的培养也无从谈起。而案例教学能较好地解决这些问题，通过精心总结和设计，利用生活中常见的问题，将知识贯穿于问题中。课程不再以枯燥的语法为主线，而是以案例为牵引，通过提出问题、分析问题、解决问题传授解决问题的方法，培养学生分析问题、解决问题的能力。语法知识穿插于问题求解过程中，使得语法不再单调、枯燥，也突出了课程的重点是学生能力的培养。

授课案例可以是生活中的实际问题，例如出租车分段计费、空气污染指数计算、物品价格查询等;也可以是C语言的经典有趣案例，如兔子繁殖问题、水仙花数、素数判断等;当学生有了一定基础后，还可以采用综合性的案例，如学生成绩信息管理系统，将所学的知识贯穿起来。通过解决实际问题，学生不仅对课程产生浓厚的学习兴趣，还可以深刻感受和体会到程序设计的用途。

案例讲解要注重学生思维能力的培养，关注问题的求解思路和步骤，使学生学会解决问题的方法，而不仅仅是一个具体问题的求解。例如，判断输入的任意整数n是否为素数，是则输出“YES”，否则，输出“NO” 。对于该问题，应首先分析问题的求解思路，然后一步步求解，初始的大体步驟如下：

通过一步步分析问题，建立起问题的解决步骤，通过程序设计语言将步骤加以实现。这个过程中，更注重学生思维能力的培养，使学生掌握分析问题、解决问题的方法，达到“授之于渔”，而不是“授之于鱼”。

三、线上线下结合的教学模式

程序设计课程入门难，内容多，要达到掌握程序设计方法并能够灵活运用的教学目标，仅仅靠课内学时远远不够。而MOOC和SPOC的新型教学模式为以上问题的解决提供了可能。C语言的语法知识和每一章节的基础知识难度较小，学生通过自学可以自行掌握，因此，这部分内容可以借助网上的MOOC资源由学生独立完成。课上的学时则用来对基础知识进行归纳，并在此基础上扩展延伸。通过案例将基础知识加以应用，同时开展翻转课堂，给学生更多参与课堂的机会，针对相同的问题提出不同的见解，拓宽了思路，通过思维的碰撞，对问题认识更加深刻。学生课下完成任务的方式，不仅需要学生对知识查阅、整理和归纳，还需要团队沟通合作，既能够锻炼学生解决问题的能力，也能培养学生的团队合作精神。

程序设计能力的提高离不开实践，除了课内的实践环节，还应为学生提供课下练习的平台，通过程序设计在线评判系统（OJ）在线布置和提交作业，学生的程序代码通过OJ系统在线评判，使得学生的作业能够及时得到反馈，知道对错，从而能够及时分析解决，从而不必单纯地依靠老师来检查、指导。作为老师，则通过OJ系统可以实时查看学生的作业完成情况，了解学生的掌握情况和薄弱环节，从而有针对性、有重点地讲解。

四、建立多维评价机制

传统的教学评价模式以期末考核为主，学生的学习过程不能充分体现，仅凭期末一次考试无法衡量学生学习情况。为客观衡量学生的学习效果，应注重学习过程，为此，引入多维评价机制，多角度地评价学生的学习效果，促使学生把功夫下在平时，切实保证学习效果，达到人才培养的目标。

课程的综合成绩包含以下几部分：

（1）出勤：占5%。

（2）作业（10%）：分为书面基础知识练习作业和OJ在线编程作业。

（3）上机限时实验（10%）：上机课上作业，需要在课上规定时间内完成。

（4）阶段测验（25%）：共有以下阶段测验：流程控制结构、函数、数组和指针、结构体和文件。

（5）期末（50%）：理论测验+编程测验。

五、结语

通过基于新工科人才培养的C语言程序设计的创新型教学改革研究，对C语言程序设计的课程教学模式进行了实践探索。将以教师讲授为核心的传统课堂教学活动组织形式，变为以学生的自主学习为主导，极大地提高了学生学习的自主性，并且将教师从繁重的课堂教学中解放出来，更多地去关注C语言程序设计课程的教学方法以及教学资源的优化、组织和管理，提高教学效果。今后，我们将进一步结合我院学生的特点，完善教学内容、方法和手段，提升学生的专业实践应用能力和综合创新能力，满足社会、企业对新工科人才的需求。

参考文献

[1] 杨业娟，郑棣，史汶泽，等.基于新工科人才培养的C语言程序设计创新型教学改革研究[J].计算机时代，2019（10）：80-82.

[2] 乔加新，梁后军，魏苏林.构建全方位分层程序设计类课程创新教学体系：基于新工科理念的计算机专业[J].黑龙江工业学院学报（综合版），2019，19（9）：20-24.