面向新工科的 C 语言课程建设研究与实践

李国和 吴卫江 赵建辉 董丹丹

【摘要】为了培养新工科人才的基本素质，开展面向新工科的C语言课程建设。通过教学团队建设，规范C语言课程教学和教研活动，促进教师成长。基于新工科内涵，完善教学内容，创新教材建设。搭建网络学习和实践环境，提高学生实践能力，减轻教师教学强度。通过第二课堂应用实践，实施因材施教。

【关键词】新工科  计算机基础教学  C语言  程序设计  实践能力

【基金项目】新疆自治区普通高校教学改革项目（2017JG094）;教育部产学合作协同育人项目（201801181004）;中国石油大学（北京）教学名师重点教改项目;中国石油大学（北京）优秀教学团队资助项目。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）05-0179-02

一、引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》推进高校实施“卓越工程师培养计划”，以培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[1-2]。2017年从“复旦共识”“天大行动”到“北京指南”，提出新工科理念，升级“卓越工程师培养计划”[3-4]。计算机基础教育也应适应这人才培养要求，2010年高校推广计算思维教育，把计算机基础教育从工具化教育到计算机素质教育，再次提升到思维教育[5-6]。计算思维涵盖基于计算机的数据表示、数据存储和数据操作以及数据处理。面向过程的C语言程序设计与此内容紧密关联。以C语言及其程序设计以及应用教学为载体，进行具有直观感受的计算思维培养教育，具备新工科所要求的创新应用实践能力培养。但C语言课程存在主要问题：注重词法、语法、语义等语言基本知识，缺少应用内容。即使重视基本编程技能，也忽视问题驱动、联系实际的应用创新能力培养。配套网络资源相对缺乏，在线教学相对滞后，线下线上相结合的教学模式还需要探索。针对应用开发的创新能力培养，缺乏因材施教，第二课堂建设与发展缓慢等[7-10]。

二、面向新工科的C语言课程建设研究与实践

为了解决C语言课程中存在的问题，开展面向新工科的教学研究与实践。

（一）加强团队建设，规范教學教研

教学团队是针对单一课程的教学实体。制定教学团队管理办法，涵盖团队成员管理与成长、教学实施与管理、教改与教研活动等，并严格执行团队管理办法中各条例。教学上，统一备课、教学内容、作业实践、考试与流水阅卷等，规范了教学与管理。教研上，定期开展围绕教学内容、教学方法、教学手段等主题的研讨活动;不定期进行教学经验、校外学习体会、教改实施、教育思想理念等交流活动。2010年C语言教学团队成立以来，在品牌课程基金和教学团队基金以及省部级教改基金等支持，增强教研活力，也锻炼培养了教师队伍，保障了教学质量的持续提高。

（二）充实教学内容，重整课程系列

C语言是当今流行最具代表性、面向过程的计算机高级语言之一，其与问题求解过程更具有很好的契合度。 该课程以“确保基础，注重联系;增强应用，提高技能”为指导，教学内容包括语法和语义以及基本算法，主要涵盖数据类型及数据、结构化程序设计、模块化程序设计、数据有效性、数据安全性、数据文件处理等内容。突显指针类型数据的重要性，并把指针等知识难点分布到多个章节中增强教学内容可理解性、技能性。通过应用实例分析，融入C语言及其程序设计的知识点，提高教学内容的实用性、应用性。该课程64学时=48学时（上课）+16学时（上机）。通过该课程学习，不仅掌握C语言知识及其程序设计技能，而且理解计算思维的基本内涵。

在C语言课程基础上，增设“C程序设计综合实践”课程。该课程“面向新工科：以计算思维为指导，智能搜索应用为背景，提高程序实践与应用技能为目标”设置教学内容，以人工智能中的搜索策略为应用背景，以问题驱动为主线，涵盖了盲目搜索、启发式搜索、不可回溯启发式搜索（即局部串行搜索）、全局并行搜索、规则树搜索等，并采用递推和递归程序设计实现，教学内容具有基本性、技能性、应用性、实用性、时代性。该课程为3周实训课程，通过教学实践，达到“学以致用”的工程实践能力和创新应用能力培养。

（三）重视过程考核，完善教学评价

C语言课程考查由期末考试（包括笔试和机试）为主改为以教学过程与期末并重的考核方式。期末考查和过程考查各占50%，其中期末考查50%=笔试35%+机试15%，而过程考查50%=考勤5%+作业15%+3～4次考试（笔试或机试）30%。鼓励学生创新性，考虑到算法设计的多样性、复杂度、可理解性等因素，对各种考查增设10%～15%附加分，但满分限定100%。这种考查兼顾课程的基础性（基本概念等知识内容），凸显技能性、应用性特点的考查。

“C程序设计综合实践”课程在教学过程是以“教师讲授为辅、学生实践为主”，占总成绩50%=考勤5%+考查3～4次45%，主要观察学生的自学和技能能力，以便调整分析和讲解内容，同时也督促实践进度。期末考查占总成绩50%=程序演示和答辩20分钟30%+实践报告20%。实践报告20%细化为①目的、意义2%;②核心方法、算法、流程10%;③运行结果与分析2%;④源代码及其注释说明5%;⑤结论1%。过程考查和期末考查另有10%～20%的附加分，以鼓励学生奇思妙想的方法和高效算法的实现。该课程对较大的实践内容，要求2个人合作完成，锻炼团队研发、分工协作能力，培养软件工程理念。

（四）建设特色教材，落实教学内容

依托C语言教学团队，以“面向新工科：提升计算思维认识，落实计算机基础教学”为总纲，“以程序设计为主线，以数据及其操作为核心”进行《C语言及其程序设计》教材编写。

以“消化巩固基本知识，提高编程实践技能”为指导，编写了《C语言学习辅导与实践》，包括习题解答、例题讲解、实验实践、综合测试四篇。两本教材为一体，知识结构完善，教学内容充实，做到“确保基础，注重联系;增强应用，提高技能”。

“以智能搜索应为背景，提高程序实践技能为目的”编写了《基于搜索策略的问题求解——数据结构与C语言程序设计综合实践》，全书采用标准C语言实现。该教材以人工智能的状态空间和产生式系统问题求解为背景，以问题为出发点，问题驱动贯穿全书，各章节依次从浅到深、从易到难递进介绍，并通过模块化程序实例，增强内容的可读性和可理解性，并具有鲜明时代应用特征。

（五）研发网络环境，方便教学实践

教学团队研发了C语言教学网站，支持部分网络教学。该网站主要有三大系统：教学资源平台、远程交互程序作业平台、教与学研讨交流平台。

（1）教学资源平台

教学资源平台主要是发布教学相关的各种信息，主要有教学团队、培养方案、课程章节简介、电子教案、课堂录像、教改项目与成果，并提供进入“远程交互程序作业平台”和“教与学研讨交流平台”链接入口。教学资源平台提供C课程的基本学习资料信息，方便教学相关资料查阅、下载学习。

（2）远程交互程序作业平台

基于OJ内核的远程交互程序作业平台是针对程序作业的在线程序验证环境（即远程上机）。除了验证数据结构、算法和程序的正确性外，该平台还提供了求解精确性和执行效率信息，方便学生通过手机或PC机提交程序作业验证程序及其效率，也减轻教师审阅学生程序工作量。可匯总学生的程序及其效率等信息，追踪学生实践能力。

（3）教与学研讨交流平台

教与学研讨交流平台提供课下研讨、答疑网上环境，包括论坛、聊天、视频、直播、笔记与评阅共享等功能。学生或老师作为发起者创建研讨、答疑主题开展在线讨论。平台还提供各种疑难问题及其参照、解答资料的积累与共享。

通过整合教学网络平台，实现教学资源共享、程序作业实时提交运行验证和研讨交流，为提高教学质量起到十分重要的辅助作用。

（六）加强实践教学，培养创新人才

通过每年3月份全校“计算机技能大赛（C语言程序设计）”，强化实践考核内容，检验、促进C语言教学，也为“蓝桥杯”程序设计大赛、全国计算机等级考试等热身，落实了第二课堂教学。通过大赛选拔实践能力强、素质全面的学生组建科技创新团队，配合团委“大学生科技创新行动计划”，面向团中央“创青春”“挑战杯”和教育部“互联网+”“全国大学生计算机设计大赛”等赛事，开展应用性项目研发。学生不仅融会贯通C程序设计，而且延伸对问题处理方法探究、数据库设计与实现、数据分析与可视化、系统设计集成乃至系统推广应用。从C语言基础教学、程序技能培养，到工程实践、应用推广提升，体现“学生为中心、学习为中心、能力为中心”的教学理念，突显“教师主导教，学生主动学”，最大限度开展因材施教，更加符合创新精神、创新能力的人才培养，更加体现新工科教育核心内涵的实现。

三、机遇与挑战

基于C语言优秀教学团队，取得一些教学成绩，但还面临一些挑战。在教学管理权限方面，完善教学团队工作章程，增强教学团队的课程管理权限，使得教学团队更加团结一致。在网络资源建设方面，进一步基于E？鄄Learning思想，建设C语言视频资源，甚至开展MOOC教学作为第一课堂的有效补充，减轻教师工作强度。在教学模式上，探索MOOC相结合、翻转课堂的混合教学模式，启发、调动学生学习积极性和主动性。在教师评价方面，程序设计及其实践类课程不仅要求掌握知识，更要掌握知识应用的实践能力。学习主动性、相关基础素质对程序设计及其实践课程教学效果影响很大，学生对教师评教影响也很大。面向新工科的创新能力人才培养，计算机基础教学还任重道远。

四、结束语

创新实践能力是新工科人才的基本素质。计算机应用实践能力是计算思维重要核心，也体现新工科人才培养目标，而面向新工科的C语言课程可以成为创新和实践能力的载体。通过C语言优秀教学团队建设，规范教学和教研活动，有效提高教师教学水平。发挥团队整体力量，深刻领会新工科和计算思维的内涵，充实完善课程和教学内容，建设特色教材，搭建教学网络，丰富教学资源和实践环境，一定程度上开展课堂教学和网络教学相结合的混合教学模式，有效提高教学质量。通过第二课堂，延伸教学内容内涵，提高创新应用能力，对课堂教学具有很好的促进和示范作用。

参考文献：

[1]龚克.关于“卓越工程师”培养的思考与探索[J].中国大学教学.2010（8）： 4-5.

[2]张文生，宋克茹.“回归工程”教育理念下实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].西北工业大学学报（社会科学版），2011.31（1）：77-79+92.

[3]李培根.工科何以为新[J].高等工程教育研究，2017（4）： 1-5.

[4]徐晓飞，丁效华.面向可持续竞争力的新工科人才培养模式改革探索[J].中国大学教学，2017（6）：6-10.

[5]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学，2011（1）：7-11.

[6]李廉.关于计算思维的特质性[J].中国大学教学，2014（11）：7-14.

[7]任友群.“慕课”下的高校人才培养改革[J].中国高等教育，2014（07）：26-30.

[8]李国和，赵建辉，吴卫江，连远锋.基于教学团队建设的C 语言教学[J]. 计算机教育，2015（2）：24-27.

[9]连远锋，李国和，赵建辉.C语言程序设计在石油相关专业中的教学实践[J].计算机教育，2013（5）：1-5.

[10]连远锋，张秀美，李国和，赵建辉.卓越工程师培养模式与教学改革的思考——以C语言程序设计为例[J].石油教育，2012（6）：58-60.

作者简介：

李国和（1965年-），男，博士，教授，博士生导师，研究方向为人工智能，数据可视化等。

吴卫江（1971年-），男，在职博士生，副教授，硕士生导师，研究方向为数据挖掘、数据库开发技术等。

赵建辉（1972年-），男，硕士，讲师，研究方向为数据库开发技术等。

董丹丹（1990年-），女，河北沧州人，硕士，实验员，研究方向为数据库开发技术等。