C语言程序设计的创新型教学改革研究

2023-10-24陈鑫影

科技风 2023年29期

陈鑫影

大连交通大学辽宁大连 116021

C语言高效、灵活,被广泛应用于科学计算,可以在许多软件开发中看到C语言的影子。C语言也是进一步学习其他高级语言的基础语言,如C++、Java和C#等,以及相关的课程,如数据结构,数据库、操作系统等课程。然而,目前在大多数课程教学过程中,仍以“以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心”,表现为“满堂灌”“填鸭式”教学方式[1]。在C语言的教学过程中也存在这样的问题,容易使学生养成上课就等着教师教的依赖习惯。“三中心”教学方式只注重知识传授,通常由主讲教师选择一本教材,依据教学进度计划表逐节讲解说明,课上讲解例题,课后布置作业,统一安排上机实习,学期结束进行复习、考试。这种教学方法使学生成为“知识容器”,忽视了学生是学习的主体,使学生长期处于“他主的、被动的、单个的、接受式”的状态,无法做到因材施教,造成学生学习自主性下降,缺乏主动汲取知识的意识和能力[2]。这种比较单向的输入式教学方法,使学生没有实际的实践能力来解决问题。为解决现存的问题,本文将依据OBE+PBL+CDIO组合模式理念,改进C语言程序设计教学相关内容和方法。

1 OBE+PBL+CDIO组合教学改革模式

首先介绍C语言的结构特点,以及它所具有的函数封装代码的思想。这些C语言固有的特点利于结合OBE、PBL和CDIO等模式理念,对C语言程序设计课程进行教学改革。

1.1 C程序的结构特点和函数封装代码的思想

一个C程序是由若干个函数所构成,每个函数负责完成一定的任务,这些函数可以在一个源文件中,也可以分布在若干个源文件中。当程序需要修改某个函数时,只需要重新编译该函数所在的源文件,不必重新编译其他函数所在的源文件。因此,用函数封装解决某一问题的过程便于程序的模块化管理。比如,如果某个同学想计算圆的面积和梯形的面积,那么这个同学无须知道计算圆面积的算法和计算梯形面积的算法,只要在他编写的main函数中调用(链接)circle.c和trapezoid.c中的函数即可,也就是说circle.c和trapezoid.c中的函数就是可复用的代码(工程图如图1所示)。getCircleArea、getTrapezoidArea和main三个函数,分别在main.c,circle.c和trapezoid.c源文件中。主函数main负责调用getCircleArea和getTrapezoidArea函数得到圆和梯形的面积。

图1 工程图

1.2 OBE+PBL+CDIO组合教学改革模式思想

OBE提供了一种新的、有效的方法来提高学习效果,它强调将学生置于课堂的核心位置,并且注重对他们的学习成果的反馈。PBL教学方法是以问题为导向的,也是以学生为中心的教学方法。CDIO理论强调从构思到实施,从设计到运作,注重实践、团队合作和工程能力的发展,以提升项目的效率和成功率。C语言的封装性和模块化管理,使得每个函数具有一定的独立性。这些特点利于在课程学习过程中对问题和项目进行划分,使学生以个体或者团队的形式针对具体子问题进行解决。如此,可以将学生置于课堂的核心位置,以问题为导向,对学生的成果进行合理、有效的评价,注重学生的成果反馈。

因此,OBE+PBL+CDIO组合教学改革模式的第一阶段“理论教学部分”采用OBE+PBL工程教育理念进行成果(问题)导向、以学生为中心的教学。OBE+PBL+CDIO组合教学改革模式的第二阶段“实践教学部分”将在OBE+PBL组合教学改革模式的基础上引入CDIO教学模式。由于CDIO模式强调实践操作,注重团队的协同配合,着眼于“创意、规划、执行、结果”这四个核心要素。因此,在课程的实践环节将充分结合CDIO模式的特点。针对项目问题的难易程度,结合学生的自身条件和兴趣爱好,对应C语言函数的封装性、程序的模块化管理的特点,对同学进行分组、分团队分工,使得组内和组间能够协同互助、协同设计、协同创新。具体的基于OBE+PBL+CDIO的两阶段渐进式教学方法,参见图2所示。

图2 基于OBE+PBL+CDIO的两阶段渐进式教学方法

1.3 具体改革措施

因此,在C语言教学过程中,针对前述分析的、普遍存在的“三中心”教学方式(以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心),和“满堂灌”“填鸭式”教学方法[1],本文将基于OBE、PBL和CDIO组合模式理念,对C语言程序设计教学过程进行如下具体改革措施。

1.3.1 对教学流程进行重构

依据OBE+PBL+CDIO组合模式理念,以实际工作任务为依据,以项目为载体,以任务为驱动,侧重对学生综合应用能力的培养,对教学流程进行重构。

1.3.2 对学生动手能力与团队合作能力进行培养

根据CDIO工程的教学原则,我们应当着眼于提升学生的实践技巧、团队合作精神,并将其融入课堂活动。我们应当采用多种方式,从实际的项目出发,鼓励学生积极主动地参与,并且深入了解如何有效地划分项目,安排资源,实现有效的组织和相互配合,从而更好地发挥出他们的潜质[3]。

1.3.3 基于线上线下融合的教学方法实现“教学做”一体化

通过OBE+PBL+CDIO的组合模式,“教学做”的教学方法可以实现线上线下的融合,其中,“教学做”的四个步骤可以帮助学生更好地掌握知识,并且可以通过多个与现实相关的项目开发来实现这一目标。通过将线上和线下课程教学融合在一起,让学生在学习的同时也能够进行实际操作,从而实现“教学做”的整合[1]。

1.3.4 强化实践教学,激发学生的创新意识

通过实践,可以提高学生学习的兴趣性和目的性,从而推动学生学习的主动性和内驱力。通过实践,学生还可以活学活用,理论融于实际,提高解决现实问题的能力。鼓励学生尽可能通过实践将理论与实际相结合,以更为有效地促进教学改革成果转化。

2 实施方案及研究方法

2.1 教学过程重构和教学内容组织

根据OBE+PBL+CDIO教育教学理念,我们应该重新审视“教为本”课程,将学生置于课堂的核心位置,以实践任务为基础,以项目为载体,以任务为驱动,加强学生的综合应用能力,让他们以项目驱动的方式进行学习[4]。在教学中,我们重点关注项目和工作任务的需求,并精心挑选理论知识。在“C语言程序设计”课程中,可以选取多个由简入繁、由浅入深、循序渐进的代表性项目作为教学载体,如学科成绩管理系统等。根据CDIO模式,将每个教学项目细分为若干任务,并以此为基础,采用构思—设计—编码—运行的流程,以确保每一个教学项目都能够有效地完成,并且能够通过测试、交付与验收、运行维护等环节来检验其有效性。

2.2 围绕OBE+PBL+CDIO的教育教学理念,对学生动手能力和团队协作能力进行培育

教师可以为学生提供多种选择,让他们能够更加自主地探索,并将教学项目分成简单小项目教学和综合性大项目教学。课堂重点集中在如何帮助学生更好地运用所学知识来解决问题,我们会对项目进行拆分,按照一定的模块来组织,并且鼓励在课堂上建立团队主动探索和思考。团队内会协同配合,共同完成项目的开发、编辑和测试,并把所有的成果汇集起来,形成一篇综述性的报告,最后进行答辩验收[5]。