融合軟件工程思想的C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

樓軼超

摘 要： 針對(duì)C語言實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，提出將軟件工程思想引入C語言課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革中。以項(xiàng)目任務(wù)為主線，按照軟件工程方法分組、分階段地實(shí)施課程設(shè)計(jì)。實(shí)踐教學(xué)過程中強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算思維訓(xùn)練，采用實(shí)踐任務(wù)表驅(qū)動(dòng)和階段性驗(yàn)收方式培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，從而提高C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)踐課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： C語言課程設(shè)計(jì)； 實(shí)踐教學(xué)； 軟件工程思想； 計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2015）12-105-03

Study on teaching reform of c language experiment based on software engineering idea

Lou Yichao

（College of Information & Electronic Engineering， Zhejiang Gongshang University， Zhejiang， Hangzhou 310018， China）

Abstract： To address the problems of traditional C language experiment teaching， this paper presents some suggestions adopting the software engineering idea for teaching reform of C language curriculum design. Following the project tasks， students are grouped and perform the experiment in several stages according to the software engineering lifecycle. During the teaching process， the training of computational thinking is emphasized， and practice task list driven and phased acceptance method are used to cultivate students' autonomous learning ability. Based on these reformations， the education quality of C programming practice course can be efficiently improved.

Key words： C language curriculum design； practical teaching； software engineering ideas； computational thinking

0 引言

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展、普及和應(yīng)用極大程度地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)教育的發(fā)展。C語言程序設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中的一門重要課程，已經(jīng)成為全國(guó)高等院校工科各專業(yè)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的一門基礎(chǔ)課程，提高其教育質(zhì)量對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的編程思想和編程技能至關(guān)重要。

C語言是程序設(shè)計(jì)的啟蒙性語言，也是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、JAVA語言程序設(shè)計(jì)和軟件工程等計(jì)算機(jī)類其他重要課程的前趨課程。作為一種抽象的且實(shí)踐性很強(qiáng)的語言，它具有數(shù)據(jù)類型繁多、語法結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)給教學(xué)帶來一定的難度，上機(jī)操作實(shí)踐成了鞏固和熟練掌握課堂知識(shí)的一個(gè)必不可缺的環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)效果的好壞直接決定著學(xué)生對(duì)C語言學(xué)習(xí)的效果，以及能否調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)程序語言學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。因此加強(qiáng)C語言實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以為后續(xù)的其他計(jì)算機(jī)類課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)，而且，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，也符合社會(huì)對(duì)高素質(zhì)工程應(yīng)用型軟件人才培養(yǎng)要求。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)指導(dǎo)思想應(yīng)是以應(yīng)用為目的，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。根據(jù)幾年來在本學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開展C語言教學(xué)效果來看，現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)尚存在一些薄弱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面。

⑴ 注重單一的語法練習(xí)。語法練習(xí)的案例為訓(xùn)練學(xué)生熟練掌握某個(gè)或某幾個(gè)語法點(diǎn)而設(shè)計(jì)，其程序簡(jiǎn)單，代碼量少，通常僅有一個(gè)main函數(shù)，學(xué)生常通過死記硬背的方式去記憶語法點(diǎn)和語法規(guī)則，極易失去學(xué)習(xí)興趣，并且，少量的幾行代碼不能同時(shí)覆蓋多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生不能把各知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來融會(huì)貫通。

⑵ 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是一種鞏固知識(shí)的再現(xiàn)式教學(xué)模式，過多的這類實(shí)驗(yàn)使得不少學(xué)生養(yǎng)成程序運(yùn)行時(shí)一出現(xiàn)預(yù)期答案就終止實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣，不利于培養(yǎng)學(xué)生的程序測(cè)試意識(shí)，致使其分析錯(cuò)誤和調(diào)試能力差。

⑶ 缺乏計(jì)算思維的培養(yǎng)訓(xùn)練。計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方面的一項(xiàng)核心任務(wù)[1]，但由于近年來網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)常以通過全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試為目標(biāo)，等級(jí)考試的擬題形式直接導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)編程的認(rèn)識(shí)局限于代碼的填空、寫出程序運(yùn)行結(jié)果等諸如此類的形式，而對(duì)算法缺少整體上的認(rèn)識(shí)，更談不上從多角度、多方位嘗試用不同的方案、不同的算法來實(shí)現(xiàn)程序功能。

⑷ 評(píng)價(jià)方式單一。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用隨機(jī)指導(dǎo)方式，在學(xué)生提出問題的情況下進(jìn)行解答指導(dǎo)，評(píng)價(jià)僅以最后的實(shí)驗(yàn)作業(yè)為依據(jù)，評(píng)價(jià)方式過于單一，學(xué)生中易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，不能反映教學(xué)效果。

2 教學(xué)改革措施

針對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的薄弱點(diǎn)，我們?cè)趥鹘y(tǒng)理論課結(jié)合實(shí)驗(yàn)課模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開設(shè)C語言課程設(shè)計(jì)這一綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程，承上啟下的實(shí)現(xiàn)教學(xué)銜接。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

社會(huì)的發(fā)展需要?jiǎng)?chuàng)新能力佳、實(shí)踐能力強(qiáng)的復(fù)合應(yīng)用型人才，因此，C語言課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容改革首先在選題上就要符合以應(yīng)用為導(dǎo)向這一教學(xué)目標(biāo)，而不能局限于通過計(jì)算機(jī)等級(jí)考試。在開展教學(xué)過程中，進(jìn)一步融入軟件工程思想，強(qiáng)化計(jì)算思維訓(xùn)練。

選題上，以一個(gè)小而完整的軟件開發(fā)項(xiàng)目貫穿整個(gè)課程教學(xué)過程，克服驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)存在的與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)問題。C語言作為程序設(shè)計(jì)的入門語言，考慮到學(xué)生尚不熟悉軟件開發(fā)的流程，項(xiàng)目選擇以貼近生活的信息管理系統(tǒng)為主，例如電話簿管理、宿舍管理等。這類系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目能覆蓋多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，尤其是覆蓋數(shù)組、鏈表、指針、結(jié)構(gòu)體等重點(diǎn)內(nèi)容，也具有一定的可擴(kuò)展性，可以引導(dǎo)學(xué)生逐漸從簡(jiǎn)單功能實(shí)現(xiàn)向較難的功能實(shí)現(xiàn)過渡。例如信息管理系統(tǒng)的基本功能點(diǎn)是對(duì)信息的錄入和讀取，在此基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)生的能力和完成進(jìn)度，可以逐漸添加一些功能點(diǎn)，如各種查詢、排序，或進(jìn)一步加入文件處理以保存信息。這樣就形成了知識(shí)鏈條，由淺入深地?cái)U(kuò)充并覆蓋到教材中各個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)。

一個(gè)小而完整的項(xiàng)目具備一定規(guī)模的代碼，C語言又是一種理想的結(jié)構(gòu)化語言，在這種結(jié)構(gòu)化程序開發(fā)的教學(xué)過程中，需要提前向?qū)W生滲透軟件工程思想，潛移默化地熏陶學(xué)生養(yǎng)成良好的軟件開發(fā)習(xí)慣。內(nèi)容上，引入模塊化設(shè)計(jì)思想，模塊代表一個(gè)小的完整的功能點(diǎn)，用增量方式逐個(gè)實(shí)現(xiàn)，介紹相對(duì)容易理解的瀑布模型，針對(duì)每個(gè)需求獲取分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試等幾個(gè)階段布置具體任務(wù)，讓學(xué)生提前接觸軟件開發(fā)過程，糾正學(xué)生在沒有分析清楚需求就急于寫代碼的習(xí)慣，而測(cè)試時(shí)適當(dāng)引入一些簡(jiǎn)單的黑盒測(cè)試方法，例如邊界值法等，避免學(xué)生測(cè)試的隨意性。

C語言涵蓋了語言和方法兩方面的內(nèi)容，方法指算法設(shè)計(jì)和使用計(jì)算機(jī)語言描述算法的過程[2]。算法可以說是程序的靈魂，而從學(xué)生的反饋來看，計(jì)算思維的訓(xùn)練尚存在很大不足。計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的能力，在2006年被提出并明確定義以來[3]，逐漸成為計(jì)算機(jī)教育的新要求，在2010年首屆“九校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”上提出把培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[4]。算法的學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷積累的過程，需要將計(jì)算思維的培養(yǎng)貫穿始終。以數(shù)據(jù)排序?yàn)槔?，可以讓學(xué)生對(duì)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（數(shù)組或鏈表）、不同算法的選擇進(jìn)行優(yōu)劣分析，增加數(shù)據(jù)量或運(yùn)行次數(shù)進(jìn)行測(cè)試，讓他們對(duì)計(jì)算復(fù)雜度有直觀的了解，激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣。

2.2 教學(xué)方式改革

C語言課程設(shè)計(jì)以項(xiàng)目任務(wù)為主線安排教學(xué)步驟，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外兩個(gè)階段學(xué)習(xí)，分組合作，采用階段性驗(yàn)收方式，以實(shí)踐任務(wù)表為驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

自主學(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)者在總體教學(xué)目標(biāo)的宏觀調(diào)控下，在教師的指導(dǎo)下根據(jù)自身?xiàng)l件和需要制定并完成具體學(xué)習(xí)目標(biāo)的學(xué)習(xí)模式[5]，是我們C語言課程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的教學(xué)目標(biāo)，翻轉(zhuǎn)課堂思想可以有效地幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型教學(xué)模式，近年來得到了越來越多的教師的關(guān)注。它是以學(xué)生為中心，課后學(xué)習(xí)，課堂上集中精力完成練習(xí)以及和教師同學(xué)交流[6]。借鑒于此，C語言課程設(shè)計(jì)的課外學(xué)習(xí)階段安排查找或觀看跟實(shí)踐任務(wù)表中問題相關(guān)的資料和視頻，課內(nèi)則集中時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

課堂實(shí)驗(yàn)采用項(xiàng)目分組方式，每組至少3人，并推選一位組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組內(nèi)協(xié)調(diào)和階段匯報(bào)，要求每個(gè)項(xiàng)目組按照軟件工程方法進(jìn)行需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼和測(cè)試。需求分析階段可以實(shí)行角色扮演方式，將組內(nèi)部分人員放在用戶的位置上，采用面對(duì)面訪談方式進(jìn)行需求獲取。在總體設(shè)計(jì)階段，要求根據(jù)自頂向下、逐步求精的模塊化設(shè)計(jì)思想，拆解為若干個(gè)功能單一、相對(duì)獨(dú)立的子模塊，根據(jù)每位學(xué)生對(duì)現(xiàn)有知識(shí)的掌握程度及編程水平進(jìn)行任務(wù)分配，尤其要引導(dǎo)學(xué)生注意模塊間數(shù)據(jù)的傳遞和接口設(shè)計(jì)問題，減少使用全局變量，提高程序可維護(hù)性。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段則要求學(xué)生多方位思考程序的實(shí)現(xiàn)途徑，對(duì)于稍微復(fù)雜點(diǎn)的必須先給出詳細(xì)的算法流程圖或偽代碼，然后進(jìn)行編碼，將其映射為編程語句，以促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)。編碼和測(cè)試沒有明確的界限劃分，要求學(xué)生邊編碼邊進(jìn)行單元測(cè)試，這個(gè)過程中要求學(xué)生學(xué)會(huì)看編譯出錯(cuò)信息，掌握調(diào)試技術(shù)，例如VC斷點(diǎn)調(diào)試、單步跟蹤等技巧，觀察內(nèi)存變量值的變化等。這樣一方面可以糾正學(xué)生原先那種與書上源代碼校對(duì)來查找錯(cuò)誤的方式，另一方面可以提升對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，尤其是通過在調(diào)試窗口觀察程序的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程來深入理解指針和鏈表問題。編碼階段完成部分測(cè)試后，還需要將各模塊功能集成到系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，該過程中，向?qū)W生引入簡(jiǎn)單的等價(jià)類劃分和邊界值測(cè)試等方法，避免學(xué)生測(cè)試隨機(jī)性和重復(fù)性。

信息時(shí)代的教學(xué)模式應(yīng)以啟發(fā)學(xué)生探究為主，教師則是學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和幫助者，引導(dǎo)學(xué)生思考存在什么問題，可以用什么方式解決，而不是直接說明怎么解決。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，為激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，C語言課程是設(shè)計(jì)采用實(shí)踐任務(wù)表驅(qū)動(dòng)和階段性的驗(yàn)收方式，引導(dǎo)學(xué)生課外學(xué)習(xí)按照自主的節(jié)奏一步一步有序?qū)W習(xí)。學(xué)生經(jīng)過課堂實(shí)驗(yàn)，梳理歸納出實(shí)踐任務(wù)單，任務(wù)單包含課堂碰到的一些編程問題，以及教師給學(xué)生留下啟發(fā)式的思考題。階段性驗(yàn)收以小組進(jìn)行，以小組為單位匯報(bào)進(jìn)度或發(fā)表意見，與教師進(jìn)行面對(duì)面交流，測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)問題解決方案。這樣鼓勵(lì)學(xué)生在課后有針對(duì)性的自主發(fā)現(xiàn)和解決問題，課后去查找資料，獨(dú)立思考，從而實(shí)現(xiàn)從“做中學(xué)”到“學(xué)中思”的過渡。

課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，采用答辯方式進(jìn)行考核，分為小組考核和個(gè)人考核，每組用15分鐘左右進(jìn)行項(xiàng)目演示、功能介紹和總評(píng)，個(gè)人考核則以過程性考核為主，依據(jù)其所實(shí)現(xiàn)功能點(diǎn)的數(shù)量、在項(xiàng)目合作中發(fā)揮的作用，對(duì)調(diào)試操作的熟練程度等多個(gè)方面的指標(biāo)進(jìn)行。這樣就做到考核方式多樣化，而不單純以實(shí)現(xiàn)結(jié)果來衡量，從而能在全方面督促學(xué)生進(jìn)步，也加強(qiáng)了學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神的培養(yǎng)。

3 結(jié)束語

本文探討了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)教學(xué)改革的具體措施，在本院實(shí)踐表明，實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)能很大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深知識(shí)點(diǎn)的理解，分組分階段的項(xiàng)目開發(fā)方式培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，增強(qiáng)了學(xué)生的軟件工程意識(shí)，而通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的課外學(xué)習(xí)方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和解決問題能力都有了較大的提高。為了能夠滿足社會(huì)對(duì)應(yīng)用技術(shù)型人才的深層次需求，我們還需要在今后的實(shí)踐教學(xué)中繼續(xù)探索新的改革方案，以期達(dá)到更好的實(shí)踐效果。

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