針對(duì)工程應(yīng)用的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐探索

張志俊

（中南民族大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

1 課程教學(xué)狀況

C語(yǔ)言應(yīng)用能力、程序設(shè)計(jì)能力是對(duì)大學(xué)工程類本科學(xué)生最基本的要求，此要求越來越重要，甚至對(duì)眾多的非計(jì)算機(jī)專業(yè)都提出了相對(duì)應(yīng)的教學(xué)要求。

1.1 問題分析

將C語(yǔ)言及其程序設(shè)計(jì)方法的優(yōu)秀特點(diǎn)——擅長(zhǎng)符號(hào)化抽象性地描述問題；清晰結(jié)構(gòu)化地求解問題；編輯編譯調(diào)試地解決問題；既嚴(yán)格規(guī)范科學(xué)，又不失語(yǔ)言交流性的書寫風(fēng)格——作為課程學(xué)習(xí)的主要目標(biāo)，課堂上詳細(xì)講解C語(yǔ)言要素，配以精煉的例程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，基本上能較好地完成認(rèn)知、理解和簡(jiǎn)單使用C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)思想、方法的教學(xué)任務(wù)。許多高校相關(guān)專業(yè)，特別是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程，采取常規(guī)的或者改進(jìn)的、混合的多種教學(xué)模式（如傳統(tǒng)羅列式、問題驅(qū)動(dòng)式、微課／反轉(zhuǎn)課堂式、線上線下慕課式等）。課程教學(xué)內(nèi)容和達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)大多如此，在達(dá)到的程度上會(huì)有一定的差異[1-4]。

通過對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)高年級(jí)和畢業(yè)學(xué)生的了解，大部分學(xué)生的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)能力是極其有限的[2-4]：能閱讀一定的程序，但不能理解程序整體意圖；不懂得規(guī)劃程序結(jié)構(gòu)、分解問題；對(duì)開發(fā)環(huán)境還比較陌生，只能以控制臺(tái)應(yīng)用模式編寫練習(xí)程序；不能通過編譯結(jié)果看懂提示，不能通過DEBUG跟蹤流程、查看變量和數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)問題、糾正錯(cuò)誤；甚至對(duì)程序設(shè)計(jì)一片空白等。究其原因，可能是學(xué)生投入的精力不夠，但更重要的是教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定不夠全面，教學(xué)內(nèi)容、方法、考核形式上對(duì)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)、自主訓(xùn)練的動(dòng)力和壓力不足，教師在教學(xué)引導(dǎo)的方式上不夠適合。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)

不同高校、專業(yè)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容設(shè)置、基本知識(shí)的教學(xué)要求大致相同，只是在應(yīng)用性、完整型、設(shè)計(jì)性能力上的要求有些差異。

中南民族大學(xué)公共基礎(chǔ)“C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”課程（4學(xué)分），設(shè)置了較多的實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)（32學(xué)時(shí)），要求學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的一般方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)思想、靈活的思維方式和較強(qiáng)的動(dòng)手能力；自動(dòng)化類專業(yè)“程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”課程（3.5學(xué)分12實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)），要求學(xué)生掌握語(yǔ)法規(guī)范，了解程序設(shè)計(jì)基本思想、方法，培養(yǎng)靈活應(yīng)用思想和方法分析、解決實(shí)際問題的能力。

清華大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)“計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì)”課程（3學(xué)分），強(qiáng)調(diào)客觀對(duì)象與抽象數(shù)據(jù)變量關(guān)系、計(jì)算機(jī)編程思維，強(qiáng)調(diào)編程規(guī)范和風(fēng)格、指針應(yīng)用訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)DEBUG工具使用，注重培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)思維方法與基本能力，強(qiáng)化解決實(shí)際應(yīng)用問題編程能力的訓(xùn)練[5]。

美國(guó)舊金山州立大學(xué)工程學(xué)院“工程師C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”（Introduction to C Programming for Engineers）3學(xué)分，課堂100分鐘/周，實(shí)驗(yàn)165分鐘/周。根據(jù)工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)A、B、C、E的要求[6]，結(jié)合基于微控制器的測(cè)量和控制的C程序設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)對(duì)問題的描述和分析、算法的設(shè)計(jì)、程序的實(shí)現(xiàn)、程序的測(cè)試、調(diào)試和維護(hù)、程序文檔的編輯等[7]。

對(duì)于工程應(yīng)用型專業(yè)，將本類課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容設(shè)定在對(duì)C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)思想、方法的認(rèn)知、理解和簡(jiǎn)單應(yīng)用上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)該加以擴(kuò)展，使學(xué)生達(dá)到三方面的能力要求：①較熟練地應(yīng)用C語(yǔ)言、常用庫(kù)函數(shù)、開發(fā)環(huán)境，編寫、調(diào)試、實(shí)現(xiàn)完整的、較綜合的應(yīng)用程序；②將本類課程的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和收獲作為開啟后續(xù)相關(guān)課程學(xué)習(xí)的契機(jī)，并觸類旁通地為專業(yè)可編程類技術(shù)性課程、專業(yè)應(yīng)用軟件類課程、綜合性實(shí)踐教學(xué)等奠定程序設(shè)計(jì)和開發(fā)的基礎(chǔ)；③熟悉專業(yè)領(lǐng)域工程應(yīng)用系統(tǒng)軟件一般性思路，了解行業(yè)對(duì)軟件開發(fā)、可編程器件程序設(shè)計(jì)的需求。

2 課程教學(xué)設(shè)置

2.1 教學(xué)目的

教學(xué)目的設(shè)想和要求：課程教學(xué)采取“在編程中學(xué)習(xí)C語(yǔ)言”的思路和方法，將C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)融入程序設(shè)計(jì)之中。通過若干例程的詳細(xì)講授、操作演示、實(shí)際練習(xí)、調(diào)試實(shí)現(xiàn)等過程，達(dá)到學(xué)生較好地掌握主要編程技術(shù)和技巧的目的。學(xué)生有了程序設(shè)計(jì)的能力，從而附帶地學(xué)會(huì)了C語(yǔ)言的精華，初步具有規(guī)范性、專業(yè)性、藝術(shù)性的意識(shí)并得到體現(xiàn)，得到行業(yè)人士的認(rèn)可。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

課程不采取傳統(tǒng)課堂知識(shí)點(diǎn)傳授的模式，而以安排學(xué)習(xí)、模仿和練習(xí)項(xiàng)目例程的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練為主，將C語(yǔ)言基本知識(shí)的學(xué)習(xí)主要交由學(xué)生課外自行來完成，教學(xué)內(nèi)容見表1。項(xiàng)目例程由易到難，從趣味、游戲形式開始，逐漸向數(shù)據(jù)處理、典型工程應(yīng)用、實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度、嵌入式應(yīng)用過渡；涉及三種開發(fā)環(huán)境，從控制臺(tái)文本窗到圖形化窗口界面形式，再到Windows形式，再到虛擬單片機(jī)嵌入式應(yīng)用。

表1 教學(xué)內(nèi)容安排

3 課程教學(xué)過程

教學(xué)實(shí)踐結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，通過課堂講解、課堂考核、課后練習(xí)作業(yè)的網(wǎng)絡(luò)提交與批閱、與項(xiàng)目例程混合的實(shí)驗(yàn)演練、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫與批閱以及在線答疑等環(huán)節(jié)完成。

3.1 學(xué)習(xí)要求

采用校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái)，通過平臺(tái)發(fā)布課程計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)安排、教學(xué)課件、各種資料、各類軟件資源以及每次的作業(yè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求，并指定提交截止時(shí)間。此外，要求學(xué)生：①準(zhǔn)備個(gè)人電腦；②熟練掌握網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的使用；③自行準(zhǔn)備和安裝相關(guān)軟件；④在實(shí)驗(yàn)中及課后完成每次的編程練習(xí)；⑤截取程序代碼及運(yùn)行效果圖片，按時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上提交作業(yè)。

3.2 課堂教學(xué)

課堂教學(xué)采用多媒體手段，教學(xué)內(nèi)容充實(shí)，主要內(nèi)容包括：①演示編程環(huán)境搭建、軟件資源的應(yīng)用；②演示例程運(yùn)行效果，講解項(xiàng)目目的；③演示講解項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；④演示解釋程序代碼，講解C語(yǔ)言知識(shí)、常用系統(tǒng)函數(shù)及注意要點(diǎn)；⑤演示編譯、DEBUG調(diào)試過程，講解開發(fā)環(huán)境綜合使用；⑥課堂書面考核與解答；⑦學(xué)生作業(yè)批閱解釋與解答。

圖1列舉了幾個(gè)項(xiàng)目例程的運(yùn)行效果，從中可以看到綜合性和工程應(yīng)用性。

根據(jù)教學(xué)進(jìn)程安排了若干課堂考核（見表2），每次考核時(shí)間10～20分鐘，書面提交，下次課堂上予以解答。這可以幫助學(xué)生理解基本知識(shí)，同時(shí)也起到課堂教學(xué)管理的作用。

3.3 作業(yè)、實(shí)驗(yàn)與答疑

圖1 項(xiàng)目例程運(yùn)行效果

表2 課堂考核

教與學(xué)是一個(gè)互動(dòng)過程，重要的是以學(xué)生為主體，引導(dǎo)他們主動(dòng)或者被動(dòng)地動(dòng)心、動(dòng)眼、動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)口的自行行動(dòng)起來。教師通過大量的代碼閱讀、模仿編程、綜合性程序修改，補(bǔ)充或自行設(shè)計(jì)練習(xí)、調(diào)試運(yùn)行練習(xí)等形式的課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)室當(dāng)場(chǎng)演練，并配合網(wǎng)絡(luò)在線交互答疑、及時(shí)作業(yè)批閱，督促學(xué)生按進(jìn)度完成教學(xué)過程，進(jìn)而在項(xiàng)目演練中完成C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)工程應(yīng)用性課程任務(wù)。課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排見表3，完成作業(yè)和實(shí)驗(yàn)練習(xí)，并以代碼截圖、調(diào)試運(yùn)行效果截圖形成文檔，在截止時(shí)間前通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提交。

4 課程考核與教學(xué)思考

學(xué)生的課程學(xué)習(xí)綜合評(píng)價(jià)，通常是期末書面考試成績(jī)與平時(shí)成績(jī)按比例計(jì)算得到總評(píng)成績(jī)（例如7:3或6:4），平時(shí)成績(jī)一般由作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、到課情況等組成，期末書面考核所占比例較重。筆者采取了針對(duì)工程應(yīng)用性的教學(xué)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)平時(shí)多種學(xué)習(xí)過程的考核比重。

4.1 考核方式

考慮與以往教學(xué)考核方式的銜接過渡，暫時(shí)保持期末書面考試（見表4），適當(dāng)降低期末考試成績(jī)比例，按5:5合成總評(píng)成績(jī)。將學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的所有表現(xiàn)都作為因素計(jì)算到平時(shí)成績(jī)中（課后作業(yè)取8次最好成績(jī)占比30%，課堂考核取7次最好成績(jī)占比7%，課程參與占比3%，實(shí)驗(yàn)效果及實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比10%）。強(qiáng)化平時(shí)的學(xué)習(xí)過程和效果，也有利于學(xué)生重視平時(shí)的訓(xùn)練。

課后作業(yè)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的程序設(shè)計(jì)，除了要求程序運(yùn)行結(jié)果和效果外，還特別要求規(guī)范性：目錄管理，用有含義的英文單詞命名，程序頭注釋，函數(shù)注釋，變量、代碼注釋，文件結(jié)束注釋，標(biāo)識(shí)符、變量名、函數(shù)名等以英文單詞大小寫命名，語(yǔ)句縮進(jìn)與對(duì)齊，操作符空格書寫，適當(dāng)空格、空行等。

表3 課后作業(yè)及實(shí)驗(yàn)安排

表4 期末書面考試

4.2 教學(xué)思考

課程教學(xué)改革實(shí)踐探索與學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)反饋，對(duì)教學(xué)過程有了一些體驗(yàn)和體會(huì)，值得下一步思考。

（1）課程教學(xué)的總體效果。一方面需要結(jié)合考試成績(jī)對(duì)全部因素的分析后加以對(duì)比，來進(jìn)一步深入分析了解；另一方面還需要在將來較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)，調(diào)研學(xué)生在后續(xù)的課程學(xué)習(xí)與實(shí)踐中、畢業(yè)階段的程序設(shè)計(jì)中的能力體現(xiàn)，來進(jìn)一步深入地分析了解。

（2）期末書面考核的形式和內(nèi)容可以在下一研究階段考慮改革和探索。工程應(yīng)用型的教學(xué)已經(jīng)將C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，落實(shí)到平時(shí)過程的項(xiàng)目訓(xùn)練中完成，通過演練強(qiáng)化了語(yǔ)法、規(guī)則、庫(kù)函數(shù)和技巧的應(yīng)用，期末書面考試則可以弱化C語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)和程序設(shè)計(jì)基本能力的考察，而將重點(diǎn)放在用C語(yǔ)言、算法、C程序結(jié)構(gòu)的思維，來考查學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的描述、問題分析、程序設(shè)計(jì)、求解流程和過程管理等方面。

（3）課程要求學(xué)生具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，機(jī)械專業(yè)班級(jí)未開設(shè)“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程，軌道專業(yè)班級(jí)該課程與本課程同步開設(shè)，對(duì)本課程學(xué)習(xí)影響較大。筆者在實(shí)際教學(xué)中補(bǔ)充了相關(guān)知識(shí)，但省去了“嵌入式應(yīng)用”環(huán)節(jié)的教學(xué)，留下了遺憾。

（4）開發(fā)環(huán)境DevCPP對(duì)于初學(xué)者是不錯(cuò)的軟件，上手快，小巧易攜帶易安裝。該軟件已停止更新，功能不是非常完善，特別是調(diào)試功能相對(duì)較差，可考慮采用其他的開發(fā)環(huán)境。

（5）考慮借鑒舊金山州立大學(xué)“工程師C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)。在學(xué)習(xí)C語(yǔ)言基礎(chǔ)后，結(jié)合嵌入式微控制器，采用相應(yīng)開發(fā)平臺(tái)，提供虛擬或?qū)嵨镞\(yùn)行對(duì)象，設(shè)計(jì)應(yīng)用性模擬測(cè)量控制實(shí)際需求，來實(shí)現(xiàn)C程序設(shè)計(jì)過程的教學(xué)。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)具體實(shí)際應(yīng)用問題的編程求解來設(shè)計(jì)教學(xué)，工程類應(yīng)用型專業(yè)學(xué)生可以較好地將C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)知識(shí)、方法的學(xué)習(xí)融入項(xiàng)目訓(xùn)練之中，提升自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力和效率，達(dá)到以學(xué)生為主體的教學(xué)效果。本課程改革針對(duì)C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)類課程，擴(kuò)展課程教學(xué)目標(biāo)，采用大程序量的、系統(tǒng)的、綜合性的項(xiàng)目例程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)作為主要教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，課程教學(xué)改革開展了有意義的實(shí)踐和探索，積累了較豐富和有益的經(jīng)驗(yàn)。