《程序設(shè)計(jì)語言》實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革研究

徐利軍　韓彥嶺　馮國富　葛艷　賀琪　沈曉晶　鄭宗生　袁小華　趙丹楓

摘要：《程序設(shè)計(jì)語言》是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，為改善實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，我校圍繞在線評(píng)測系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐結(jié)果表明現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)課模式取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；在線評(píng)測系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）50-0271-02

一、引言

《程序設(shè)計(jì)語言》是我校計(jì)科相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。教學(xué)大綱要求學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，既要掌握高級(jí)編程語言（C/C++）的語法規(guī)則，又要學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的方法和思路，學(xué)生能夠熟練運(yùn)用C/C++進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，具備利用計(jì)算機(jī)求解實(shí)際問題的能力，初步具備一定的工程實(shí)踐能力?！冻绦蛟O(shè)計(jì)語言》作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，必須通過大量的編程訓(xùn)練和工程仿真實(shí)踐，才能更好地達(dá)到課程教學(xué)要求。我校將《程序設(shè)計(jì)語言》課程學(xué)習(xí)分為兩學(xué)期：大一上學(xué)期授課內(nèi)容為面向過程的C語言，理論學(xué)習(xí)與上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間之比為3∶2；大一下學(xué)期傳授面向?qū)ο蟮腃++語言，理論學(xué)習(xí)與上機(jī)實(shí)驗(yàn)之比為2∶1。此外，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，在大一下學(xué)期期末集中安排一周的時(shí)間完成一個(gè)中等規(guī)模的項(xiàng)目。從時(shí)間安排來看，為切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，我們安排了充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，但實(shí)際執(zhí)行效果卻不佳，在大一結(jié)束時(shí)，學(xué)生動(dòng)手能力差仍舊是一個(gè)普遍問題。這主要因?yàn)椋渌幊陶Z言相比，C/C++語言概念復(fù)雜、規(guī)則眾多，對(duì)初學(xué)者是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。由于大一新生還沒有培養(yǎng)出必要的計(jì)算思維能力，編程的時(shí)候，不少同學(xué)只能簡單照抄現(xiàn)成程序，不能靈活運(yùn)用，常因?yàn)橐粋€(gè)簡單的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤或者邏輯錯(cuò)誤便束手無策，而老師和助教的數(shù)量有限，難以及時(shí)協(xié)助學(xué)生解決問題。對(duì)于此類矛盾明顯的問題，我們可以通過增加助教來緩解這個(gè)問題，但其實(shí)實(shí)驗(yàn)課中還隱藏著一個(gè)更為嚴(yán)重的問題，由于學(xué)生編程經(jīng)驗(yàn)的匱乏，無法自行編寫合適的測試用例，往往學(xué)生以為正確的程序其實(shí)是不完善的，而老師也不可能逐一驗(yàn)證程序，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課上遺留了很多本來可以解決的問題。教師布置的課后作業(yè)，目的是培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，但是因?yàn)樵诰幊踢^程中無法得到及時(shí)反饋形成良好的互動(dòng)，也無法達(dá)到目的。教學(xué)中老師的精力不得不放在解決代碼正確性的問題，忽視培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的代碼編寫習(xí)慣，而大一作為培養(yǎng)學(xué)生遵守代碼規(guī)范的黃金時(shí)間卻因老師的精力有限無暇顧及而浪費(fèi)了。

二、改革探索

針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，我校以在線評(píng)測系統(tǒng)（Online Judge）為核心，重新構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。

1.在線評(píng)測系統(tǒng)介紹。在線評(píng)測系統(tǒng)起源于ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽，它是基于B/S架構(gòu)的程序代碼評(píng)測系統(tǒng)，采用黑盒測試驗(yàn)證程序正確性。用戶提交源代碼后，系統(tǒng)會(huì)即時(shí)編譯成可執(zhí)行代碼，使用預(yù)先設(shè)定的測試用例，從程序的運(yùn)行時(shí)間、占用內(nèi)存和運(yùn)行結(jié)果的正確性等各方面檢查代碼，并返回詳細(xì)的評(píng)測結(jié)果。評(píng)測結(jié)果包括：（1）正確；（2）格式錯(cuò)：程序輸出可能包含了多余的空格或空行；（3）答案錯(cuò)：算法不正確；（4）運(yùn)行錯(cuò)：除零、錯(cuò)誤指針、下標(biāo)越界等運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤；（5）編譯錯(cuò)：語法錯(cuò)誤；（6）超時(shí)：算法效率太低或存在死循環(huán)；（7）程序輸出數(shù)據(jù)超出限制：輸出太多數(shù)據(jù)。在線測評(píng)系統(tǒng)應(yīng)用極為廣泛，不僅可用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課后作業(yè)和課程考試，而且可以用于學(xué)生平時(shí)的自我訓(xùn)練以及程序設(shè)計(jì)競賽?；诓煌瑴y試用例的評(píng)測結(jié)果可以有效地協(xié)助學(xué)生查找程序錯(cuò)誤。對(duì)于測試失敗的用例，系統(tǒng)會(huì)提示代碼可能存在的問題，學(xué)生不斷修改的過程就是一個(gè)不斷自我完善的過程，這個(gè)過程帶來的成就感可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。

2.實(shí)驗(yàn)課課程設(shè)計(jì)。課前準(zhǔn)備，教師依照理論課的授課順序和內(nèi)容安排實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在每次上課前，教師除了準(zhǔn)備傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容講解，還需要在線評(píng)測系統(tǒng)后臺(tái)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)方案。課中安排。授課教師首先簡單復(fù)習(xí)理論課的內(nèi)容，主要進(jìn)行重要知識(shí)點(diǎn)講解，之后學(xué)生登錄在線評(píng)測系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄學(xué)生的練習(xí)進(jìn)度和練習(xí)時(shí)間，教師可隨時(shí)查看個(gè)體學(xué)生報(bào)告和全體學(xué)生的總報(bào)告，針對(duì)錯(cuò)誤率較高的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解。對(duì)于知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容較多的實(shí)驗(yàn)課，可以預(yù)先對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分組，對(duì)應(yīng)這些知識(shí)點(diǎn)設(shè)置多個(gè)針對(duì)性實(shí)驗(yàn)方案。比如，按照教學(xué)計(jì)劃講授C語言循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)共安排了兩次實(shí)驗(yàn)課，第一次實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容是熟悉while、do…while和for語句的語法，第二次實(shí)驗(yàn)課是學(xué)習(xí)break和continue語句的使用。以其中第一次實(shí)驗(yàn)課為例：（1）課前，教師依據(jù)知識(shí)點(diǎn)將本次實(shí)驗(yàn)課分為兩組實(shí)驗(yàn)方案，第一組實(shí)驗(yàn)方案包含的知識(shí)點(diǎn)有while和do…while語句的基本語法以及while和do…while語句的區(qū)別與聯(lián)系；第一組實(shí)驗(yàn)方案涉及的知識(shí)點(diǎn)有for語句的基本語法和for語句的多種使用方式。授課教師登錄在線評(píng)測系統(tǒng)后臺(tái)，依據(jù)知識(shí)點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)方案的組織。（2）上課時(shí)，教師首先回顧while和do…while語句的知識(shí)點(diǎn)，隨后學(xué)生選擇第一組實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行自測答題。教師可隨時(shí)登錄系統(tǒng)查看學(xué)生練習(xí)情況報(bào)告，就實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的易錯(cuò)題或者學(xué)生感覺難度較高的題目進(jìn)行重點(diǎn)講解。第一階段實(shí)驗(yàn)完成后，教師繼續(xù)講授for語句的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生打開并完成第二組實(shí)驗(yàn)方案。教師隨后根據(jù)練習(xí)情況再次進(jìn)行重點(diǎn)講解。（3）下課后，因?yàn)樵诰€評(píng)測系統(tǒng)安裝在校園網(wǎng)服務(wù)器中，仍存有疑問的同學(xué)可使用個(gè)人電腦自行登錄系統(tǒng)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)習(xí)。使用在線評(píng)測系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課組織模式，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課組織方式相比，優(yōu)點(diǎn)明顯，為師生雙方提供了極大的便利。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課中教師經(jīng)常會(huì)被多個(gè)學(xué)生同時(shí)提問分身乏術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生長時(shí)間等待教師解答而影響學(xué)習(xí)效果，而現(xiàn)在學(xué)生在練習(xí)時(shí)遇到的問題大部分能夠得到及時(shí)準(zhǔn)確的解答。新的實(shí)驗(yàn)課模式顯著提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)氣氛有了明顯改善，對(duì)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課得過且過的學(xué)生數(shù)量大大減少。在線評(píng)測系統(tǒng)顯著地減少了教師的工作量，而且教師通過練習(xí)結(jié)果的報(bào)表分析功能也能及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，在隨后的教學(xué)過程中專注于重難點(diǎn)問題的分析講解，做到有的放矢。在實(shí)行實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革之后，學(xué)生的考試成績和編程能力都有了明顯的提高。

三、強(qiáng)調(diào)遵守代碼規(guī)范

我校在教學(xué)中還有一個(gè)突出的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)代碼規(guī)范的重要性，爭取讓學(xué)生在初始階段就培養(yǎng)出良好的編碼習(xí)慣。雖然遵守代碼規(guī)范并不能改善程序的性能，但遵守代碼規(guī)范能夠使程序具有更好的可讀性、可維護(hù)性，而且還能減少不必要的語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤。良好的編碼習(xí)慣是軟件工程師良好專業(yè)素質(zhì)的重要體現(xiàn)。代碼規(guī)范包括以下幾個(gè)方面。

1.適當(dāng)?shù)目s進(jìn)：根據(jù)程序邏輯，以縮進(jìn)格式書寫代碼。

2.適當(dāng)?shù)目招校汉瘮?shù)與函數(shù)之間增加必要的空行，使得程序結(jié)構(gòu)一目了然。

3.適當(dāng)增加代碼注釋：子函數(shù)的開頭需有注釋說明該函數(shù)的作用、參數(shù)的含義；程序中重要業(yè)務(wù)邏輯的部分加入注釋說明該段代碼的思路以及算法。

4.代碼塊要用花括號(hào)界定。即使代碼塊里只有一行代碼，也盡量使用花括號(hào)來界定代碼塊。

5.變量和函數(shù)的命名。盡量使用自說明的標(biāo)志符來命名變量和函數(shù)，通過名稱即可大致了解變量的用途和函數(shù)的作用。

雖然目前無法通過系統(tǒng)自動(dòng)檢查程序是否符合代碼規(guī)范，但是相對(duì)于驗(yàn)證程序的正確性，該項(xiàng)任務(wù)僅需要較少的工作量。我們通過演示示例代碼、點(diǎn)評(píng)典型代碼和評(píng)分時(shí)額外加分引導(dǎo)學(xué)生遵守代碼規(guī)范。通過編碼規(guī)范的強(qiáng)調(diào)和實(shí)施，對(duì)提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)具有潛移默化的作用。

四、結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革以來，在線評(píng)測系統(tǒng)輔助的實(shí)驗(yàn)課模式有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)該方式也極大了減少了教師的工作量，使教師有時(shí)間關(guān)注于培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣。實(shí)踐表明在線評(píng)測系統(tǒng)輔助的實(shí)驗(yàn)課模式取得了良好的教學(xué)效果。