新工科背景下軟件工程C語言本科教學(xué)改革

徐 猛 ,楚 旺,宋英杰,謝青松

（1．山東工商學(xué)院 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 煙臺 264005；2．山東省高等學(xué)校未來智能計算協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 煙臺 264005）

0 引 言

2018年3月15日,教育部辦公廳發(fā)布《教育部辦公廳關(guān)于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》(教高廳函[2018]17號),提出了“新工科”研究與實踐建設(shè)的新要求,相對于傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式,未來新興產(chǎn)業(yè)需要的是實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

C程序設(shè)計課程是高校軟件工程專業(yè)本科教育的必修課程,也是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、算法設(shè)計與分析等后續(xù)相關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ),在軟件工程專業(yè)的本科教育中發(fā)揮著舉足輕重的作用。近年來,針對C程序設(shè)計已有許多教改工作[1-3]及思考[4],陸續(xù)提出了一些新的教學(xué)模式與方法[5-6],但從部分軟件工程專業(yè)畢業(yè)學(xué)生掌握的情況來看,與培養(yǎng)滿足企業(yè)軟件開發(fā)需求、跟進IT行業(yè)技術(shù)發(fā)展、具備專業(yè)性創(chuàng)新能力的高水平軟件工程人才仍具有一定的差距。為了達到這個目標(biāo),可將培養(yǎng)目標(biāo)進行分解細化,制訂C程序設(shè)計課程的學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo),將其融入本課程的教學(xué)過程中,并結(jié)合工程教育專業(yè)認證的思想不斷進行反饋、改進,從而達到培養(yǎng)具備高技術(shù)、高素質(zhì)、符合現(xiàn)代企業(yè)需求的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

1 目前C程序設(shè)計教學(xué)中存在的問題

近年來,我國提出“走中國特色新型工業(yè)化道路”“中國制造2025”等建設(shè)目標(biāo)。這些目標(biāo)都需要大量的工程師來實現(xiàn),而軟件工程專業(yè)正是培養(yǎng)軟件開發(fā)領(lǐng)域所需工程人才的主要專業(yè)。然而,目前許多學(xué)校的軟件工程專業(yè)在軟件工程人才培養(yǎng)過程中還存在一定的問題。具體到C程序設(shè)計教學(xué)中,目前主要存在以下問題。

1.1 在教學(xué)目標(biāo)方面，課程教學(xué)目標(biāo)未體現(xiàn)軟件工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)

課程的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)為最終的人才培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù),然而目前針對C程序設(shè)計課程的教學(xué)目標(biāo),多數(shù)是針對課程本身制定,并未結(jié)合最終的人才培養(yǎng)目標(biāo),體現(xiàn)不同專業(yè)的特色及側(cè)重點,導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程中難以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,課程結(jié)束后未能完全為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ),畢業(yè)后無法滿足用人單位對于人才的需求。

1.2 在教學(xué)過程方面，單純教授語言本身，未體現(xiàn)軟件工程思想

軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng),除需要學(xué)生掌握軟件開發(fā)相關(guān)的主要技術(shù)外,更加重要的是培養(yǎng)學(xué)生在解決實際問題時的工程思想,而軟件工程的思想需要貫穿于多門課程,由淺入深,由點及面,在整個人才培養(yǎng)過程中處處滲透、體現(xiàn)軟件工程的思想,使學(xué)生養(yǎng)成以工程思想的習(xí)慣進行問題分析、軟件開發(fā)。目前的C程序設(shè)計教學(xué)過程中,更多的注意力放在了語言本身的細節(jié)上,而軟件工程的思想及要求體現(xiàn)過少,不符合軟件工程專業(yè)的培養(yǎng)要求。

1.3 在教學(xué)內(nèi)容方面，過于強調(diào)全面，重點不突出

C程序設(shè)計課程中知識點分散,內(nèi)容多,對于不同的專業(yè)應(yīng)當(dāng)重點不同。目前C程序設(shè)計教學(xué)中,過于強調(diào)對C語言內(nèi)容的掌握全面程度,但是對于一些在實際工程應(yīng)用中使用頻率高、易出問題的重點內(nèi)容不夠突出,導(dǎo)致在課程結(jié)束后學(xué)生難以直接進行工程性軟件開發(fā)。

1.4 在教學(xué)效果方面，考核評價方式單一，與軟件開發(fā)要求契合度不高

目前C程序設(shè)計教學(xué)的考核方式,一種是筆試,該方式易導(dǎo)致學(xué)生動手能力欠缺;第二種是機試,該方式提高了學(xué)生的動手能力,但對于軟件工程的要求難以體現(xiàn)。因此,單一的評價方式,無法體現(xiàn)工程實踐中軟件開發(fā)對于人才的要求。

2 C程序設(shè)計教學(xué)改進措施

為培養(yǎng)出符合市場需求的軟件人才,按照“工程教育專業(yè)認證”的要求,針對上述C程序設(shè)計課程教學(xué)過程中存在的問題,可以對軟件工程專業(yè)的C程序設(shè)計課程教學(xué)采取如下改進措施。

2.1 制訂符合軟件工程專業(yè)要求的教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo),有針對性地制訂C程序設(shè)計課程的教學(xué)目標(biāo)。人才培養(yǎng)過程中,所有課程的設(shè)置及課程目標(biāo)的制定,都應(yīng)該以達成人才培養(yǎng)目標(biāo)為最終目的,因此,首先根據(jù)軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo),制定出軟件工程專業(yè)的畢業(yè)要求,并將畢業(yè)要求分解到各課程中,其中,C程序設(shè)計對于軟件工程專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點的貢獻度見表1。

根據(jù)表1中對于培養(yǎng)目標(biāo)的貢獻度要求及課程支撐,制訂C程序設(shè)計課程教學(xué)目標(biāo):本課程重點講解過程式程序設(shè)計語言及其程序設(shè)計方法,通過本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠:

(1)掌握程序設(shè)計語言的基本結(jié)構(gòu);

(2)掌握程序設(shè)計的基本思想、方法和技巧,養(yǎng)成良好的程序設(shè)計習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生基本的計算思維能力(設(shè)計簡單算法);

(3)掌握C語言編程、編譯、調(diào)試、測試工具和方法。

由于本課程是學(xué)生接觸的第一門計算基礎(chǔ)課程,該課程的學(xué)習(xí)情況直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí),因此本課程被看做是計算基礎(chǔ)課程中最重要的課程之一。本課程的講解要結(jié)合軟件工程的相關(guān)概念(如設(shè)計質(zhì)量、代碼規(guī)范、代碼測試、代碼評審等),使工程化的思想融入學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中。

2.2 在教學(xué)過程中融入軟件工程思想

軟件工程專業(yè)C程序課程的教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生能夠掌握相關(guān)工程知識,并利用已有知識分析問題,設(shè)計相應(yīng)軟件解決方案,使用開發(fā)工具進行程序開發(fā)與測試,因此軟件工程相關(guān)思想及知識應(yīng)當(dāng)貫穿整個C程序設(shè)計課程的始終,可以采取以下措施改進之前的教學(xué)過程。

表1 C程序設(shè)計對畢業(yè)要求的貢獻度

(1)整個課程中以一個完整項目的不斷迭代作為教學(xué)示例,使學(xué)生明確所學(xué)內(nèi)容如何在實際軟件項目中進行運用。

(2)2～3名學(xué)生一組,初步體會團隊開發(fā),使學(xué)生從開始逐漸適應(yīng)團隊開發(fā),在團隊開發(fā)中體會軟件工程思想的重要性。

(3)課后作業(yè)增加根據(jù)已有項目文檔進行模塊開發(fā)的要求,使學(xué)生從代碼實現(xiàn)環(huán)節(jié)開始接觸軟件開發(fā)過程,明確軟件并非是直接編碼而來。

在課程授課前將學(xué)生進行分組,每組2～3名學(xué)生。授課過程中,首先,向?qū)W生演示一個已完成項目,使學(xué)生對項目的整體目標(biāo)有感性認識。其次,在課程進行過程中,每次講解新知識前,都由該項目的某一功能提出問題,使學(xué)生能夠清晰的認識到所面對的問題,進而能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運用到軟件實際開發(fā)過程中。然后,在知識點講解結(jié)束后,為每一小組的不同學(xué)生分配項目不同模塊的文檔,要求按照文檔進行程序的實現(xiàn),這樣既練習(xí)了所學(xué)知識,同時也使學(xué)生初步認識了軟件開發(fā)的過程。最后,要求學(xué)生在完成自己的模塊后,將組內(nèi)完成的代碼和項目中已提供的其他目標(biāo)代碼進行鏈接和簡單的系統(tǒng)測試,從而達到初步鍛煉學(xué)生團隊合作開發(fā)的能力,同時也訓(xùn)練了學(xué)生基本的文檔閱讀能力。

2.3 在教學(xué)內(nèi)容中突出工程實踐中的重點

根據(jù)C程序設(shè)計課程的教學(xué)目標(biāo),制訂主要的課程內(nèi)容見表2。

課程內(nèi)容中,在掌握C語言本身語法的基本要求下,重點講解實際軟件開發(fā)中所需工程知識,使學(xué)生從接觸編程初期,就養(yǎng)成注重注釋、變量命名、代碼風(fēng)格、代碼可讀性、可移植性等工程實踐問題的良好編程習(xí)慣。例如在軟件工程實踐方面,對于指針的應(yīng)用,一定要明確在軟件開發(fā)實踐中最容易犯錯且難以進行錯誤定位的兩個問題——野指針和內(nèi)存泄漏,并且在教學(xué)過程中不斷重復(fù)對于這兩個問題的分析,將出現(xiàn)的原因及現(xiàn)象和如何在程序開發(fā)過程中避免出現(xiàn)等逐步進行講解,同時將在遇到此類問題時如何進行應(yīng)對,作為實驗環(huán)節(jié)讓學(xué)生進行練習(xí),從而徹底掌握此類問題相關(guān)的必要工程實踐知識。對于軟件工程實踐中常用的字符串也要作為C語言程序設(shè)計授課的重點講解內(nèi)容,尤其要重點關(guān)注字符串中最易忽略的最后一個“空”字符的問題。讓學(xué)生將實際軟件項目中出現(xiàn)的各類對于字符串的問題進行逐一練習(xí),進行多次講解與問題反饋,從而讓學(xué)生徹底掌握字符串這一軟件工程實踐中最為常用且重要的知識。

表2 課程內(nèi)容

2.4 多樣化考核實際軟件開發(fā)能力

由于單一的考查方式難以體現(xiàn)軟件工程所要求的多種開發(fā)能力,因此采用多樣化考核方式改革,具體考核方式如下。

(1)筆試。筆試主要考查學(xué)生對于理論知識的掌握程度,包括語言相關(guān)語法、流程圖及偽碼編寫和閱讀能力等。其中基本語法占比60%,流程圖及偽碼編寫和閱讀占比40%。

(2)機試。機試主要考查學(xué)生實際編程能力,包括基本算法的實現(xiàn)、簡單問題的編程等。其中,50%為編程解決簡單問題,50%為依照給定算法或文檔實現(xiàn)代碼。

(3)項目。項目主要考查學(xué)生對軟件工程基本思想的掌握,包括代碼風(fēng)格、小規(guī)模團隊合作等。具體評分標(biāo)準見表3。

表3 C程序設(shè)計項目評分標(biāo)準

最終課程得分筆試成績占30%,機試成績占30%,項目成績占30%,平時學(xué)習(xí)及作業(yè)情況占10%。

3 結(jié) 語

結(jié)合多年的課堂教學(xué)經(jīng)驗和學(xué)生的實際情況,以培養(yǎng)滿足市場需求的應(yīng)用型軟件工程人才為目標(biāo),提出C程序設(shè)計課程教學(xué)改革方案。教學(xué)實踐證明,這種教改方案不僅提高了學(xué)生的C語言編程能力,同時還初步培養(yǎng)了學(xué)生的軟件工程思想及良好的編程習(xí)慣,比如,學(xué)生在編程過程中使用注釋的比例從不足10%提高到了70%左右,對于變量命名和代碼格式等規(guī)范性也有大幅提高。同時初步鍛煉了學(xué)生的團隊合作能力,在課程結(jié)束后能夠合作進行簡單項目的開發(fā),為培養(yǎng)符合現(xiàn)代企業(yè)需求的應(yīng)用型軟件工程人才打下堅實基礎(chǔ)。接下來,將根據(jù)實際教學(xué)情況,對C程序設(shè)計教改措施進行進一步的完善。