基于PTA平臺(tái)的《C語言程序設(shè)計(jì)》教學(xué)改革與實(shí)踐

孫 笑 微

(沈陽師范大學(xué) 軟件學(xué)院, 沈陽 110034)

0 引 言

2017年2月,國家教育部推進(jìn)新工科[1-4]建設(shè),先后形成了“北京指南”“復(fù)旦共識(shí)”和“天大行動(dòng)”等,共同探討了新工科的文化內(nèi)涵和發(fā)展方向,同時(shí)全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式和中國經(jīng)驗(yàn),助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。

C語言程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中的專業(yè)基礎(chǔ)必修課,該課程是學(xué)生了解和掌握計(jì)算機(jī)軟件知識(shí)和C語言程序設(shè)計(jì)的主要課程。本課程不僅要求學(xué)生有較強(qiáng)的邏輯推理能力和扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),而且還要具備一定的分析問題和解決問題的能力,以及實(shí)踐操作的能力。為了加強(qiáng)計(jì)算機(jī)高等人才的培養(yǎng),使之更適應(yīng)“新工科”的需求,實(shí)際解決高?！敖獭迸c“學(xué)”中存在的普遍問題,需要對(duì)《C語言程序設(shè)計(jì)》課程的實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行改革[5-8],使之更好地適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展與進(jìn)步。

本文將運(yùn)用PTA[9-11]平臺(tái)對(duì)C語言程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革,實(shí)現(xiàn)全國資源共享,管理簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確,幫助教師分析學(xué)生知識(shí)掌握程度,發(fā)現(xiàn)問題,有針對(duì)性地開展教學(xué)和指導(dǎo),從而促進(jìn)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的提高,為未來的高校教學(xué)改革提出新的依據(jù)和方法。

1 傳統(tǒng)線下教學(xué)存在的問題

1.1 理論課枯燥乏味

C語言程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的一門理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的重要專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。以沈陽師范大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“我?！?軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)C語言程序設(shè)計(jì)課程為例,每年計(jì)劃招生人數(shù)為90人,2個(gè)教學(xué)班,即教學(xué)班人數(shù)為40～50人之間,教師在過去的傳統(tǒng)課堂上以理論講授為主,教學(xué)內(nèi)容偏重枯燥的語法規(guī)則,雖然在教學(xué)中也引入慕課[12-13]、雨課堂[14-15]等教學(xué)手段和方法,但是仍然只能夠關(guān)注到學(xué)生的理論課堂部分,對(duì)實(shí)踐部分沒有有效的監(jiān)督工具和手段,學(xué)生對(duì)C語言的學(xué)習(xí),特別是上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)部分存在普遍的畏難情緒,導(dǎo)致最終學(xué)習(xí)效果不理想。

1.2 實(shí)驗(yàn)課缺乏體系和考核標(biāo)準(zhǔn)

C語言程序設(shè)計(jì)課程是一門實(shí)踐性操作性很強(qiáng)的學(xué)科,對(duì)學(xué)生的上機(jī)實(shí)踐操作能力要求很高。軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)19級(jí)C語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)計(jì)劃為72學(xué)時(shí),其中理論學(xué)時(shí)42學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)30學(xué)時(shí),教師很難與學(xué)生進(jìn)行有效同步,時(shí)間的延遲和平臺(tái)無法統(tǒng)一等問題導(dǎo)致實(shí)踐操作部分問題集壓,由于C語言知識(shí)點(diǎn)連貫,使得一部分同學(xué)最終喪失學(xué)習(xí)興趣,期末成績不理想等,同時(shí)題目的局限性和考核方式的主觀性也很難訓(xùn)練出學(xué)生扎實(shí)的編程能力。

2 PTA平臺(tái)的改革與實(shí)踐

2.1 教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

根據(jù)主動(dòng)學(xué)習(xí)理論的要求,課程將分為開課前、開課中和開課后3部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。開課前,教師根據(jù)教學(xué)計(jì)劃設(shè)計(jì)詳細(xì)的教學(xué)大綱和教學(xué)實(shí)驗(yàn)日歷,選取合適的教材、輔導(dǎo)書、難度相應(yīng)的習(xí)題集和教案。開課中分為每章節(jié)的課前、課中和課后。課前,要求學(xué)生按照教學(xué)實(shí)驗(yàn)日歷,通過雨課堂預(yù)習(xí)任務(wù)單和教材進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的自學(xué),利用PTA布置每一章節(jié)相關(guān)內(nèi)容的習(xí)題,注意習(xí)題集的難度要適中,設(shè)置成隨機(jī)模式以便期末組試卷用。開課中,通過PTA 導(dǎo)出學(xué)生完成的習(xí)題答卷,課堂上可以隨機(jī)抽查學(xué)生的程序。對(duì)于正確的程序也可以讓學(xué)生們探討有沒有更好的,時(shí)間復(fù)雜度更小的解決方案,針對(duì)學(xué)生未注意到而又重要的部分,教師可以引導(dǎo)提問,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)思考。課程結(jié)束后,創(chuàng)建百題刷分習(xí)題集,將之前章節(jié)中所有的編程題(不僅限于題庫的題)匯總,可以不設(shè)置結(jié)束時(shí)間,或設(shè)置較晚的結(jié)束時(shí)間,給學(xué)生充分的練習(xí)過程,同時(shí)讓同學(xué)們回顧學(xué)習(xí)過程,總結(jié)學(xué)習(xí)方法,為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.2 教學(xué)活動(dòng)實(shí)施

PTA(Programming Teaching Assistant)是程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái),該系統(tǒng)將用戶分為3種角色:管理員、教師和學(xué)生。教師可以建立并分享自己的題目集、創(chuàng)建自己的班級(jí)、添加學(xué)生、布置作業(yè)、統(tǒng)計(jì)成績并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析等。學(xué)生可以登錄系統(tǒng)根據(jù)教師布置的任務(wù)完成相關(guān)習(xí)題,查看習(xí)題完成情況和自己所得分?jǐn)?shù),并且查看自己在班級(jí)中的排名,了解自己在班級(jí)中處于什么樣的位置,及時(shí)調(diào)整自己的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)計(jì)劃。本文針對(duì)軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)2019級(jí)90名學(xué)生進(jìn)行PTA學(xué)習(xí)實(shí)踐,縱向?qū)Ρ人麄兣c往屆非使用PTA平臺(tái)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)成績和實(shí)驗(yàn)效果上的差別,從而進(jìn)行教學(xué)改革研究。

在開課前,C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)研討組開會(huì)討論每個(gè)教學(xué)章節(jié)要布置的電子作業(yè),即題目集。如圖1所示為題目集編輯頁面。

圖1 題目集編輯頁Fig.1 Exercise Set Editing Page

PTA現(xiàn)有的題庫內(nèi)已經(jīng)有將近3 000多道C語言相關(guān)的題目,題型涵蓋判斷題、單選題、多選題、填空題、程序填空題、函數(shù)題、編程題以及主觀題等,題目集在初始化的時(shí)候除了需要設(shè)置習(xí)題的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間,還可以開啟隨機(jī)組卷,其中包含題目順序隨機(jī)和答案順序隨機(jī),以方便期末的時(shí)候利用這些現(xiàn)有的題目集進(jìn)行隨機(jī)組卷。被選到題目集中的習(xí)題可以隨時(shí)刪除和增加,由于開啟了隨機(jī)組卷,試題會(huì)根據(jù)原有習(xí)題分?jǐn)?shù)自動(dòng)進(jìn)行題池的劃分,這時(shí)可以利用習(xí)題左上角的上下按鈕進(jìn)行題池的合并和拆分,以方便形成分?jǐn)?shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)一致的題池,為了讓學(xué)生對(duì)所有題目都能夠充分練習(xí),還需要把幾選幾的選項(xiàng)進(jìn)行修改,以便學(xué)生能夠練到所有題型。每一類型的習(xí)題分?jǐn)?shù)可以事先統(tǒng)一好,這樣在期末組卷時(shí)會(huì)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),也大大減少了后期的工作量。如圖2所示為題庫題型列表。

圖2 題庫題型列表Fig.2 List of Question Types in Question Bank

PTA提供了題目集分享功能,可以保證同一教學(xué)組布置相同的作業(yè),避免大家重復(fù)勞動(dòng)。教師可以在設(shè)置好題目集并添加好題目后,生成分享碼,其他教師使用該分享碼可以生成自己的題目集,也可以對(duì)題目集進(jìn)行修改,但是此修改只針對(duì)教師個(gè)人習(xí)題集,不會(huì)影響其他教師的習(xí)題集。每章習(xí)題結(jié)束后,教師可以查詢學(xué)生作業(yè)完成詳情和分?jǐn)?shù)。如圖3所示為部分學(xué)生答題情況。

圖3 成績排名Fig.3 Ranking of Achievements

PTA還提供了OMS監(jiān)考系統(tǒng),可以開啟隨機(jī)座位功能以及考試防作弊系統(tǒng)。監(jiān)考老師利用微信監(jiān)考小程序?qū)⒖紙?chǎng)中所有學(xué)生的信息通過掃描二維碼的方式掃到電腦上,學(xué)生可以根據(jù)電腦上的個(gè)人信息找到自己的座位進(jìn)行考試?？荚囘^程中,學(xué)生在考試時(shí)間內(nèi)可以答題,教師也可以在手機(jī)端或者PC端查看學(xué)生是否有違紀(jì)行為,一旦違紀(jì)(即打開和考試相關(guān)的其他應(yīng)用端)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。考試結(jié)束后,學(xué)生可以查看自己成績?cè)诎嗉?jí)中的排名,教師也可以導(dǎo)出所有學(xué)生的答卷、成績單、正答率、得分代碼以及試卷分析等。

2.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

將PTA平臺(tái)應(yīng)用到我校軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)2019級(jí)學(xué)生的C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行嘗試,經(jīng)過與2018級(jí)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比,得到學(xué)生C語言程序設(shè)計(jì)課程的平均成績(其中包括平時(shí)成績30%、期中成績20%、期末成績50%)、不及格率、優(yōu)秀率和學(xué)生參加ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽人數(shù)的對(duì)比,如表1所示。

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,PTA平臺(tái)提高了課程的通過率和優(yōu)秀率,培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,也大大提高了學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的成績。這為軟件學(xué)院其他實(shí)踐課程給出了很好的經(jīng)驗(yàn)和改革依據(jù)。

表1 “C語言程序設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)改革教學(xué)效果對(duì)比Table 1 “C language programming” practice teaching reform of the teaching effect

3 結(jié) 語

基于PTA平臺(tái)實(shí)現(xiàn)C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革的開展,對(duì)于有效的豐富教學(xué)資源,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性、提高學(xué)生的編程能力和計(jì)算機(jī)操作能力都具有至關(guān)重要的作用。同時(shí)加強(qiáng)了師生互動(dòng),提高了教師教學(xué)的效率和學(xué)生學(xué)習(xí)的效率,確保將學(xué)生自主創(chuàng)新的熱情激發(fā)出來,讓學(xué)生學(xué)會(huì)積極思考,將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通,以此來不斷地提高學(xué)生的編程能力和動(dòng)手實(shí)踐能力,促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展,為高校教學(xué)改革提出新的方向和目標(biāo)。