項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

西南科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 蘇 波

程序設(shè)計(jì)能力是工科類專業(yè)學(xué)生應(yīng)該掌握的一項(xiàng)基本技能。C 語(yǔ)言是一門工程實(shí)踐運(yùn)用廣泛的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它在項(xiàng)目底層可以提供對(duì)操作系統(tǒng)和內(nèi)存的精準(zhǔn)控制，是從事嵌入式開(kāi)發(fā)、芯片設(shè)計(jì)必不可少的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。在高級(jí)語(yǔ)言方面，C 語(yǔ)言由于其高效率和精確的特性，是科學(xué)計(jì)算、并行程序開(kāi)發(fā)的重要工具，同時(shí)C 語(yǔ)言幾乎適用于所有的操作系統(tǒng)，對(duì)提高開(kāi)發(fā)效率和跨平臺(tái)使用具有極大的便捷性?？傮w而言，C 語(yǔ)言具有極強(qiáng)的實(shí)用性，既可用于編寫應(yīng)用軟件，也適合于編寫系統(tǒng)軟件。雖然最近幾年由于數(shù)據(jù)挖掘、人工智能和數(shù)值計(jì)算等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了Python 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，但是仍然無(wú)法撼動(dòng)C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言榜首的地位。C 語(yǔ)言既是計(jì)算專業(yè)學(xué)生必須掌握的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是許多非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生所青睞的技術(shù)學(xué)科。C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是各省乃至全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試的重要考試科目，幾乎所有的高校都開(kāi)設(shè)有C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程。目前，很多學(xué)校往往將學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言本身，注重語(yǔ)法的講解，忽視了程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。這種學(xué)習(xí)方法對(duì)于學(xué)生應(yīng)付考試中的填空、選擇以及編寫小程序的題型來(lái)說(shuō)是沒(méi)有問(wèn)題的，且往往可以取得較好的成績(jī)。但是，由于缺少項(xiàng)目鍛煉能力，甚至出現(xiàn)有些高分考上碩士研究生的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，無(wú)法針對(duì)具體或者復(fù)雜問(wèn)題編寫出可以運(yùn)行并產(chǎn)生實(shí)際效益代碼的現(xiàn)象，給人造成了“高分低能”或“學(xué)習(xí)無(wú)用”的錯(cuò)誤導(dǎo)向。

一、程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

由于學(xué)生現(xiàn)在學(xué)習(xí)的課程門類較多，總學(xué)分又沒(méi)有太多變化，很多課程的學(xué)時(shí)數(shù)都有所減少。雖然C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是一門邏輯性較強(qiáng)且概念相對(duì)較多的科目，但部分教師為了完成教學(xué)任務(wù)，往往壓縮學(xué)生的上機(jī)實(shí)踐時(shí)間。C 語(yǔ)言課程一般在大一開(kāi)設(shè)，大多數(shù)學(xué)生還不適應(yīng)大學(xué)的學(xué)習(xí)方式和課程安排，還停留在高中的學(xué)習(xí)模式。目前程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般以教材為中心，理論教學(xué)上到什么地方，實(shí)驗(yàn)課就操作什么內(nèi)容，學(xué)生照葫蘆畫瓢，照著教材案例進(jìn)行操作，這些都導(dǎo)致了如下弊端。

（一）整體知識(shí)掌握不足

學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)整體認(rèn)識(shí)不足，掌握的知識(shí)內(nèi)容孤立。“萬(wàn)變不離其宗”，這里的“宗”就是知識(shí)點(diǎn)，比如C 語(yǔ)言里面的循環(huán)就有do-while、while 和for 三種結(jié)構(gòu)。循環(huán)還可以嵌套循環(huán)，如果學(xué)生僅僅只是明白每個(gè)單一的知識(shí)點(diǎn)，但不能很好地將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，達(dá)到融會(huì)貫通的程度，則無(wú)法編寫出高效的代碼。

（二）缺乏知識(shí)碰撞與思想交流

學(xué)生往往是“單兵作戰(zhàn)”，一道題一個(gè)人就可以解決，缺少了知識(shí)的碰撞與思想的交流。合作學(xué)習(xí)是一種共同進(jìn)步模式，通過(guò)合作學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)扎實(shí)的學(xué)生可以幫助基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，學(xué)生在合作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題，大家在共同探討中解決問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程會(huì)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，進(jìn)而逐步形成創(chuàng)新意識(shí)，并有效激發(fā)各自的學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)習(xí)效率，對(duì)合作雙方都有所收獲，有利于實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步。

（三）無(wú)法激發(fā)學(xué)生積極性與主觀能動(dòng)性

編程思維與我們?nèi)粘５乃季S方式存在不一樣的地方，編程思維并不是局限于編寫程序的技巧，而是一種高效解決問(wèn)題的思維方式。它是由分解—識(shí)別模式—抽象—算法四個(gè)步驟組成，是從理解問(wèn)題到找出路徑的思維過(guò)程。這種跳躍性的思維能力是初學(xué)者的一個(gè)巨大障礙，造成了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的下降，無(wú)法有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促使學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性。

二、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

所謂項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法是指教師指導(dǎo)學(xué)生在追求項(xiàng)目成果的過(guò)程中，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐掌握系統(tǒng)知識(shí)技能的教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程秉承聯(lián)系論、結(jié)構(gòu)論和結(jié)果論三個(gè)關(guān)鍵理念，三個(gè)理念分別對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)、課程組織和課程實(shí)施三個(gè)層面。聯(lián)系論要求教師在組織項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)合理選擇知識(shí)，使之與項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合；結(jié)構(gòu)論要求教師對(duì)所選取的知識(shí)進(jìn)行知識(shí)重組，既要考慮項(xiàng)目完成的需要，也要考慮學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受情況；結(jié)果論考量學(xué)生的項(xiàng)目完成情況。構(gòu)建主義認(rèn)為，知識(shí)是學(xué)習(xí)者在一定的情景下利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義構(gòu)建的方式獲得的。基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，學(xué)生在教師指導(dǎo)下最終以項(xiàng)目成果的形式表現(xiàn)，通過(guò)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和實(shí)施將書本理論知識(shí)與應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而掌握相關(guān)知識(shí)。

三、基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想指導(dǎo)下和豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為完成特定的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，圍繞某一主題形成的穩(wěn)定、簡(jiǎn)明的教學(xué)結(jié)構(gòu)理論模型及具體操作的實(shí)踐活動(dòng)方式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)直觀性、實(shí)踐性、科研性以及綜合性的特點(diǎn)，決定了其在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和能力方面具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)不可替代的作用。正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人才培養(yǎng)以及高校整個(gè)教學(xué)工作環(huán)節(jié)中的突出作用，對(duì)提高學(xué)生綜合素質(zhì)將起到至關(guān)重要的作用。構(gòu)建行之有效的基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，需要從教學(xué)目標(biāo)的制定、教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的優(yōu)化組合、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)置、教學(xué)方式和考核機(jī)制等方面進(jìn)行變革。

（一）制定教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)決定著課堂教學(xué)的內(nèi)容，對(duì)于教學(xué)結(jié)構(gòu)安排、教學(xué)方法實(shí)施和教學(xué)組織形式起著導(dǎo)向作用。教學(xué)目標(biāo)的制定必須以教學(xué)大綱為準(zhǔn)繩，以教材為依據(jù)。教師可以根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類法，從知道、領(lǐng)會(huì)、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)等六個(gè)方面對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分類。教學(xué)目標(biāo)的制定還應(yīng)該符合學(xué)生的畢業(yè)要求，比如在工程知識(shí)方面的指標(biāo)點(diǎn)為掌握程序設(shè)計(jì)知識(shí)，具備面向?qū)ο?、面向系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)理論與方法，并能運(yùn)用于軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；問(wèn)題分析方面的指標(biāo)點(diǎn)為計(jì)算問(wèn)題表達(dá)與證明，能對(duì)計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行形式化描述，設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，并分析設(shè)計(jì)方案的正確性；設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)解決方案的指標(biāo)點(diǎn)為軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，根據(jù)需求規(guī)格說(shuō)明書能進(jìn)行軟件體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型與管理、關(guān)鍵算法及安全策略設(shè)計(jì)，撰寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書；研究方面的指標(biāo)點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求或設(shè)計(jì)指標(biāo)組建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，運(yùn)用相關(guān)儀器（軟件）完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，正確觀察、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（二）優(yōu)化組合教學(xué)知識(shí)點(diǎn)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須圍繞理論課教學(xué)知識(shí)點(diǎn)開(kāi)展，將理論課程中講解的知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目的各個(gè)模塊中去，比如在項(xiàng)目中可以將輸入、輸出、數(shù)據(jù)類型、分支以及循環(huán)結(jié)構(gòu)放在一起進(jìn)行訓(xùn)練。在高階項(xiàng)目中，可以將查詢、排序、統(tǒng)計(jì)以及記錄添加和文件的建立讀寫等知識(shí)點(diǎn)融合在一起。教師通過(guò)將C 語(yǔ)言所有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭澐?，再進(jìn)行有機(jī)的優(yōu)化組合，既可以使學(xué)生在練中學(xué)，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生明白各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的適用場(chǎng)合。

（三）設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置不一定必須使用真實(shí)的項(xiàng)目，因?yàn)檎鎸?shí)的項(xiàng)目規(guī)模較大且比較復(fù)雜，與學(xué)生現(xiàn)階段能力不相符，容易給學(xué)生造成挫敗感。教師應(yīng)該根據(jù)教學(xué)需要將項(xiàng)目所涉及的知識(shí)限定在教學(xué)大綱所要求的范圍之內(nèi)，大項(xiàng)目與小項(xiàng)目相結(jié)合，小項(xiàng)目是大項(xiàng)目的基礎(chǔ)，大項(xiàng)目是小項(xiàng)目的綜合應(yīng)用。項(xiàng)目的安排應(yīng)該符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，由淺入深，由易到難，使學(xué)生能夠真正得到實(shí)踐，進(jìn)而最終完成項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心。

（四）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式

相較于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加注重學(xué)生的自主探索和課堂探討，教師只需要對(duì)過(guò)程進(jìn)行把控。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程可以分為準(zhǔn)備階段、分析階段、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段和評(píng)價(jià)階段。準(zhǔn)備階段用于確定小組成員以及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人；項(xiàng)目分析階段需要學(xué)生討論項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn)，將項(xiàng)目任務(wù)分解為小的模塊；在項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段需要制定合理的實(shí)施方案和技術(shù)路線，確保在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成項(xiàng)目；項(xiàng)目評(píng)價(jià)階段用于對(duì)照項(xiàng)目任務(wù)，測(cè)試檢驗(yàn)各個(gè)功能需求是否完成，給出總結(jié)性評(píng)價(jià)，完成項(xiàng)目報(bào)告書的撰寫。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式注重教學(xué)全過(guò)程，因此最終成績(jī)構(gòu)成更適合采用結(jié)構(gòu)化評(píng)分方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生在小組內(nèi)積極進(jìn)行互動(dòng)，防止個(gè)別學(xué)生消極對(duì)待，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，確保每個(gè)學(xué)生都得到相應(yīng)的鍛煉。這個(gè)過(guò)程對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高具有積極的作用，有利于促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。