“C語言程序設(shè)計”課程思政教育的內(nèi)涵

吳海峰，張翠娟

（安慶師范大學(xué)計算機與信息學(xué)院，安徽安慶246133）

習(xí)近平總書記在全國高校思政工作會議上強調(diào)，高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人這個根本問題[1]。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，思政教育是思政課程的責(zé)任，跟專業(yè)課程沒有關(guān)系。然而，專業(yè)課程也包含了大量的思政教育的元素，課程思政建設(shè)是解決培養(yǎng)人問題的重要舉措。2020年5月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》[2]，指出工學(xué)類專業(yè)課程，“要注重強化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)”。結(jié)合課程特點和專業(yè)特性，深入挖掘?qū)I(yè)課程的思政內(nèi)涵，是每位教師應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任和使命。通過分析和深入挖掘，“C語言程序設(shè)計”課程思政教育的內(nèi)涵應(yīng)包含[3-9]：（1）樹立社會主義核心價值觀，（2）培養(yǎng)精益求精的工匠精神，（3）培養(yǎng)團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新意識，（4）強化工程倫理教育。本文通過闡述在“C語言程序設(shè)計”的各教學(xué)環(huán)節(jié)如何開展課程思政教學(xué)，充分展示專業(yè)課程所蘊含的思政元素和所承載的思政教育功能。

1 挖掘思政元素，引導(dǎo)學(xué)生樹立社會主義核心價值觀

在導(dǎo)入新課時，結(jié)合與知識點相關(guān)的當(dāng)前新聞熱點事件或者歷史事件，展開分析和挖掘事件背后的思政元素，引導(dǎo)學(xué)生樹立社會主義核心價值觀，在潛移默化中完成思政教育。下面結(jié)合“數(shù)組的應(yīng)用——加密與解密”來進行詳細(xì)闡述。

通過復(fù)習(xí)數(shù)組的定義和性質(zhì)，總結(jié)數(shù)組的特征：“同一數(shù)組內(nèi)的元素，數(shù)據(jù)類型相同”，從而引出對抗擊新冠肺炎疫情的人民戰(zhàn)爭中涌現(xiàn)出的英雄人物的分組。通過講述中國政府在抗擊新冠疫情的快速反應(yīng)和有效舉措，與西方國家進行對比，讓學(xué)生體會社會主義制度的優(yōu)越性，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷。在展示英雄人物圖片時，介紹英雄人物的感人事跡，激勵學(xué)生向英雄人物學(xué)習(xí)，運用自己的專業(yè)知識和技能為國家和人民做貢獻。

通過設(shè)問“那么各組英雄人物的信息在計算機中是怎樣存儲的？”和回答“各組英雄人物的信息可以用數(shù)組來進行存儲，但是在數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中，容易出現(xiàn)信息泄露”，自然過渡到由信息泄露引起的網(wǎng)絡(luò)安全問題。

通過介紹全球信息泄露問題的發(fā)展趨勢和2019年的兩起知名信息泄露事件（Elasticsearch數(shù)據(jù)庫泄露事件和Facebook 8 700萬用戶信息泄露事件），引出習(xí)近平總書記關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全問題的重要講話“沒有網(wǎng)絡(luò)安全就沒有國家安全，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化”，將網(wǎng)絡(luò)安全提高到國家安全的戰(zhàn)略高度。對學(xué)生進行網(wǎng)絡(luò)安全意識教育，很自然地介紹幾種常見的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，指出信息加密技術(shù)是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，引入教學(xué)主題：用數(shù)組實現(xiàn)信息的加密與解密。

2 引導(dǎo)學(xué)生逐步完成算法實現(xiàn)，培養(yǎng)其精益求精的工匠精神

在教學(xué)過程中，通過算法分析和代碼實現(xiàn)，分為兩個層次逐步培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。

2.1 培養(yǎng)規(guī)范意識，形成良好的編程風(fēng)格

通過實例帶領(lǐng)學(xué)生詳細(xì)分析算法的實現(xiàn)過程，啟發(fā)學(xué)生完成算法設(shè)計，并在C語言編譯環(huán)境下編寫代碼，直至調(diào)試正確。在帶領(lǐng)學(xué)生編寫代碼的過程中，通過標(biāo)識符的命名規(guī)則、代碼的縮進控制、注釋的添加等各種規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生良好的編程風(fēng)格。下面結(jié)合信息加密問題來詳細(xì)闡述。

【問題描述】用數(shù)組實現(xiàn)四位整型數(shù)據(jù)的加密和解密算法。加密規(guī)則：每位數(shù)字都加上5，然后用和除以10的余數(shù)代替該數(shù)字，再將第一位和第四位交換，第二位和第三位交換。

【算法分析】首先舉例n=3 456，帶領(lǐng)學(xué)生使用加密規(guī)則進行加密，逐步得到加密結(jié)果1098。然后通過加密實現(xiàn)的過程，啟發(fā)學(xué)生得出算法步驟：

（1）加密函數(shù)的形參定義為整型變量n；

（2）使用循環(huán)結(jié)構(gòu)分離出n 的各位數(shù)字，存儲在數(shù)組code 中（n 的個、十、百、千位依次存儲在code[0]、code[1]、code[2]、code[3]中），同時用每位數(shù)字加上5、再除以10的余數(shù)代替該數(shù)字；

（3）使用循環(huán)結(jié)構(gòu)將經(jīng)過加密處理的各位數(shù)字重新組合成加密后的新數(shù)字，注意計算時依次將code[0]、code[1]、code[2]和code[3]作為新數(shù)字的千、百、十、個位。

在講解算法第（2）步時，提問：怎樣把一個整數(shù)的每一位分離出來？通過學(xué)生的回答了解學(xué)生對這一問題的掌握程度，然后舉例進行詳細(xì)分析，提煉出解決問題的算法，帶領(lǐng)學(xué)生編寫函數(shù)代碼。

通過啟發(fā)式講授和互動式教學(xué)，將傳統(tǒng)“以老師為中心”的課堂轉(zhuǎn)化成“以學(xué)生為中心”的課堂，教師的作用從“主講”變成“主導(dǎo)”，學(xué)生從“被動學(xué)”變成“主動學(xué)”。

2.2 倡導(dǎo)一題多解，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神

在解決C語言中的典型問題時，倡導(dǎo)一題多解，通過比較不同算法的執(zhí)行效率，真正做到精益求精。下面結(jié)合數(shù)據(jù)排序問題來進行詳細(xì)闡述。

【問題描述】將10個整數(shù)按照從小到大的順序排序。

借鑒學(xué)過的求最小值的方法，通過舉例演示排序過程，引導(dǎo)學(xué)生逐步總結(jié)出交換排序算法。通過數(shù)據(jù)演示發(fā)現(xiàn)，在每一輪找未排序數(shù)據(jù)的最小值、放到前面的過程中，要進行多次數(shù)據(jù)交換，算法的效率比較低。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，其實每一輪比較和交換都只需確定一個最小值，無需進行多次數(shù)據(jù)交換。優(yōu)化后的算法：只要在每一輪比較中，記錄最小值所在數(shù)組下標(biāo)，跟未排序數(shù)據(jù)的第一個進行交換即可。進一步，若未排序數(shù)據(jù)的第一個就是最小值，則無需交換。這就是選擇排序算法。

然后，從理論上分析比較兩種排序算法的效率。交換排序算法的數(shù)據(jù)交換在雙重循環(huán)的內(nèi)循環(huán)中，N個數(shù)據(jù)排序，最壞情況下交換次數(shù)為(N-1)+(N-2)+…+1=N(N-1)/2；而選擇排序算法的數(shù)據(jù)交換在雙重循環(huán)的外循環(huán)中，N個數(shù)據(jù)排序，最壞情況下交換次數(shù)為N-1。兩種排序算法的效率相差很大，所以在遇到復(fù)雜問題時要多思考，不能僅僅滿足于解決問題，還要對原有算法進行優(yōu)化或者找到效率更高的算法，做到精益求精。

3 實施分組教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神和創(chuàng)新意識

在項目教學(xué)實訓(xùn)時，將班級分成若干小組，每組4人左右，分工完成各項任務(wù)。通過小組內(nèi)部合作，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神；通過各小組之間的評比，培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識和創(chuàng)新意識。下面結(jié)合大數(shù)運算項目實訓(xùn)來詳細(xì)闡述。

【項目描述】大數(shù)運算在科學(xué)計算中大量存在，例如，大數(shù)的加減乘除運算，整數(shù)求階乘等。本項目要求計算100!，并顯示其結(jié)果。

因為項目的難度較大，在布置任務(wù)時，帶領(lǐng)學(xué)生分析項目實現(xiàn)的關(guān)鍵點和解決方法。

關(guān)鍵點1：100!的計算結(jié)果如何存儲？

解決方法：可采用數(shù)組存儲，數(shù)組中每個元素表示100!結(jié)果中的一位數(shù)字。

關(guān)鍵點2：如何確定100!的結(jié)果一共有多少位數(shù)字，即數(shù)組應(yīng)該有多少個元素？

解決方法：假設(shè)10M-1<100!<10M，則不小于M的最小整數(shù)就是100!的結(jié)果中的位數(shù)，對該式兩邊取對數(shù)，有：M-1

關(guān)鍵點3：如何實現(xiàn)用數(shù)組存儲的大整數(shù)的運算？

解決方法：數(shù)組的第一個元素看作100!結(jié)果的最低位，最后一個元素看作最高位。數(shù)組初始化時，令數(shù)組第一個元素為整數(shù)1，其余為0。把數(shù)組中元素的值組成的數(shù)字看作階乘計算的結(jié)果，計算100!時就是將數(shù)組中每個元素依次乘以2、3、4、…、100的方式得到，將數(shù)組每個元素每次的乘積存回數(shù)組，若數(shù)組元素中的數(shù)值超過10，則需要進位。

在解決方法的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生進行完善、改進和創(chuàng)新，提出更好的解決方案。然后對項目任務(wù)進一步明確：項目功能分析、模塊設(shè)計、算法設(shè)計與流程圖、代碼實現(xiàn)與調(diào)試、總結(jié)報告撰寫和程序演示與匯報答辯。要求各小組自己分工，最后進行匯報答辯、驗收和評比。評比時由各小組互相點評打分，說明項目的優(yōu)缺點，引導(dǎo)學(xué)生進一步思考，創(chuàng)造良性競爭環(huán)境，鼓勵公平競爭。

4 演示算法應(yīng)用，介紹前沿技術(shù)，強化工程倫理教育

通過演示算法應(yīng)用，體會算法的實際效果，加深對算法的理解，進一步拓展教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹與算法相關(guān)的前沿技術(shù)。結(jié)合國家的產(chǎn)業(yè)布局和發(fā)展戰(zhàn)略，激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)，將來投身到國家的信息科技和產(chǎn)業(yè)中。同時，結(jié)合相關(guān)的典型事例，強化工程倫理教育。下面結(jié)合加密與解密算法的應(yīng)用來詳細(xì)闡述。

運用字符串加密算法對專家的姓名、聯(lián)系電話等信息進行加密，運用整型數(shù)據(jù)加密算法對專家的出生年份等信息進行加密。程序演示過程如下：首先，輸出專家的各項明文信息；接著，使用信息加密算法加密，輸出加密后的密文信息，通過明文信息和密文信息的對比，體會加密算法的效果；最后，使用解密算法，對密文信息進行解密得到明文信息，與原始明文信息進行對比，驗證解密算法的正確性。通過程序演示，讓學(xué)生更加形象地體會到加密算法和解密算法的效果，既鍛煉了學(xué)生的編程實踐能力，又增強了學(xué)生的個人隱私保護意識。

總結(jié)加密解密過程，指出信息加密是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，自然過渡到前沿網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)——區(qū)塊鏈技術(shù)。首先，簡要介紹區(qū)塊鏈技術(shù)的概念和特點，舉一個通俗易懂的例子，說明區(qū)塊鏈技術(shù)為什么能夠保證信息安全。然后，介紹區(qū)塊鏈技術(shù)在銀行業(yè)、供應(yīng)鏈管理、防保險欺詐、身份識別和慈善事業(yè)等多個領(lǐng)域的應(yīng)用，教育學(xué)生要運用先進的技術(shù)來提高生產(chǎn)力、服務(wù)社會、保障廣大民眾的權(quán)益和隱私不受侵犯等。最后，引入習(xí)近平總書記在中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時的講話精神，習(xí)近平總書記強調(diào)，把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新重要突破口，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，以此激勵學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識，關(guān)心信息技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，關(guān)心國家大事，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而努力奮斗。

5 總 結(jié)

教書育人是教師的天職，而課程思政教育是育人的重要手段。高校教師尤其是工科教師，要在教學(xué)過程中有意識地實施課堂思政教育，在教學(xué)時找準(zhǔn)切入點，做好教學(xué)設(shè)計，將思政教育滲透到相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，真正做到“潤物細(xì)無聲”。本文深入挖掘了“C語言程序設(shè)計”課程的思政內(nèi)涵，詳細(xì)闡述了在各教學(xué)環(huán)節(jié)中開展課程思政的過程并舉例說明。教學(xué)實踐表明，在教學(xué)中開展課程思政教育，不但沒有沖淡專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，課程思政教育和專業(yè)教育相輔相成，對同類課程乃至其他工科課程開展思政課程教學(xué)具有一定的參考價值。