基于實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的C語言課程教學改革

李德川　方振國　梁霞

【摘要】在現(xiàn)代工程教育背景下，要求加強培養(yǎng)知行合一的高素質(zhì)專門人才。文中以C語言軟件設(shè)計教學為研究對象，通過對C語言教學現(xiàn)狀的分析，提出用階梯型目標對實驗對象進行分級設(shè)計，解決學生參與度低、編程不積極和實驗無效果的現(xiàn)象。在實驗設(shè)計中，結(jié)合生活實際，利用學生思維活躍特點，充分發(fā)揮學生的個性特長，把知識的傳授貫穿在程序設(shè)計中，將普及性教育與探究式教育相融合，探索提升實踐創(chuàng)新能力的教學新模式。

【關(guān)鍵詞】C語言? 探究? 新工科

【基金項目】安徽省“六卓越、一拔尖”卓越人才培養(yǎng)創(chuàng)新項目（2019zyrc056）;淮北師范大學教學研究項目（JY19003， JY19037）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）08-0054-03

新工科是在建立國際競爭的新優(yōu)勢、加快我國經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級的迫切需求下提出的，建立適應國家戰(zhàn)略發(fā)展的新型工程教育[1]。要站在國家戰(zhàn)略層次上審視產(chǎn)業(yè)和未來的需求，以服務和引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展為己任，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才[2]。在教書育人的實踐中，要以立德樹人為根本，遵循工程教育的發(fā)展規(guī)律，從實踐出發(fā)，把教學內(nèi)容與社會需求結(jié)合起來，堅持以學生為導向，尊重學生的個性發(fā)展，培養(yǎng)理論能力與工程能力交叉融合的創(chuàng)新型工程人才[1，3]。新工科背景下的人才培養(yǎng)要求我們從專業(yè)建設(shè)出發(fā)，緊密結(jié)合實踐[4]，培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新水平高和綜合素質(zhì)過硬的優(yōu)秀畢業(yè)生[5]。在此背景下，我們從電子信息系的C語言程序設(shè)計的教學出發(fā)，探討實驗教學的新模式。C語言程序設(shè)計又稱為高級語言程序設(shè)計，是大學生必修的一門基礎(chǔ)課程[6]。學習程序設(shè)計既可以了解計算機的工作原理，也可以用來培養(yǎng)學生分析、總結(jié)和處理問題的能力。對于同一個問題，在C語言編程中可以有多種處理方法，程序的多重性可以極大地活躍學生的創(chuàng)造性思維。C語言實驗作為應用的一個實踐環(huán)節(jié)，在課程教學中占據(jù)非常重要的地位，如何在實驗中保質(zhì)保量地讓每一位學生都能個性發(fā)展、最大限度地發(fā)揮所長，而不是完成基礎(chǔ)訓練，是目前實驗教學中急需解決的一個問題。目前，實驗教學項目的類型大部分以“驗證”“設(shè)計”“綜合”為主，學生配有實驗指導書，學生課前預習和編寫程序，上機來驗證，然后，教師根據(jù)實驗報告上學生驗證的情況給以評判。對于學習能力強的學生，上機驗證這個過程很快完成，挑戰(zhàn)性不高，導致學習興趣下降;而對于基礎(chǔ)稍差的同學，通過整節(jié)課的學習和調(diào)試也能完成。在實驗報告上，基礎(chǔ)好的同學和基礎(chǔ)差的同學調(diào)試內(nèi)容幾乎沒有什么區(qū)別，在得分上也很接近，沒有區(qū)分度。本文從C語言實驗教學的設(shè)計出發(fā)，把實驗設(shè)計為含有基礎(chǔ)應用和高級應用兩個層次，把驗證、設(shè)計和綜合等環(huán)節(jié)融入到實驗設(shè)計中去，以此來探討實驗教學的改革模式，實現(xiàn)對教學對象的全覆蓋，并能夠?qū)W生個體進行差異化培養(yǎng)。

本文以“點菜系統(tǒng)”的設(shè)計為例，把選擇結(jié)構(gòu)作為必須掌握的基礎(chǔ)知識，把循環(huán)結(jié)構(gòu)作為提高部分，實現(xiàn)實驗教學的層次設(shè)計。

1.基礎(chǔ)知識的理解和應用

在教學中，基礎(chǔ)知識為學生必須掌握的部分，要求全部學生能夠了解和運用。在基礎(chǔ)應用這個層次，學生只要能夠正確運用選擇結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，實現(xiàn)點菜，即可認為達到了實驗目的。

在課程的具體實施中，可以把該部分分為以下幾個環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)知識的掌握情況、程序設(shè)計的討論階段和程序的實施。

1.1基礎(chǔ)知識的理解

在基礎(chǔ)知識的掌握環(huán)節(jié)，可以通過學生主動回答，其他同學補充，教師總結(jié)的形式來鞏固基礎(chǔ)知識。通過問答，學生可掌握選擇結(jié)構(gòu)的類型和使用條件。如選擇的兩種語句：if（）和switch（）語句;

if語句為兩分支語句，含有3種形式：

第一種形式：無else部分

if（表達式）? ?語句;

第二種形式：標準格式

if（表達式）? 語句1;

else? ?語句2;

第三種形式：嵌套

if（表達式1）? 語句1;

else if（表達式2）? 語句2;

…

else if（表達式n）? 語句n;

else 語句n+1;

switch語句為多分支語句：

switch（表達式）

{case 常量1：語句1;

case 常量1：語句1;

…

case 常量n：語句n;

default： 語句n+1;? ?}

在學生了解語句格式時，提醒學生語句使用的語法規(guī)則，如在if語句中，表達式的類型可以為關(guān)系、邏輯、數(shù)值等不同形式。但在switch語句中，表達式的類型必須為整型或字符型。這一部分大約用時5分鐘。

1.2程序結(jié)構(gòu)設(shè)計的多樣性

在程序設(shè)計的討論環(huán)節(jié)，引導學生用不同的語句實現(xiàn)選擇功能，放飛學生的思維定式。比如用if語句怎么實現(xiàn)？用if-else if-else語句怎么實現(xiàn)？用switch語句怎么實現(xiàn)？在討論后，總結(jié)用哪個語句寫程序更簡潔，更美觀。而在程序的具體語句形式上不指定格式，充分給予學生自主選擇權(quán)。而在分支語句的表達式上，既可以用數(shù)字，也可用字符來代替某菜名，示例如下：

用整型變量n代表選擇的某菜名。

if（n==1）? ?printf（"番茄雞蛋＼n"）;

if（n==2）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用if—else if—else表示

if（n==1）? ?printf（"番茄雞蛋＼n"）;

else if（n==2）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用switch表示

switch（n）

{ case 1： printf（"番茄雞蛋＼n"）;break;

case 2： printf（"酸辣土豆絲＼n"）;break;

…

}

若用字符ch代表選擇的某菜名。

if（ch== 'a'）? ?printf（"番茄雞蛋＼n"）;

if（ch== 'b'）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用if—else if—else表示

if（ch== 'a'）? ? ? printf（"番茄雞蛋＼n"）;

else if（ch== 'b'）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用switch表示

switch（ch）

{ case? 'a'： printf（"番茄雞蛋＼n"）; break;

case? 'b'： printf（"酸辣土豆絲＼n"）; break;

…

}

經(jīng)過上述的討論，學生在程序的多樣性上有了一個直觀的認識，對選擇結(jié)構(gòu)又多了一分認識。這一部分大約用時10～15分鐘。

1.3程序的設(shè)計與指導

在程序的實施環(huán)節(jié)，學生選擇1～2種形式來完成剩下的部分，讓學生體會程序的編輯-執(zhí)行過程。同時，隨機將學生運行的結(jié)果展示在大屏幕上，提高學生的參與感和自豪感，增強學習動力。

在本環(huán)節(jié)完成后，教授分支語句的任務已經(jīng)圓滿完成，在這一環(huán)節(jié)中，參加實驗的每一位學生都可以實現(xiàn)預期結(jié)果，實驗目的已經(jīng)達到，保證了人人參與，人人會用，實現(xiàn)了大眾教育。

對于學習能力強、計算機操作熟練的學生，如何抓住他們的興趣點，讓他們有所收獲，是我們在教學中需要考慮的個性化培養(yǎng)的問題。

2.程序的高級運用

在上述用分支語句實現(xiàn)點菜的過程中，每次運行只能得到一個菜名，功能性有一定的局限性。我們可以對該程序進行難度升級，例如點菜時，實現(xiàn)想點幾道菜就點幾道菜，想結(jié)束點菜就結(jié)束點菜。在這一部分的訓練中，用問題的難度升級進行精英化教育。

2.1項目任務的分解

要解決上述問題，首先，如何實現(xiàn)任意多次點菜？其次，如何在不想點菜的時候，結(jié)束程序？把這兩個問題分解出來拋給學生，引發(fā)學生的思考，引導學生認識循環(huán)語句、循序結(jié)束的條件，以及循環(huán)內(nèi)部的循環(huán)方向。經(jīng)過討論，可以得知循環(huán)既可以用for語句，也可以用while語句;循環(huán)結(jié)束的語句可以用特定字符來判斷;是否循環(huán)可以在循環(huán)內(nèi)部設(shè)置接收新字符的函數(shù)。

2.2關(guān)鍵語句

循環(huán)語句的選用，例如用當選擇特定字符Q時，退出點菜，則該表達式為ch！= 'Q';用while語句嵌套分支語句，表示為while（ch！= 'Q'）。此時，還有一點一定要學生體會的是，循環(huán)體內(nèi)的循環(huán)執(zhí)行方向，ch=getchar（）; 若該條語句缺失，程序?qū)⒃鯓舆\行？如何修正？引導學生積極思考，掌握C程序的運行邏輯，提高學生分析問題、解決問題的能力。

2.3示例演示

點菜系統(tǒng)的實現(xiàn)有很多種方法，我們以其中一種switch為例，演示點菜系統(tǒng)的全過程，用程序運行結(jié)果與學生編程進行相互驗證。

#include <stdio.h>

void main（）

{ char ch;

ch=getchar（）;

while（ ch！= 'Q'）

{switch（ch）

{? ?case 'a'： printf（"番茄雞蛋＼n"）;break;

case 'b'： printf（"酸辣土豆絲＼n"）;break;

case 'c'： printf（"紅燒排骨＼n"）;break;

default： printf（"請選擇其他可口菜肴?。躰"）; putchar（'＼a'）;}

}

ch=getchar（）;

}

printf（"thanks?。躰"）; }

從參考程序上來看，程序非常簡單，但是若少了一些關(guān)鍵點，程序很難正確執(zhí)行，例如我們?nèi)コh(huán)執(zhí)行方向的語句：ch=getchar（），則結(jié)果是無限循環(huán)，始終顯示第一個分支，即第一道菜“番茄雞蛋”;若含有ch=getchar（）;語句，則運行結(jié)果完全正常，循環(huán)方向隨著輸入的變化而不斷變化。通過以上述兩種結(jié)果的對比，提醒學生在程序體嵌套的過程中要時刻注意程序的走向，通過對程序的預分析，提高自己的應用水平。

2.4程序的輸出優(yōu)化

這一部分以課外作業(yè)的形式留給學生，讓學生有充分的鍛煉和選擇的機會。如在選擇前，分行顯示所有菜名及其對應的字符編號，菜名是否用分割符分開等等，提高學生改進程序的熱情。

3.結(jié)論

本文以C語言的上機實驗為研究對象，對實驗的內(nèi)容和實施方式進行分級量化，在基礎(chǔ)知識掌握環(huán)節(jié)，面向全員，實現(xiàn)基礎(chǔ)知識教育的全覆蓋，實現(xiàn)大眾化教育;在知識進階環(huán)節(jié)，面向?qū)W習和動手能力強的同學，重點提高，充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，實現(xiàn)精英化教育。在實驗教學活動中，始終堅持以學生的發(fā)展為中心的教育理念，把學生個性化的認知融入到教學活動中，把教學實踐與社會需求結(jié)合起來，培養(yǎng)學生終身學習的能力，以實際行動探索新工科背景下的人才培養(yǎng)模式。在該模式下，通過對實驗教學的實施，我們發(fā)現(xiàn)學生對基礎(chǔ)知識理解得更深入，學生更愿意動手設(shè)計自己的個性化程序，教學效果明顯提升。在今后的教學中，將進一步考慮把生活實例與C語言編程結(jié)合起來，探討新的實驗教學模式，以滿足新形勢下的實驗教學需求。

參考文獻：

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[2]林健.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]顧菊平，堵俊，華亮.新工科視域下綜合性大學電氣類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的路徑選擇[J].中國大學教學，2018（1）：56-60.

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[6]譚浩強.C語言程序設(shè)計[M].北京：清華大學出版社， 2013.

作者簡介：

李德川（1985年-），男，安徽懷遠人，副教授，博士，研究方向：電子技術(shù)。