面向新工科的 C 語(yǔ)言課程建設(shè)研究與實(shí)踐

李國(guó)和 吳衛(wèi)江 趙建輝 董丹丹

【摘要】為了培養(yǎng)新工科人才的基本素質(zhì)，開展面向新工科的C語(yǔ)言課程建設(shè)。通過教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，規(guī)范C語(yǔ)言課程教學(xué)和教研活動(dòng)，促進(jìn)教師成長(zhǎng)?；谛鹿た苾?nèi)涵，完善教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教材建設(shè)。搭建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐環(huán)境，提高學(xué)生實(shí)踐能力，減輕教師教學(xué)強(qiáng)度。通過第二課堂應(yīng)用實(shí)踐，實(shí)施因材施教。

【關(guān)鍵詞】新工科 ?計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué) ?C語(yǔ)言 ?程序設(shè)計(jì) ?實(shí)踐能力

【基金項(xiàng)目】新疆自治區(qū)普通高校教學(xué)改革項(xiàng)目（2017JG094）;教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（201801181004）;中國(guó)石油大學(xué)（北京）教學(xué)名師重點(diǎn)教改項(xiàng)目;中國(guó)石油大學(xué)（北京）優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目。

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）05-0179-02

一、引言

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》推進(jìn)高校實(shí)施“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[1-2]。2017年從“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”到“北京指南”，提出新工科理念，升級(jí)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”[3-4]。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育也應(yīng)適應(yīng)這人才培養(yǎng)要求，2010年高校推廣計(jì)算思維教育，把計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育從工具化教育到計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育，再次提升到思維教育[5-6]。計(jì)算思維涵蓋基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)操作以及數(shù)據(jù)處理。面向過程的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與此內(nèi)容緊密關(guān)聯(lián)。以C語(yǔ)言及其程序設(shè)計(jì)以及應(yīng)用教學(xué)為載體，進(jìn)行具有直觀感受的計(jì)算思維培養(yǎng)教育，具備新工科所要求的創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐能力培養(yǎng)。但C語(yǔ)言課程存在主要問題：注重詞法、語(yǔ)法、語(yǔ)義等語(yǔ)言基本知識(shí)，缺少應(yīng)用內(nèi)容。即使重視基本編程技能，也忽視問題驅(qū)動(dòng)、聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)。配套網(wǎng)絡(luò)資源相對(duì)缺乏，在線教學(xué)相對(duì)滯后，線下線上相結(jié)合的教學(xué)模式還需要探索。針對(duì)應(yīng)用開發(fā)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，缺乏因材施教，第二課堂建設(shè)與發(fā)展緩慢等[7-10]。

二、面向新工科的C語(yǔ)言課程建設(shè)研究與實(shí)踐

為了解決C語(yǔ)言課程中存在的問題，開展面向新工科的教學(xué)研究與實(shí)踐。

（一）加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，規(guī)范教學(xué)教研

教學(xué)團(tuán)隊(duì)是針對(duì)單一課程的教學(xué)實(shí)體。制定教學(xué)團(tuán)隊(duì)管理辦法，涵蓋團(tuán)隊(duì)成員管理與成長(zhǎng)、教學(xué)實(shí)施與管理、教改與教研活動(dòng)等，并嚴(yán)格執(zhí)行團(tuán)隊(duì)管理辦法中各條例。教學(xué)上，統(tǒng)一備課、教學(xué)內(nèi)容、作業(yè)實(shí)踐、考試與流水閱卷等，規(guī)范了教學(xué)與管理。教研上，定期開展圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等主題的研討活動(dòng);不定期進(jìn)行教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、校外學(xué)習(xí)體會(huì)、教改實(shí)施、教育思想理念等交流活動(dòng)。2010年C語(yǔ)言教學(xué)團(tuán)隊(duì)成立以來，在品牌課程基金和教學(xué)團(tuán)隊(duì)基金以及省部級(jí)教改基金等支持，增強(qiáng)教研活力，也鍛煉培養(yǎng)了教師隊(duì)伍，保障了教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提高。

（二）充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，重整課程系列

C語(yǔ)言是當(dāng)今流行最具代表性、面向過程的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言之一，其與問題求解過程更具有很好的契合度。 該課程以“確保基礎(chǔ)，注重聯(lián)系;增強(qiáng)應(yīng)用，提高技能”為指導(dǎo)，教學(xué)內(nèi)容包括語(yǔ)法和語(yǔ)義以及基本算法，主要涵蓋數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)、模塊化程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)有效性、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)文件處理等內(nèi)容。突顯指針類型數(shù)據(jù)的重要性，并把指針等知識(shí)難點(diǎn)分布到多個(gè)章節(jié)中增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容可理解性、技能性。通過應(yīng)用實(shí)例分析，融入C語(yǔ)言及其程序設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)，提高教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性、應(yīng)用性。該課程64學(xué)時(shí)=48學(xué)時(shí)（上課）+16學(xué)時(shí)（上機(jī)）。通過該課程學(xué)習(xí)，不僅掌握C語(yǔ)言知識(shí)及其程序設(shè)計(jì)技能，而且理解計(jì)算思維的基本內(nèi)涵。

在C語(yǔ)言課程基礎(chǔ)上，增設(shè)“C程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐”課程。該課程“面向新工科：以計(jì)算思維為指導(dǎo)，智能搜索應(yīng)用為背景，提高程序?qū)嵺`與應(yīng)用技能為目標(biāo)”設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，以人工智能中的搜索策略為應(yīng)用背景，以問題驅(qū)動(dòng)為主線，涵蓋了盲目搜索、啟發(fā)式搜索、不可回溯啟發(fā)式搜索（即局部串行搜索）、全局并行搜索、規(guī)則樹搜索等，并采用遞推和遞歸程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容具有基本性、技能性、應(yīng)用性、實(shí)用性、時(shí)代性。該課程為3周實(shí)訓(xùn)課程，通過教學(xué)實(shí)踐，達(dá)到“學(xué)以致用”的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力培養(yǎng)。

（三）重視過程考核，完善教學(xué)評(píng)價(jià)

C語(yǔ)言課程考查由期末考試（包括筆試和機(jī)試）為主改為以教學(xué)過程與期末并重的考核方式。期末考查和過程考查各占50%，其中期末考查50%=筆試35%+機(jī)試15%，而過程考查50%=考勤5%+作業(yè)15%+3～4次考試（筆試或機(jī)試）30%。鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新性，考慮到算法設(shè)計(jì)的多樣性、復(fù)雜度、可理解性等因素，對(duì)各種考查增設(shè)10%～15%附加分，但滿分限定100%。這種考查兼顧課程的基礎(chǔ)性（基本概念等知識(shí)內(nèi)容），凸顯技能性、應(yīng)用性特點(diǎn)的考查。

“C程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐”課程在教學(xué)過程是以“教師講授為輔、學(xué)生實(shí)踐為主”，占總成績(jī)50%=考勤5%+考查3～4次45%，主要觀察學(xué)生的自學(xué)和技能能力，以便調(diào)整分析和講解內(nèi)容，同時(shí)也督促實(shí)踐進(jìn)度。期末考查占總成績(jī)50%=程序演示和答辯20分鐘30%+實(shí)踐報(bào)告20%。實(shí)踐報(bào)告20%細(xì)化為①目的、意義2%;②核心方法、算法、流程10%;③運(yùn)行結(jié)果與分析2%;④源代碼及其注釋說明5%;⑤結(jié)論1%。過程考查和期末考查另有10%～20%的附加分，以鼓勵(lì)學(xué)生奇思妙想的方法和高效算法的實(shí)現(xiàn)。該課程對(duì)較大的實(shí)踐內(nèi)容，要求2個(gè)人合作完成，鍛煉團(tuán)隊(duì)研發(fā)、分工協(xié)作能力，培養(yǎng)軟件工程理念。

（四）建設(shè)特色教材，落實(shí)教學(xué)內(nèi)容

依托C語(yǔ)言教學(xué)團(tuán)隊(duì)，以“面向新工科：提升計(jì)算思維認(rèn)識(shí)，落實(shí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)”為總綱，“以程序設(shè)計(jì)為主線，以數(shù)據(jù)及其操作為核心”進(jìn)行《C語(yǔ)言及其程序設(shè)計(jì)》教材編寫。

以“消化鞏固基本知識(shí)，提高編程實(shí)踐技能”為指導(dǎo)，編寫了《C語(yǔ)言學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與實(shí)踐》，包括習(xí)題解答、例題講解、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、綜合測(cè)試四篇。兩本教材為一體，知識(shí)結(jié)構(gòu)完善，教學(xué)內(nèi)容充實(shí)，做到“確?；A(chǔ)，注重聯(lián)系;增強(qiáng)應(yīng)用，提高技能”。

“以智能搜索應(yīng)為背景，提高程序?qū)嵺`技能為目的”編寫了《基于搜索策略的問題求解——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐》，全書采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。該教材以人工智能的狀態(tài)空間和產(chǎn)生式系統(tǒng)問題求解為背景，以問題為出發(fā)點(diǎn)，問題驅(qū)動(dòng)貫穿全書，各章節(jié)依次從淺到深、從易到難遞進(jìn)介紹，并通過模塊化程序?qū)嵗鰪?qiáng)內(nèi)容的可讀性和可理解性，并具有鮮明時(shí)代應(yīng)用特征。

（五）研發(fā)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，方便教學(xué)實(shí)踐

教學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了C語(yǔ)言教學(xué)網(wǎng)站，支持部分網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。該網(wǎng)站主要有三大系統(tǒng)：教學(xué)資源平臺(tái)、遠(yuǎn)程交互程序作業(yè)平臺(tái)、教與學(xué)研討交流平臺(tái)。

（1）教學(xué)資源平臺(tái)

教學(xué)資源平臺(tái)主要是發(fā)布教學(xué)相關(guān)的各種信息，主要有教學(xué)團(tuán)隊(duì)、培養(yǎng)方案、課程章節(jié)簡(jiǎn)介、電子教案、課堂錄像、教改項(xiàng)目與成果，并提供進(jìn)入“遠(yuǎn)程交互程序作業(yè)平臺(tái)”和“教與學(xué)研討交流平臺(tái)”鏈接入口。教學(xué)資源平臺(tái)提供C課程的基本學(xué)習(xí)資料信息，方便教學(xué)相關(guān)資料查閱、下載學(xué)習(xí)。

（2）遠(yuǎn)程交互程序作業(yè)平臺(tái)

基于OJ內(nèi)核的遠(yuǎn)程交互程序作業(yè)平臺(tái)是針對(duì)程序作業(yè)的在線程序驗(yàn)證環(huán)境（即遠(yuǎn)程上機(jī)）。除了驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序的正確性外，該平臺(tái)還提供了求解精確性和執(zhí)行效率信息，方便學(xué)生通過手機(jī)或PC機(jī)提交程序作業(yè)驗(yàn)證程序及其效率，也減輕教師審閱學(xué)生程序工作量?？蓞R總學(xué)生的程序及其效率等信息，追蹤學(xué)生實(shí)踐能力。

（3）教與學(xué)研討交流平臺(tái)

教與學(xué)研討交流平臺(tái)提供課下研討、答疑網(wǎng)上環(huán)境，包括論壇、聊天、視頻、直播、筆記與評(píng)閱共享等功能。學(xué)生或老師作為發(fā)起者創(chuàng)建研討、答疑主題開展在線討論。平臺(tái)還提供各種疑難問題及其參照、解答資料的積累與共享。

通過整合教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享、程序作業(yè)實(shí)時(shí)提交運(yùn)行驗(yàn)證和研討交流，為提高教學(xué)質(zhì)量起到十分重要的輔助作用。

（六）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才

通過每年3月份全?！坝?jì)算機(jī)技能大賽（C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)）”，強(qiáng)化實(shí)踐考核內(nèi)容，檢驗(yàn)、促進(jìn)C語(yǔ)言教學(xué)，也為“藍(lán)橋杯”程序設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試等熱身，落實(shí)了第二課堂教學(xué)。通過大賽選拔實(shí)踐能力強(qiáng)、素質(zhì)全面的學(xué)生組建科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，配合團(tuán)委“大學(xué)生科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”，面向團(tuán)中央“創(chuàng)青春”“挑戰(zhàn)杯”和教育部“互聯(lián)網(wǎng)+”“全國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽”等賽事，開展應(yīng)用性項(xiàng)目研發(fā)。學(xué)生不僅融會(huì)貫通C程序設(shè)計(jì)，而且延伸對(duì)問題處理方法探究、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析與可視化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成乃至系統(tǒng)推廣應(yīng)用。從C語(yǔ)言基礎(chǔ)教學(xué)、程序技能培養(yǎng)，到工程實(shí)踐、應(yīng)用推廣提升，體現(xiàn)“學(xué)生為中心、學(xué)習(xí)為中心、能力為中心”的教學(xué)理念，突顯“教師主導(dǎo)教，學(xué)生主動(dòng)學(xué)”，最大限度開展因材施教，更加符合創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的人才培養(yǎng)，更加體現(xiàn)新工科教育核心內(nèi)涵的實(shí)現(xiàn)。

三、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

基于C語(yǔ)言優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)，取得一些教學(xué)成績(jī)，但還面臨一些挑戰(zhàn)。在教學(xué)管理權(quán)限方面，完善教學(xué)團(tuán)隊(duì)工作章程，增強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的課程管理權(quán)限，使得教學(xué)團(tuán)隊(duì)更加團(tuán)結(jié)一致。在網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)方面，進(jìn)一步基于E？鄄Learning思想，建設(shè)C語(yǔ)言視頻資源，甚至開展MOOC教學(xué)作為第一課堂的有效補(bǔ)充，減輕教師工作強(qiáng)度。在教學(xué)模式上，探索MOOC相結(jié)合、翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式，啟發(fā)、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。在教師評(píng)價(jià)方面，程序設(shè)計(jì)及其實(shí)踐類課程不僅要求掌握知識(shí)，更要掌握知識(shí)應(yīng)用的實(shí)踐能力。學(xué)習(xí)主動(dòng)性、相關(guān)基礎(chǔ)素質(zhì)對(duì)程序設(shè)計(jì)及其實(shí)踐課程教學(xué)效果影響很大，學(xué)生對(duì)教師評(píng)教影響也很大。面向新工科的創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)還任重道遠(yuǎn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

創(chuàng)新實(shí)踐能力是新工科人才的基本素質(zhì)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)踐能力是計(jì)算思維重要核心，也體現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，而面向新工科的C語(yǔ)言課程可以成為創(chuàng)新和實(shí)踐能力的載體。通過C語(yǔ)言優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，規(guī)范教學(xué)和教研活動(dòng)，有效提高教師教學(xué)水平。發(fā)揮團(tuán)隊(duì)整體力量，深刻領(lǐng)會(huì)新工科和計(jì)算思維的內(nèi)涵，充實(shí)完善課程和教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)特色教材，搭建教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，豐富教學(xué)資源和實(shí)踐環(huán)境，一定程度上開展課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的混合教學(xué)模式，有效提高教學(xué)質(zhì)量。通過第二課堂，延伸教學(xué)內(nèi)容內(nèi)涵，提高創(chuàng)新應(yīng)用能力，對(duì)課堂教學(xué)具有很好的促進(jìn)和示范作用。

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作者簡(jiǎn)介：

李國(guó)和（1965年-），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄?，?shù)據(jù)可視化等。

吳衛(wèi)江（1971年-），男，在職博士生，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)技術(shù)等。

趙建輝（1972年-），男，碩士，講師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)技術(shù)等。

董丹丹（1990年-），女，河北滄州人，碩士，實(shí)驗(yàn)員，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)技術(shù)等。