新工科背景下“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革探索

摘要：“C語言程序設(shè)計(jì)”是高校工科類學(xué)生與計(jì)算機(jī)世界接觸的一門基礎(chǔ)課程，是其他高級編程語言的奠基石。為更好地培育新工科所需的集創(chuàng)新、實(shí)踐及合作于一體的高素質(zhì)復(fù)合型人才，本文針對“C語言程序設(shè)計(jì)”課程存在的問題進(jìn)行分析探討，探索本課程教學(xué)改革的可能性，旨在培育學(xué)生積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)精神，幫助學(xué)生建立新思維，提升學(xué)生探索性學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：新工科；“C語言程序設(shè)計(jì)”課程；教學(xué)改革

一、引言

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，以新興技術(shù)為驅(qū)動(dòng)的新興產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)模式大量涌現(xiàn)，社會(huì)對于復(fù)合型人才的需求逐漸增長，對應(yīng)用型本科工科教育的人才輸出提出了更高的要求，而高校教學(xué)模式的改革也成為人才培養(yǎng)和知識深度探索的有力途徑。2016年，《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》提出以“工程教育新理念”“學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)”“人才培養(yǎng)新模式”“教育教學(xué)新質(zhì)量”為主要內(nèi)容的指導(dǎo)思想，為推進(jìn)新工科建設(shè)，深化工程教育改革提供理論指導(dǎo)[1]。2019年，文獻(xiàn)[2]提出了新工科背景下人才培養(yǎng)的“新模式”，從素質(zhì)培養(yǎng)、重視訓(xùn)練、密切聯(lián)系實(shí)際產(chǎn)業(yè)和提高實(shí)踐能力等方面切入，為教育改革提供了新思路。20世紀(jì)80年代，從美國興起的“以學(xué)生為中心”的本科教學(xué)改革運(yùn)動(dòng)成為本科教育改革的范本[3]。其中，工程教育CDIO教育理念以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作模式融入本科教育教學(xué)，結(jié)合“以學(xué)生為中心”，以“學(xué)生產(chǎn)出”為導(dǎo)向，對創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)有著重要指導(dǎo)意義。CDIO教育理念教育實(shí)踐，是通過課程教學(xué)與課程實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，讓學(xué)生積極主動(dòng)融入實(shí)踐，和課程建立有機(jī)聯(lián)系，真正將課程知識應(yīng)用于工程場景。本文以CDIO教育理念為指導(dǎo)思想，以培育卓越人才為目標(biāo)，針對“C語言程序設(shè)計(jì)”課程理論和實(shí)際相結(jié)合特性，分析現(xiàn)有“C語言程序設(shè)計(jì)”課程存在的問題，探討應(yīng)用型課程改革思路。

二、“C語言程序設(shè)計(jì)”課程現(xiàn)狀

“C語言程序設(shè)計(jì)”是學(xué)院為計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子信息、電氣類工科專業(yè)學(xué)生開設(shè)的公共基礎(chǔ)課，也是一門重要的必修課。該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)、開發(fā)與測試能力，應(yīng)用計(jì)算機(jī)思維方法分析和解決問題的能力，以及團(tuán)隊(duì)合作精神，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和進(jìn)一步獲得程序設(shè)計(jì)相關(guān)知識奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（一）教學(xué)內(nèi)容安排

本課程共96個(gè)學(xué)時(shí)，由理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)組成。目前，理論學(xué)時(shí)占比和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)相當(dāng)。目前的教學(xué)內(nèi)容主要分初級階段、中級階段和高級階段。初級階段主要介紹編程概念，C語言基礎(chǔ)語法，數(shù)組和字符串與模塊化、過程化編程等基礎(chǔ)知識。中級階段涵蓋指針的基本概念和內(nèi)存管理，其中，內(nèi)存管理包括動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配和釋放。同時(shí)，中級階段包含結(jié)構(gòu)體的基本概念和文件的讀寫、關(guān)閉，文本文件和二進(jìn)制文件的區(qū)別。高級階段涉及多線程和并發(fā)編程，同時(shí)會(huì)涉及一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，最后將其融入開放式項(xiàng)目實(shí)踐中。本課程是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的綜合性課程，需要在各階段教學(xué)中合理平衡理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的比重?？紤]到學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)差異以及基礎(chǔ)知識儲備差異的情況，如果理論教學(xué)過多，基礎(chǔ)知識較差的學(xué)生很難消化相關(guān)重難點(diǎn)，而學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生就頗為輕松，但是缺少挑戰(zhàn)的機(jī)會(huì)，限制了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。若按照平等切分的方式教學(xué)初級到高級階段知識，在學(xué)生能力和基礎(chǔ)存在個(gè)體差異的情況下，學(xué)生差距會(huì)進(jìn)一步拉大，不利于學(xué)生的整體進(jìn)步。因此，初級到高級階段的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該各有側(cè)重點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生過程化學(xué)習(xí)原則衡量制定。

按照教學(xué)大綱進(jìn)度，前半個(gè)學(xué)期在理論教室上課，后半個(gè)學(xué)期在機(jī)房實(shí)驗(yàn)教室上課，理論和實(shí)踐脫節(jié)較長時(shí)間，教學(xué)效果不佳。學(xué)生不能完全熟練掌握在常規(guī)編程軟件DEV-C++、Visual Studio中進(jìn)行程序編寫和編譯的操作，且通常程序預(yù)期輸出結(jié)果往往和實(shí)際輸出結(jié)果有所偏頗，學(xué)生在理論內(nèi)容上的困惑不能得到及時(shí)解決，課堂效率降低。

（二）注重課堂講授法

課堂講授法是一種單方面的教學(xué)方法，授課教師通過簡明、生動(dòng)的口頭語言向?qū)W生傳授知識、發(fā)展學(xué)生智力。它是通過敘述、描繪、解釋及推論等形式來傳遞信息、傳授知識、闡明概念、論證定律和公式，引導(dǎo)學(xué)生分析和認(rèn)識問題。但由于“C語言程序設(shè)計(jì)”是一門實(shí)操性很強(qiáng)的課程，同時(shí)，加上C語言知識點(diǎn)繁雜且抽象，過度采用講授法，不一定能幫助學(xué)生更好地理解程序的功能和邏輯。如若知識點(diǎn)晦澀難懂，課堂講授法的教學(xué)效果會(huì)大打折扣，容易導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，出現(xiàn)“一刀切”的現(xiàn)象。課堂講授法模式下，教師和學(xué)生之間的互動(dòng)性不強(qiáng)，教師也會(huì)習(xí)慣性過度依賴教材，照本宣科。久而久之，教師和學(xué)生缺乏課程有機(jī)聯(lián)系，課后交流也會(huì)相對減少，教師容易忽略學(xué)生的多樣性，學(xué)生容易感覺被邊緣化。學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性不高，獨(dú)立思考的能力得不到提升，同時(shí)看待問題的角度也很局限，不利于新工科人才的培養(yǎng)。

（三）考核與成績評定方式結(jié)構(gòu)失衡

目前，“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的考核與成績評定比例為，課堂占比8%，平時(shí)作業(yè)和在線測試占比12%，上機(jī)實(shí)驗(yàn)占比20%，期末紙質(zhì)化考試占比60%。考核與成績評定方式中，期末紙質(zhì)化考試權(quán)重很高。期末試卷注重基礎(chǔ)知識考核，會(huì)將學(xué)生的學(xué)習(xí)導(dǎo)向基礎(chǔ)知識的硬性記憶，考后就忘，不能將所學(xué)知識真正應(yīng)用到實(shí)際場景中，解決實(shí)際問題。同時(shí)，這種失衡的考評方式不能全面精準(zhǔn)反映學(xué)生的綜合能力，忽略了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不利于學(xué)生實(shí)踐能力提升。

三、“C語言程序設(shè)計(jì)”教學(xué)改革

“C語言程序設(shè)計(jì)”課程屬于應(yīng)用型課程范疇，注重基礎(chǔ)知識的夯實(shí)，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)思維去分析和解決問題?！癈語言程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)目標(biāo)是，針對實(shí)際的問題，學(xué)生能熟練運(yùn)用邏輯思維和數(shù)學(xué)等工具分析，采用自上而下的結(jié)構(gòu)化程序分析方法，給出邏輯正確的、低復(fù)雜度的、可讀性強(qiáng)的C語言程序，與此同時(shí)，幫助學(xué)生形成做事有章法、百折不撓的工匠精神。傳統(tǒng)C語言教學(xué)注重語法基礎(chǔ)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏量化指標(biāo)，同時(shí)考核方式單一等問題[4]。下面，筆者就“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、教學(xué)評價(jià)提出改革意見。

（一）教學(xué)目標(biāo)改革

在學(xué)生具備扎實(shí)理論知識基礎(chǔ)的條件下，應(yīng)用實(shí)踐型課程教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)踐能力，讓學(xué)生養(yǎng)成從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、自主解決問題的習(xí)慣，從而螺旋式上升夯實(shí)C語言基礎(chǔ)，為后續(xù)學(xué)習(xí)高階編程語言進(jìn)行鋪墊。教師應(yīng)該以學(xué)生為中心，把課內(nèi)理論教學(xué)與課外實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，把教師教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合。在專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)方面，加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)的融合，并以產(chǎn)業(yè)人才需求指導(dǎo)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。基于此，教學(xué)目標(biāo)也應(yīng)調(diào)整為：通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠準(zhǔn)確、牢固掌握C語言相關(guān)的基本語法和基礎(chǔ)知識，包括但不限于C語言常量、變量、控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、共用體、函數(shù)、指針以及文件的操作等模塊的內(nèi)容；學(xué)生能夠根據(jù)給定的完整代碼或代碼片段，準(zhǔn)確理解所給代碼的功能，理解代碼的執(zhí)行邏輯，并能正確推斷代碼的運(yùn)行結(jié)果；學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)代碼中語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤的能力；掌握面向過程的基本概念和基本算法，能熟練將基礎(chǔ)知識應(yīng)用于程序閱讀、編寫程序等領(lǐng)域，亦即能夠利用理論知識解決實(shí)際問題。在實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算機(jī)分析能力。

（二）教學(xué)方式改革

教學(xué)方式改革應(yīng)以“學(xué)生產(chǎn)出”為導(dǎo)向，建立多元化實(shí)踐創(chuàng)新平臺，將培養(yǎng)目標(biāo)反向設(shè)計(jì)并浸入到不同教學(xué)環(huán)節(jié)[5]，力爭培養(yǎng)新工科所需的高素質(zhì)人才。

首先是課堂教學(xué)，在“C語言程序設(shè)計(jì)”課程中，需要改變滿堂灌的教學(xué)方式，鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)，巧用翻轉(zhuǎn)課堂，才能因材施教。同時(shí)，重構(gòu)C語言課程體系和教學(xué)內(nèi)容，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行基于問題的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)，以達(dá)到強(qiáng)化其工程創(chuàng)新、工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐能力的目的。除了課堂講授法，討論教學(xué)法、自主學(xué)習(xí)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[6]都能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。討論教學(xué)法中，學(xué)生以小組為單位，根據(jù)教師提出的問題或提供的教學(xué)資料，在教師的組織和引導(dǎo)下，積極參與課堂討論，從而實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)。討論教學(xué)法有助于增強(qiáng)學(xué)生思維的靈活性，提高課堂的教學(xué)效率。自主學(xué)習(xí)法能夠拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。在自主學(xué)習(xí)法模式下，教師通常會(huì)給學(xué)生留思考題或?qū)嶋H生產(chǎn)問題，讓學(xué)生通過利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)的方式尋找答案，提出解決問題的措施，然后進(jìn)行討論評價(jià)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)法能夠讓學(xué)生帶著目的性開展學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。實(shí)例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式下，教師可將陳述性知識、程序性知識、策略性知識三者相結(jié)合，通過案例開展課堂教學(xué)，使學(xué)生能夠?qū)⒖菰锏幕A(chǔ)知識融會(huì)貫通，并巧妙應(yīng)用于實(shí)際問題的解決中[7]。其次是課后自主學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)給學(xué)生提供了大量學(xué)習(xí)資源。超星學(xué)習(xí)通作為一款自主學(xué)習(xí)軟件，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教師可以提前發(fā)布教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)計(jì)劃，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，同時(shí)，教師在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程中起到輔導(dǎo)和監(jiān)督作用。學(xué)生可以根據(jù)自己的進(jìn)度安排完成學(xué)習(xí)計(jì)劃，而不是被動(dòng)接受教師的輸入知識。最后是指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)科創(chuàng)新活動(dòng)。開展學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)、競賽均是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效方法。通過項(xiàng)目化教學(xué)、引導(dǎo)式學(xué)習(xí)，制定實(shí)際場景模擬考試等方式，讓學(xué)生在模擬的實(shí)際環(huán)境中完成編程任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力和解決問題的能力。這種方式可以檢驗(yàn)學(xué)生對實(shí)際工作中的問題的應(yīng)對能力，促進(jìn)學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際技能。

同時(shí)，這種方式也能讓學(xué)生在實(shí)踐中，根據(jù)編程軟件的報(bào)錯(cuò)提示準(zhǔn)確地定位錯(cuò)誤并改正錯(cuò)誤，確保源程序能夠正確編譯并得到正確的結(jié)果，讓學(xué)生在改Bug的過程中培養(yǎng)挑戰(zhàn)自我、反思自我、提升自我的意識和勇氣。除了以上的教學(xué)方式改革外，學(xué)校還可與企業(yè)合作開展專業(yè)教學(xué)。根據(jù)學(xué)校與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)工程技術(shù)人才的相關(guān)制度、計(jì)劃以及保障措施的精神，引入“C語言程序設(shè)計(jì)”課程，建立行業(yè)指導(dǎo)、校企合作的協(xié)同育人機(jī)制[8]。

（三）教學(xué)評價(jià)改革

教學(xué)考核制度需要圍繞學(xué)生過程化學(xué)習(xí)成果展開，而不是以一張占比權(quán)重很高的紙質(zhì)化試卷來判定學(xué)習(xí)質(zhì)量。教學(xué)評價(jià)方法不再局限于平時(shí)作業(yè)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)和期末書面考試，而是倡導(dǎo)引入更為多元化、更具實(shí)踐性的評價(jià)方法，如將實(shí)驗(yàn)上機(jī)部分進(jìn)行深入拓展，創(chuàng)設(shè)實(shí)際場景，安排團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目，針對項(xiàng)目完成過程及結(jié)果進(jìn)行考核評價(jià)。教師可將項(xiàng)目設(shè)計(jì)與評價(jià)劃分為不同的階段，每個(gè)階段都設(shè)定明確的目標(biāo)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并幫助學(xué)生持續(xù)改進(jìn)。例如，第一階段可以是項(xiàng)目需求分析，第二階段是初步編碼，第三階段是測試改進(jìn)，最后階段是項(xiàng)目的完整實(shí)現(xiàn)和演示。中間穿插引入代碼審查環(huán)節(jié)，讓學(xué)生以提高代碼的可讀性和可維護(hù)性為目標(biāo)，相互評估和改進(jìn)彼此的代碼，以培養(yǎng)學(xué)生對代碼質(zhì)量的敏感性， 除了實(shí)操性項(xiàng)目，實(shí)際問題解決報(bào)告也是考查學(xué)生分析和解決問題能力的方式，其不僅能夠考查學(xué)生的編程技能，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通技能。引入這些多元化的評價(jià)方法，教師可以更全面地考查學(xué)生在知識應(yīng)用、實(shí)際問題解決和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面的能力，從而更好地反映他們在C語言學(xué)習(xí)過程中的真實(shí)水平。

引入多元化評價(jià)方法后，量化考查學(xué)生基礎(chǔ)知識的期末測試的權(quán)重會(huì)相對降低，更能展現(xiàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)，更全面地考查學(xué)生學(xué)習(xí)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的成果。但是，不得不提到一個(gè)多元化考查的弊端，即引入項(xiàng)目化場景、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、提交解決問題的PPT方案均是團(tuán)隊(duì)參與。以小組協(xié)作的方式提交一份報(bào)告容易造成學(xué)生依賴他人、濫竽充數(shù)的僥幸心理。因此，教師在引入開放式項(xiàng)目設(shè)計(jì)考查學(xué)生時(shí)，要關(guān)注每個(gè)學(xué)生的動(dòng)態(tài)及其在團(tuán)隊(duì)里的作用、成果輸出，關(guān)注每個(gè)學(xué)生的情感發(fā)展、任務(wù)進(jìn)展，才能更全面、真實(shí)地衡量學(xué)生的實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)合作、自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力，給出客觀、公正的評價(jià)。

四、結(jié)束語

本文借鑒CDIO教育理念，圍繞“以學(xué)生為中心”，主張以“學(xué)生產(chǎn)出”為導(dǎo)向，探索“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革。從教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方式和教學(xué)評價(jià)機(jī)制方面分析目前課程現(xiàn)狀，結(jié)合教師、學(xué)生和課程方面的實(shí)際情況，提出教學(xué)改革的可行性方案，倡導(dǎo)教學(xué)方式多途徑、多樣化，教學(xué)評價(jià)多元化，全方位考查學(xué)生綜合素質(zhì)，為新工科輸送高質(zhì)量人才。

作者單位：姜鋒 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院

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