“C語言程序設計”課程建設的思考和實踐

尹寶林

摘要:本文論述了“C語言程序設計”課程建設的重點在于明確課程教學目標,改善教學內(nèi)容的設置和組織、改進練習和考試的方法等。通過這些手段,進一步提高學生的自學能力,分析問題、解決問題的能力,理論聯(lián)系實際的能力等,并促使其在程序設計的各個環(huán)節(jié)養(yǎng)成良好習慣,為深入掌握專業(yè)化程序設計打下基礎。實踐證明,以此思想指導的課程改革取得了顯著成效。

關鍵詞:C語言;程序設計;教學改革;能力培養(yǎng);計算機輔助評測

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1背景

隨著計算機技術的迅速發(fā)展和日益普及,越來越多的高校畢業(yè)生涌入計算機技術及應用產(chǎn)業(yè),特別是軟件產(chǎn)業(yè)。這些人中不僅有計算機專業(yè)的畢業(yè)生,也有些非計算機專業(yè)的畢業(yè)生。在與這些非計算機專業(yè)學生的競爭中,計算機專業(yè)的學生并未表現(xiàn)出明顯的專業(yè)優(yōu)勢。造成這一現(xiàn)象的一個重要原因就是,計算機專業(yè)學生所掌握的基礎專業(yè)知識和能力,缺乏專業(yè)性的深度和廣度,計算機專業(yè)學生所學的一些專業(yè)課程和專業(yè)基礎課程沒有為學生提供足夠的專業(yè)知識和訓練。課程改革前的C語言課程就是這樣一門在專業(yè)性方面有待加強的專業(yè)基礎課程。

程序設計是計算機專業(yè)學生的基礎課程,程序設計能力是計算機專業(yè)人員的重要專業(yè)基礎能力,C語言是目前計算機專業(yè)工作者的第一語言。隨著計算機技術和知識的普及,越來越多的非計算機專業(yè)學生也在這一層次和深度上掌握了C語言知識和運用能力。與此同時,計算機專業(yè)在C語言的教學方面依然采用原來的教學內(nèi)容和教學方法,在程序設計知識的深度和廣度以及C語言的運用方面沒有大的進展,導致計算機專業(yè)學生與非計算機專業(yè)學生之間在這方面的專業(yè)能力差距逐漸縮小甚至消失。計算機專業(yè)學生所完成的程序在程序結構、程序的可靠性、可維護性、可擴展性、程序的時空效率、以及程序的風格和可讀性等方面與非計算機專業(yè)學生的程序差別不大。

造成上述這種情況的原因,從教學方面看主要有三點:一是目前“C語言程序設計”課程的教學內(nèi)容偏窄偏淺;二是教學方法不適當;三是實驗考核手段落后。從學生學習的角度看,也存在對學習內(nèi)容和方法不適應的問題。大多數(shù)的學生從小學到中學,已經(jīng)適應了記概念、背知識點、應付書面考試的學習模式,對于靈活運用所學知識去分析解決問題,缺乏必要的訓練。當程序設計教學仍然是以程序設計語言為主、以概念為主、以書面教學為主時,就更會強化學生原有的思維模式和學習方法,把這門課程當成以概念和知識點學習為主的理論型課程,忽視了對實際能力的培養(yǎng)。

2指導思想

C語言課程是培養(yǎng)學生專業(yè)能力的重要課程,其教學效果對學生今后其他專業(yè)課程的學習以及畢業(yè)后的專業(yè)工作前景都有重要的影響。為解決C語言課程在程序設計能力培養(yǎng)方面的不足,需要根據(jù)當前學生的特點,在課程教學目標、課程指導思想、課程內(nèi)容設置和組織、練習和考試的方法及重點等方面進行調整和改革,使學生在掌握運用C語言進行程序設計的同時,在分析問題和解決問題的能力上有顯著的進步,在程序設計的各個環(huán)節(jié)養(yǎng)成良好的習慣,為后續(xù)的專業(yè)課程學習提供必要的程序設計知識和能力,為今后深入掌握專業(yè)化的程序設計能力打下良好的基礎。

對于計算機專業(yè)的學生來說,C語言課程的教學目標不僅僅是使學生了解和掌握C語言本身,而且應該使學生深入掌握程序設計的思路和方法。C語言課程應該是學習使用C語言進行程序設計的課程,而不是僅僅學習C語言本身的課程。程序設計語言與程序設計是互為表里的。程序設計的作用是表達程序設計者的思想,是按照計算機所能理解和執(zhí)行的方式描述需要讓計算機完成的工作,而程序設計語言則是表達這種思想的工具。在程序設計工作中,首先需要明確的是所要表達的思想到底是什么,也就是到底需要計算機按照什么樣的步驟來執(zhí)行計算過程,產(chǎn)生什么樣的計算結果。至于采用什么樣的語言,以及這種語言的細節(jié),則是第二位的。因此,對于沒有程序設計經(jīng)驗的學生的教學,必須把程序設計的思想和方法放在中心的位置,而把程序設計語言作為講述程序設計思想和方法的工具。

3課程的內(nèi)容和安排

為使學生通過C語言的學習掌握程序設計的能力,養(yǎng)成良好的程序設計習慣,并在分析問題和解決問題的能力上得到培養(yǎng)和鍛煉,需要在課程的教學內(nèi)容和側重點上進行必要的調整,在教學方法上進行必要的改進,在實驗和考核的手段上進行必要的革新,在教學過程的組織和安排上與其他相關課程更好地協(xié)調。

首先,需要把教學的重點從C語言本身轉移到程序設計的思路和方法、以及運用C語言進行程序設計上來,把講授語言的概念轉變?yōu)橹v授語言運用,把對概念的講授由抽象的分析和講解轉變?yōu)橥ㄟ^實例和經(jīng)驗對概念的學習。教學內(nèi)容應當圍繞程序設計的思想和方法進行組織,把C語言作為講解程序設計的工具,在講解程序設計的思想、方法和步驟的過程中,根據(jù)程序描述的需要,本著由簡到繁,由淺入深的原則,逐步講解C語言中的知識點,特別是C語言要素在程序設計中的運用。

其次,“C語言程序設計”課程是一門實踐性和應用性很強的課程,因此這門課程在教學方法上必然要不同于其他各種理論性課程。它不是以概念的學習為中心,而是以概念運用能力的培養(yǎng)為中心。對于概念和基本知識的掌握,更多地不是通過理論分析,而是通過對實例的分析和在實踐中的運用。對練習題的分析、講解、討論以及在練習現(xiàn)場的答疑都是教學中的要點。對一些復雜概念的引入和探討只有在學生具有了相當?shù)膶嵺`經(jīng)驗時進行,才能使學生真正地接受。

第三,在教學安排方面要充分考慮C語言的基礎性、應用性、專業(yè)性的特點,以及該課程與其他課程的關聯(lián)和配合。復雜的程序設計知識需要有“數(shù)據(jù)結構”等先修課程作為基礎,同時,基本的C語言知識和程序閱讀和理解能力,也是其他一些專業(yè)課程,包括“數(shù)據(jù)結構”等課程在內(nèi)的基礎。為了適應學生知識水平和學習能力的現(xiàn)狀,并考慮與其他課程的銜接和協(xié)調,我們把“C語言程序設計”課程的內(nèi)容分為兩個部分,分兩個階段講授。第一個階段主要針對沒有程序設計經(jīng)驗的初學者講授程序設計的基本方法和C語言的入門知識,第二階段主要是在第一階段的基礎上進一步提高學生的程序設計能力,培養(yǎng)學生專業(yè)化程序設計能力的基礎,以及對C語言的深入理解和把握。

第一階段課程教學的重點內(nèi)容是程序設計的基本思路、步驟和方法,以及簡單的程序設計技術和C語言的運用,目的是培養(yǎng)學生程序設計的基本能力和初步培養(yǎng)學生良好的程序設計習慣,使他們知道如何著手分析一個問題,如何把解決問題的過程分解成一個個緊密銜接的步驟,如何用C語言準確地描述這些步驟,以及當程序出現(xiàn)錯誤時如何迅速準確地發(fā)現(xiàn)問題的原因,找到解決的方法。在這一階段的教學中,在講授方法上應以例題分析和討論為主,避免從概念到概念的論述,特別注意避免過于深奧的概念的引入和討論,以免學生在未掌握程序設計基本方法和思考習慣的情況下把注意力不適當?shù)赝度雽Ω拍罾斫獾倪^分追求。對于概念和理論,應該只對必要的內(nèi)容做適當?shù)慕榻B,更多地把學生的注意力引入到對這些概念的運用中。應該更多地講授使用C語言進行程序設計的實例,通過實例講授分析問題的方法以及程序設計的基本思路、過程和步驟。對于C語言本身,主要應介紹各種基本語言要素和使用方法,介紹簡單程序的編寫、調試和運行過程和操作步驟,講授一些基本的算法、數(shù)據(jù)結構的C語言實現(xiàn)方法和特點。對于C語言的語法和語義,應盡量通過例題的示范進行概括性的介紹。對于其中的細節(jié),則應留給學生通過上機實習,自己逐步深入了解和掌握。這一階段的教學目標是使學生能閱讀和理解一些較為復雜的程序,并能在較短的時間內(nèi)獨立完成具有初等難度、長度約幾十行的程序的設計、實現(xiàn)和調試。

第二階段的教學主要集中在對程序設計能力、特別是專業(yè)程序設計能力基礎的培養(yǎng)上。在學生學習了“數(shù)據(jù)結構”及其他相關的課程之后,可以進一步引入專業(yè)化的程序設計思想,介紹專業(yè)化的程序設計應當考慮的一些問題,對比不同的解題思路實現(xiàn)的難易程度,對比不同的算法和實現(xiàn)方法在時空效率方面的優(yōu)劣,對比不同的程序設計風格對程序的可讀性、可維護性、可擴展性、可移植性等方面的影響,講授程序質量的判斷標準等。在這一階段也可以引導學生進一步深入理解C語言中的一些重要概念和C語言的特點,使學生在C語言運用的技巧方面得到鍛煉,在程序設計的水平方面得到提高。這一階段的教學內(nèi)容包括對C語言屬性、特點和重要概念的深入講解、對C語言中難點的深入分析,對程序設計思路、過程和步驟的進一步系統(tǒng)化,以及信息領域常用算法的實現(xiàn),程序和軟硬件系統(tǒng)的關系,程序的調試和測試,程序的時空效率和優(yōu)化,程序設計的風格,中型程序的結構和組織等。在掌握了這部分內(nèi)容之后,學生應該能夠獨立完成較為復雜的,長度在百行以上的程序的設計、實現(xiàn)和調試,知道如何充分測試一個程序,以保證其運行的可靠,知道如何正確地組織一個較大的程序,以保證其可維護性和可擴展性,知道如何優(yōu)化一個程序,以滿足對時空效率的要求。在這一階段的教學過程中,在教學方法上可以更多地采用啟發(fā)式的方法,可以拿出一定的時間展開課堂討論和習題分析,引導學生主動地學習。同時,在練習題方面也可以適當提供一些難題,以便為學有余力的學生提供更大的學習空間。

4練習和考試

程序設計課程是一門實踐性很強的專業(yè)技術課程。只有加強實踐環(huán)節(jié),讓學生在失敗的和成功的實踐中通過自己的經(jīng)驗積累才能切實掌握實際知識的運用能力。在課程教學的過程中不僅要重視理論教學,重視教學內(nèi)容的設置,也要重視實踐環(huán)節(jié)的設置,重視為學生提供具有及時監(jiān)控和反饋環(huán)節(jié)的實踐環(huán)境。在課程的考核環(huán)節(jié),應該以檢驗學生的實際程序設計能力為主,關鍵概念為輔。對于語言的語法細節(jié)和使用方式,則不應單獨作為考核的題目,而應該與對程序設計能力的考核有機地融和在一起,以改變學生讀書、背概念、應付考試的學習模式。

程序設計題目和源程序答案具有高度的靈活性和差異性,難以進行常規(guī)的標準化評測。受評測方式的制約,傳統(tǒng)程序設計語言的練習及考試一般以標準化的筆試題為主,偏重于考察程序設計語言的基本概念和語法細節(jié),而程序設計題目所占比重較小。這種練習及考試方式易于導致學生忽視編程實踐能力和理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)。為此,需要在練習和考試中改變傳統(tǒng)的方法,要求學生以實際程序設計為主進行練習,通過實際程序設計對學生的學習效果進行考核。這種練習和考試的方式改變了練習的目的,使練習由過去簡單地復習課堂的講授內(nèi)容改變?yōu)橛蓪W生通過實踐環(huán)節(jié)進行自學。這樣,課堂講授就可以集中對關鍵內(nèi)容上,而不必在語言本身的細節(jié)上花費過多的時間。

5技術支持手段

為采用“以實際程序設計為主進行練習,通過實際程序設計進行考核”的實踐及考試方式,需要為學生在編程實踐中提供具有及時監(jiān)控和反饋功能的實踐環(huán)境,并在課程作業(yè)方面增加程序設計題目的比例。這樣,不但可以提高練習和考試的強度,使得習題更加接近實際程序設計的要求,而且也更能檢驗教學效果和學生的實際程序設計能力。學生的答題工作全部在計算機上進行,提交的答案必須是不存在任何語法和邏輯錯誤、能解決一個完整問題的源程序。學生在學習階段必須重視實際編程能力,提高對代碼質量和編程風格的要求,養(yǎng)成良好的編程習慣。同時,這也可以改變以往基于經(jīng)驗和直觀感覺的人工閱卷方式,提高閱卷的效率,減輕教師的閱卷負擔,保證成績評定的準確和公正。而且,在C語言這樣一門具有很強實踐性的信息技術專業(yè)基礎課程的實踐環(huán)節(jié)采用基于信息技術的自動化支持手段,其本身也是對學生的一種示范和啟發(fā)。

在自動化的評測系統(tǒng)中,最重要的問題是對程序設計題目的評測方式和標準。對程序的評價既有內(nèi)在屬性的指標,如功能、性能、正確性、可靠性等,也有外在屬性的指標,如程序的結構、可讀性、風格等。根據(jù)本課程的教學要求,程序評測系統(tǒng)主要采用內(nèi)在屬性指標,學生所完成的程序必須通過編譯,產(chǎn)生可執(zhí)行代碼文件,在計算機上運行,根據(jù)題目的要求讀入輸入數(shù)據(jù),進行正確的運算,產(chǎn)生正確的輸出數(shù)據(jù),才能得分。這種方式可以檢查學生程序語法和基本功能的正確性。對程序的功能完整性和性能的評測通過設計具有不同難度的輸入數(shù)據(jù)來完成。這樣,就可以對學生的程序在問題分析、數(shù)據(jù)結構和算法的選擇、實現(xiàn)的正確性和效率等多個方面產(chǎn)生適當?shù)膮^(qū)分度。同時,為了全面提高學生專業(yè)化程序設計的能力,也可適當引入一些外在屬性的指標以及相應的評測手段,以檢驗學生程序在程序的結構、可讀性、風格等方面的水平。

根據(jù)這些原則,我們設計和實現(xiàn)了一個基于Web的程序設計語言練習及考試評測系統(tǒng),并開通了C語言課程教學網(wǎng)站。該練習及考試評測系統(tǒng)由配置工具、命題及題庫管理工具、Web應用服務器、程序題評測服務器、考試控制工具、成績統(tǒng)計工具等組成,具有很強的可配置性和可擴展性,能夠適應不同的練習和考試要求。為防范考試中可能的作弊行為,系統(tǒng)提供了實時網(wǎng)絡監(jiān)測工具和程序源文件及可執(zhí)行碼的查重功能;在一場考試中可以使用具有相同難度的多份試卷,以避免相鄰座位學生之間的交流和抄襲。練習及考試評測系統(tǒng)既支持程序設計類型的試題,又支持單選、多選、填空等標準化試題。為適應練習和考試的不同要求,對所提交的答案可以分別設置為立即評測和定時評測。這樣,在練習過程中學生就可以及時得知自己的答案是否正確,并及時改正錯誤。練習及考試評測系統(tǒng)可以自動完成對學生成績的評測和統(tǒng)計,并根據(jù)需要生成成績表。這樣,不僅可以使教師及時準確地掌握學生的成績,發(fā)現(xiàn)存在的問題,而且可以大大減輕教師的工作負擔。

6結語

“C語言程序設計”課是計算機專業(yè)學生的一門重要的專業(yè)基礎課。學生們通過這門課程的學習,應該不僅學會C語言,而且更要學會程序設計、學會分析問題和解決問題的方法,學會自學的方法,養(yǎng)成理論聯(lián)系實際、注重實踐的習慣,而這一切對于培養(yǎng)具有發(fā)展?jié)摿Φ墓た茖W生具有重要的意義。我們近幾年的課程改革正在朝著這一方向努力。經(jīng)過實踐,已經(jīng)取得了初步的成效。學生學習的積極性和主動性比以前有較大的提高,學生的實際能力比以前有較大的增強。一些后繼課程的教師反映,學生程序設計能力的提高有助于相關課程的學習和課程作業(yè)的完成。已經(jīng)畢業(yè)的學生也反映,無論是在工作崗位上還是在國內(nèi)外高校的研究生學習中,程序設計的能力都成為了他們重要的基礎能力,并增強了他們在工作和學習上取得進展的信心。同時,根據(jù)這幾年的教學經(jīng)驗,我們將教案整理成為正式的教材《C程序設計思想與方法》,于2009年由機械工業(yè)出版社出版。