面向創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的C語言程序設(shè)計實踐教學(xué)改革

吳永芬　陳衛(wèi)衛(wèi)　李志剛　李清

摘要：作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，c語言程序設(shè)計課程影響到后續(xù)多門課程的教學(xué)實施效果。由于學(xué)生的教學(xué)背景不同和個體差異，在教學(xué)過程中，我們遇到許多需要解決的問題，如學(xué)生處于不同的層次水平、工程思維訓(xùn)練不到位、理論教學(xué)如何支撐實踐教學(xué)、教師在實踐課中的角色設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)的構(gòu)建等，為此給出“粗、精、仿、練、操”的教學(xué)理念，提出以創(chuàng)新實踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)的實踐教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；實踐能力；c語言程序設(shè)計；教學(xué)改革

0 引言

創(chuàng)新能力的形成和發(fā)展以實踐活動為基礎(chǔ)，實踐能力是創(chuàng)新能力形成和發(fā)展的重要前提條件。早在“十五”期間，教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會在《高等學(xué)校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》中提出的三個輔助建議之一便是“加強(qiáng)學(xué)生實踐和動手能力的培養(yǎng)”。

為了指導(dǎo)實踐教學(xué)，文獻(xiàn)[1]解讀計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)體系與規(guī)范內(nèi)容；文獻(xiàn)進(jìn)一步構(gòu)建高校實踐教學(xué)體系，由實驗實訓(xùn)、實習(xí)、綜合設(shè)計、社會實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)5個子系統(tǒng)組成；文獻(xiàn)從工程實踐角度，分析實踐教育存在的問題以及如何在實踐教育中突出培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力；文獻(xiàn)[7—8]對國際創(chuàng)新工程教育模式進(jìn)行解讀，為中國的實踐教育提供新思路；文獻(xiàn)從某門具體課程角度，探討如何在課程中培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力和創(chuàng)新意識。

上述引用文獻(xiàn)從各個角度探討實踐的意義，討論如何通過實踐教學(xué)改革提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。要將這些理念運(yùn)用到具體的課程中，需要與學(xué)生的實際狀況、課程特點(diǎn)相結(jié)合，并在具體實施過程中突出動手能力培養(yǎng)。c語言程序設(shè)計課程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通常也是學(xué)生進(jìn)入高校接觸的第一門計算機(jī)課程，筆者針對教學(xué)過程中遇到的許多需要解決的問題，提出考慮學(xué)生水平差異性的實踐教學(xué)策略。

1 問題分析

1.1 學(xué)生特點(diǎn)分析

高等教育從“精英型”轉(zhuǎn)變到“大眾型”，同一年入學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動手能力確實有較大差別。c語言程序設(shè)計實際教學(xué)過程中，學(xué)生之間存在較大差異，大致可分為3個層次。

第1層次學(xué)生已有某門編程語言的入門基礎(chǔ)。由于教育背景的差異性，部分學(xué)生了解程序設(shè)計的基本思想，動手編寫過程序，廣泛閱讀過與信息技術(shù)相關(guān)的雜志和書籍。c語言是編程入門語言，該層次學(xué)生可以通過自學(xué)快速完成語法框架的學(xué)習(xí)，迅速進(jìn)入深入學(xué)習(xí)算法問題的階段。對于該層次學(xué)生來說，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排的實驗方案比較淺顯，學(xué)生得不到思維能力訓(xùn)練。

第2層次學(xué)生具有一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)。該層次學(xué)生能夠借助計算機(jī)中常用工具軟件、網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行信息的表示、獲取和處理，解決實際學(xué)習(xí)中遇到的問題。對于該層次學(xué)生來講，雖然沒有程序設(shè)計的基礎(chǔ)，但是興趣使得他們在學(xué)習(xí)該門課的過程中能夠做到扎實好學(xué)。

第3層次學(xué)生沒有任何信息技術(shù)基礎(chǔ)。該層次學(xué)生僅對上網(wǎng)、游戲等有所認(rèn)知，對程序設(shè)計、計算機(jī)原理等知識不感興趣，學(xué)習(xí)積極性不高，主動學(xué)習(xí)能力較弱，語法掌握不牢，實驗進(jìn)度停滯不前，需要從掌握基本知識點(diǎn)開始加以訓(xùn)練。

1.2 教學(xué)中的問題分析

與學(xué)生層次相對應(yīng)，我們在實踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生容易出現(xiàn)編程錯誤，并且出現(xiàn)錯誤無法自行調(diào)試解決或耗費(fèi)大量時間才能解決。出錯的問題可以歸結(jié)為3種。

第1種是語法錯誤問題。出現(xiàn)此類問題的學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，主觀上感覺較吃力，對語法知識點(diǎn)掌握不牢，編程風(fēng)格較差，不能根據(jù)錯誤提示判斷錯誤的內(nèi)容，不會使用調(diào)試工具。

第2種問題是語義分析問題。出現(xiàn)此類問題的學(xué)生具有一定的語法基礎(chǔ)，但是從語法層次過渡到語義功能編寫時有困難，獨(dú)立完成語義實驗?zāi)芰η芳选?/p>

第3種是算法難度問題。出現(xiàn)此類問題的學(xué)生已經(jīng)能夠獨(dú)立完成語義功能的編寫，但是獨(dú)立解決問題的能力還有所欠缺，因此我們可在語法功能題的基礎(chǔ)上，超前加入算法題，開發(fā)學(xué)生的邏輯思維。

2 解決思路

我們針對上述問題，跟蹤國內(nèi)外人才培養(yǎng)模式和實踐教學(xué)體系；針對實踐環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，以培養(yǎng)具有綜合實踐創(chuàng)新能力的人才為目標(biāo)，研究實踐教學(xué)改革方法，構(gòu)建分層次實踐教學(xué)內(nèi)容體系及規(guī)范評價方法等。

2.1 “粗、精、仿、練、操”教學(xué)理念

理論與實踐的關(guān)系一直是工程教育爭論的焦點(diǎn)，不同國家處理這一爭論的方式有所不同。在美國，教育界在實踐與理論之間如同鐘擺不斷尋找平衡；而在歐洲，雙元制的工程教育體系分別側(cè)重于工程教育的理論和實踐兩個側(cè)面。

目前，該課程的授課理念仍停留在語法灌輸以及語義問題的分析與解答層次。理論課與實踐課之間的關(guān)系不是分割獨(dú)立，而是相輔相成。理論課上學(xué)習(xí)的內(nèi)容需要在實踐課中消化、轉(zhuǎn)化及完善，實踐課需要基本語法、程序框架等理論知識的支撐。我們提出的“粗、精、仿、練、操”5步教學(xué)理念具有很強(qiáng)的可操作性，使學(xué)生既掌握基本的知識點(diǎn)，又掌握學(xué)習(xí)方法。

粗，是指粗講基本語法和程序框架，尤其對那些繁雜、比較抽象和“繞人”的內(nèi)容不能一味灌輸，而要適當(dāng)?shù)厝趸Z法，縮減單純語法所占篇幅，將大量與語法有關(guān)的基本概念滲透在“練”“操”中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)語言的應(yīng)用，同時配合上機(jī)練習(xí)，讓學(xué)生在理解中加強(qiáng)記憶，以起到事半功倍的效果。

精，就是精講教材中的示例程序，講解設(shè)計方法和技巧。大多數(shù)例題都有一定的代表性和漸近性。

仿，是在“精講”的基礎(chǔ)上多出模仿示例，讓學(xué)生動手編寫與示例內(nèi)容和結(jié)構(gòu)相近的程序，逐步“仿造”出“好”程序。

練，就是多做練習(xí)題，特別要讓學(xué)生在課外作業(yè)中獨(dú)立完成程序跟蹤和程序填空題，對鞏固語法規(guī)則和提高學(xué)生的程序思維能力大有好處。

操，即上機(jī)操作，在紙上編寫的程序是“靜止的”“死”程序，只有上機(jī)操作，才能讓程序“活”起來，從而逐步學(xué)會如何在調(diào)試過程中找出程序中的語法和邏輯錯誤。只有學(xué)會在機(jī)器上編程并調(diào)試，才算真正學(xué)會編程。endprint

在實踐課時有限的情況下，想鍛煉好學(xué)生的動手實踐能力，理論教學(xué)必須起到對實踐教學(xué)的最佳支撐作用。5步教學(xué)理念將理論課和上機(jī)課有機(jī)結(jié)合起來，擴(kuò)大了理論課的輻射范圍，理論課和實踐課的精密配合使得學(xué)生可以充分利用有限的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

2.2 實踐教學(xué)改革思路

“聽過的會忘記，看過的會記得，做過的才能理解”，理解了才能更好地應(yīng)用，才能有更多的創(chuàng)新。關(guān)注學(xué)生的行為體驗是做好實踐教學(xué)改革的重要環(huán)節(jié)。為了滿足不同層次學(xué)生的需要，我們設(shè)計4類實驗，構(gòu)建“語法題一基礎(chǔ)題一設(shè)計題一綜合題”的遞進(jìn)式實踐內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的自信心和求知欲，在“理論一實踐一再理論一再實踐”的反復(fù)過程中，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高，深受學(xué)生歡迎。

1）實踐分層次進(jìn)行，體現(xiàn)因材施教。

我們按照學(xué)生的不同層次將實驗內(nèi)容設(shè)置分成語法題、基礎(chǔ)題、設(shè)計題、綜合題4部分。其中，語法實驗題將基本語法知識劃分成多個小問題，專門為基礎(chǔ)較差、平常上機(jī)經(jīng)常犯語法錯誤的學(xué)生準(zhǔn)備。語法知識的訓(xùn)練可穿插在每章的基礎(chǔ)題之前，然后再進(jìn)行基礎(chǔ)題的實驗。對于第3層次學(xué)生，基礎(chǔ)較薄弱，必須從語法題做起，然后才能做基礎(chǔ)題，學(xué)有余力的部分學(xué)生還可以做設(shè)計題。對于第2層次學(xué)生，基礎(chǔ)扎實的學(xué)生可以直接從基礎(chǔ)題做起，而思維比較活躍但經(jīng)常出現(xiàn)編程語法錯誤的學(xué)生，則與第3層次學(xué)生一樣，必須從語法題做起。對于第1層次學(xué)生，不必循序漸進(jìn)做實驗，可直接從設(shè)計題做起。各層次學(xué)生對應(yīng)的實驗內(nèi)容設(shè)置如圖1所示。

2）實驗分小組完成，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力。

實踐有多種內(nèi)涵，CDIO工程模式要培養(yǎng)的是全面發(fā)展的工程師，既熟悉技術(shù)，又懂營銷，具有與人溝通和團(tuán)隊合作的能力，但這只是一種理念，并未說怎么做和怎么實現(xiàn)。為了培養(yǎng)學(xué)生的溝通和團(tuán)隊合作能力，我們可以將學(xué)生分組，讓學(xué)生之間配合完成實驗。

隨著進(jìn)度的加深，到后期做到算法題時，我們可以安排學(xué)生4人一組組隊做實驗。小組成員分工明確，第1步討論需求分析，提出要實現(xiàn)的功能；第2步對功能進(jìn)行模塊劃分，每名成員實現(xiàn)部分模塊，最后有專人將模塊合并并調(diào)試，另有專人寫文檔。在實施的過程中，學(xué)生需要及時對出現(xiàn)的問題進(jìn)行交流討論，尋找解決的方法。算法題可由學(xué)生自己選擇，也可由教師出題，重要的是學(xué)生能夠根據(jù)這些題目內(nèi)容進(jìn)行探索。一方面，小組成員通過交流協(xié)作，積極尋找問題的解決方案，類似于企業(yè)中項目的組織實施過程，培養(yǎng)學(xué)生的溝通協(xié)作能力；另一方面，算法題的解決思路由學(xué)生自己探索，從中尋找學(xué)習(xí)的樂趣，激發(fā)潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新和自主學(xué)習(xí)能力。算法題實驗分組如圖2所示。

3）實踐內(nèi)容放人工程或生活背景中，體現(xiàn)學(xué)以致用。

創(chuàng)新與掌握知識的多寡并不一定呈正相關(guān)，但與工程實踐能力的強(qiáng)弱一定呈正相關(guān)。對有條件的學(xué)校和學(xué)有余力的學(xué)生，應(yīng)鼓勵參與各種形式的課外實踐和創(chuàng)新性題目的研究。融入工程和生活背景的實踐內(nèi)容，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并讓學(xué)生學(xué)以致用。例如，網(wǎng)上流行的計算機(jī)作詞通過將全宋詞本進(jìn)行詞頻排序后，隨機(jī)抽取詞語組合成一首宋詞，意境優(yōu)美，學(xué)生完成后非常有成就感；對于貪食蛇、打字母游戲等，學(xué)生都興趣盎然，當(dāng)然這需要教師予以一定的指導(dǎo)，因為有些內(nèi)容是學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過的。另外，將藍(lán)橋杯等程序大賽中算法設(shè)計思想體現(xiàn)優(yōu)化策略的題目整合到實驗中，并引入少量算法結(jié)構(gòu)題，如鏈表等結(jié)構(gòu)的使用，體現(xiàn)算法的優(yōu)化效果。算法題大體可以分為3種題目：實用趣味題、優(yōu)化策略題（如貪心策略、動態(tài)規(guī)劃、回溯法）、程序設(shè)計競賽題。

通過引進(jìn)不同類型的題目，訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維、自主學(xué)習(xí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力。學(xué)生做完這些題目后，還可以在理論課堂上講解演示，以提高其他學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生間的互動。

4）完善評價機(jī)制。

主動實踐是大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的關(guān)鍵。完善的實踐評價機(jī)制體現(xiàn)公平、公正性，有助于督促和激勵學(xué)生，激發(fā)學(xué)生主動實踐的潛能。為了制訂有效的實踐評價機(jī)制，我們設(shè)置語法題、基礎(chǔ)題、設(shè)計題、綜合題、組員打分5類分?jǐn)?shù)，每類100分，這5類分?jǐn)?shù)分別乘上權(quán)值后求和得到最后的總分。評價機(jī)制中每類分?jǐn)?shù)的比例設(shè)置如圖4所示。這里的綜合題相當(dāng)于附加題，大部分學(xué)生并不一定能夠完成，因此加權(quán)分?jǐn)?shù)較少，但教師應(yīng)鼓勵學(xué)生完成此部分題目，充分挖掘每個學(xué)生的潛能。

3 實驗效果

近幾年來，通過對C語言程序課程進(jìn)行實踐教學(xué)改革，我們?nèi)〉昧肆己玫慕虒W(xué)效果。從圖5所示的指揮信息系統(tǒng)學(xué)院二級c語言通過率可以看出，在2010—2012年，通過率從50.6%逐步上升到92%。另外，在2012年5月參加籃橋杯決賽的7人中，2名學(xué)生獲全國二等獎，4名學(xué)生獲全國三等獎，1名學(xué)生獲全國優(yōu)秀獎。另外，先后有150多名學(xué)生在國際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、計算機(jī)仿真大賽、中科院“中科杯”軟件大賽、ACM/ICPC大賽以及校內(nèi)的“卓越杯”比賽、本科生科技訓(xùn)練計劃（SRT）項目中獲獎。

4 結(jié)語

實踐是實現(xiàn)創(chuàng)新最重要的源泉，是知識到能力、聰明到智慧轉(zhuǎn)化的催化劑。在實踐教學(xué)過程中，關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、探索實踐教學(xué)體系建設(shè)是一個長期的過程，仍有許多問題值得研究，如整個課程在學(xué)習(xí)鏈中與后續(xù)課程的銜接問題等。下一步我們將繼續(xù)挖掘?qū)嵺`教學(xué)中的問題，提出更多、更有效的解決方案。

（編輯：宋文婷）endprint