基于工程教育認證的應(yīng)用型高校計算機相關(guān)專業(yè)高級語言程序設(shè)計課程分析

唐文靜 楊洪勇 田生文 李凌云

魯東大學信息與電氣工程學院 山東煙臺 264025

所謂工程教育專業(yè)認證是指由政府指定認可的認證機構(gòu)或社會團體對高等學校工科專業(yè)開展的認證工作[1]。2015年中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會發(fā)布了最新的《工程教育認證工作指南》，要求各高校在制訂培養(yǎng)目標、設(shè)置課程內(nèi)容和改革教學方法等多方面要充分考慮專業(yè)認證的要求。在高?！陡呒壵Z言程序設(shè)計》的日常教學中，為提高教師的專業(yè)水平，有效引導(dǎo)教師積極參與教學研究，本文結(jié)合新的工程教育專業(yè)認證的通用標準—以目標為導(dǎo)向，以學生為中心，著重關(guān)注學生的學習過程和效果[2]，對該課程進行課程分析，以此展現(xiàn)教師的思維過程，顯示不同教師對課程標準、教材的理解程度以及運用教學理論的能力，使群體智慧得以發(fā)揮，從而對應(yīng)用型普通高校高級語言程序設(shè)計的教學起到積極影響。

1 課程定位與教學目標

1.1 課程定位

1.1.1 所屬專業(yè)的培養(yǎng)目標

程序設(shè)計能力、Windows應(yīng)用開發(fā)能力、Web應(yīng)用開發(fā)能力、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與開發(fā)能力、團隊協(xié)作能力以及知識綜合應(yīng)用能力等是應(yīng)用型普通高校的計算機相關(guān)專業(yè)學生應(yīng)重點掌握的職業(yè)崗位能力。而高級語言程序設(shè)計課程主要培養(yǎng)學生的程序設(shè)計能力，它對于培養(yǎng)學生掌握程序設(shè)計的基本知識和技能，培養(yǎng)從事計算機相關(guān)工作應(yīng)具備的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力和素養(yǎng)具有重要作用。

1.1.2 在課程體系中的地位

高級語言程序設(shè)計是學院計算機相關(guān)專業(yè)的學科基礎(chǔ)必修課，在計算機類本科培養(yǎng)方案的整個體系結(jié)構(gòu)中本課程處于公共平臺課程的位置，且它是相關(guān)專業(yè)學生要學習的第一門語言類課程，該門課程的學習對于進一步學習面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，Java，Windows程序設(shè)計等課程，掌握項目開發(fā)能力奠定堅實基礎(chǔ)。

1.1.3 課程特點

高級語言程序設(shè)計表達能力強，使用靈活方便，可移植性好，主要特點為：（1）不限操作平臺，具有強大的兼容性；（2）基礎(chǔ)性語言，是大多程序設(shè)計及軟件開發(fā)的前提與基礎(chǔ)；（3）運用廣泛，具備很強的數(shù)據(jù)處理能力和強大的繪圖能力；（4）功能強大，不僅計算功能、邏輯判斷功能比較強大，還可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作。高級語言程序設(shè)計既具有高級語言的特點，又具有低級語言的特點，該課程對于學生理解和掌握計算機系統(tǒng)的軟硬件知識從而有效利用甚至是開發(fā)計算機系統(tǒng)[3]具有重要作用，因此，該課程的學習能夠滿足當前課程教學的需要。

1.2 教學目標

新的專業(yè)認證通用標準要求教師和學生都要清楚專業(yè)培養(yǎng)目標，教學應(yīng)以目標為導(dǎo)向。高級語言程序設(shè)計課程的主要目標是通過編程解決實際問題。

2 學情分析與教學設(shè)計

2.1 學情分析

高級語言程序設(shè)計是在大一第一學期開設(shè)的課程，這個時期的學生特點如下：（1）他們剛上大學，有強烈的求知欲望，但缺乏遠大的學習目標；（2）他們思維比較活躍，但對專業(yè)認識還不夠，專業(yè)思想未形成；（3）剛經(jīng)歷了高中3年的學習生活，習慣于被動接受知識，缺乏正確的學習方法。

2.2 授課理念

結(jié)合應(yīng)用型普通高校學生的特點和該課程的理論和實踐教學需培養(yǎng)學生獲得的能力的要求，本課程的授課理念主要有以下幾方面。

（1）打破傳統(tǒng)的注重語法的教育模式，培養(yǎng)學生的程序設(shè)計思想。在求解問題時，首先要搞清楚已知和未知數(shù)據(jù)，然后弄明白如何由已知求解未知，這就是算法，是程序設(shè)計的靈魂，最后把算法描述為C程序。

（2）打破傳統(tǒng)的掌握概念的教育模式，注意與后繼課程的密切聯(lián)系。以后繼課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為例來看二者之間的聯(lián)系：一是C語言中指針這種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型本身就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象；二是C語言中的排序、查找可與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的排序、查找結(jié)合起來做比較分析；三是把C語言中鏈表的學習與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的單鏈表建立聯(lián)系。

（3）把軟件工程的思想融入教學。如在教學過程中加入面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法，讓學生了解軟件設(shè)計的一般方法或在編程過程中加入程序健壯性、安全性的問題[4]，如成績數(shù)據(jù)的范圍、屬性是否正確的檢查等。

2.3 教學設(shè)計

高級語言程序設(shè)計知識點多，抽象枯燥，讓初學者學習起來感到茫然，從如何提高學生的學習興趣、為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)出發(fā)，教學分三階段進行設(shè)計（如圖1所示）。

第一階段引導(dǎo)入門，在理論教學中以趣味性程序或小游戲來調(diào)動教學，在實踐教學中采用從簡單到復(fù)雜、循序漸進的方法，這一階段旨在培養(yǎng)學生的學習興趣。

第二階段夯實基礎(chǔ)，將高級語言程序設(shè)計課程的內(nèi)容分為七大模塊：C基本概念、3種基本程序設(shè)計結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體、文件，這樣將有助于學生對逐個模塊基礎(chǔ)知識的理解與掌握，從而夯實了基礎(chǔ)。

第三階段實踐提高，圍繞數(shù)組、函數(shù)、指針這一主線展開程序設(shè)計[5]以達到整合教學內(nèi)容的目的，旨在培養(yǎng)學生利用所學知識解決實際問題的能力。

圖1 高級語言程序設(shè)計課程的教學設(shè)計

3 教學內(nèi)容設(shè)計與重難點

3.1 課程內(nèi)容

高級語言程序設(shè)計課程知識點多，在課時有限的情況下，教師如何組織課程內(nèi)容，做到既能引起學生的興趣，又能讓學生把握住編程的重點，不被淹沒在大量的知識點中，這個問題很關(guān)鍵。本文以基于學生成績管理系統(tǒng)的綜合案例分解課程內(nèi)容（如圖2所示）。

圖2 基于案例分解的高級語言程序設(shè)計課程內(nèi)容

首先，從流程控制結(jié)構(gòu)入手，依次學習順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。通過簡單的語句讓學生熟悉編程環(huán)境，并讓學生通過相應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)完成菜單選擇，實現(xiàn)容錯性判斷。

其次，模塊化結(jié)構(gòu)的教學，將系統(tǒng)中要實現(xiàn)的功能進行劃分，利用函數(shù)實現(xiàn)模塊功能。將學生成績管理系統(tǒng)中的功能劃分為數(shù)據(jù)的輸入、查找、插入、刪除和輸出等，并用函數(shù)實現(xiàn)。

再次，計算機能處理的對象統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)。在學生成績管理系統(tǒng)中需要批量處理數(shù)據(jù)，因此需要用到數(shù)組。而且，學生信息包括學號、姓名、成績等不同類型的數(shù)據(jù)，于是引入了結(jié)構(gòu)體這種構(gòu)造類型。C語言中對數(shù)據(jù)的訪問形式不僅可通過變量名直接訪問，還可通過地址進行間接訪問，于是引入了指針。數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、指針進行橫向、縱向的相互組合，形成知識體系。

最后，文件為數(shù)據(jù)的長期存儲提供了棲身之地，掌握文件的讀寫也是成績管理系統(tǒng)中不可缺少的一部分。

3.2 重難點內(nèi)容

在講授C語言過程中，面對不同層次、不同基礎(chǔ)的學生，教師教學難度較難把握，不過，較好地掌握重難點內(nèi)容會使學生對C語言的運用更加得心應(yīng)手。

3.2.1 內(nèi)存結(jié)構(gòu)

這是核心中的核心，涉及C語言中多個知識點，如變量類型、作用域和存儲類別、函數(shù)的調(diào)用、內(nèi)存的操作等。結(jié)合知識點理解內(nèi)存的劃分區(qū)域包括棧、堆、靜態(tài)區(qū)域、動態(tài)區(qū)域，如多個函數(shù)之間的來回自動跳轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)是內(nèi)存堆棧區(qū)的支持等[6]，掌握對內(nèi)存的操作，即如何讀取或?qū)懭肽扯蝺?nèi)存的內(nèi)容，讓內(nèi)存里的值變成我們想要的結(jié)果。

3.2.2 指針

指針是C語言的一大難點。講解時要注意把握好由易到難的度，引導(dǎo)學生掌握好以下問題：指針的兩大屬性（指針的值就是地址編號，指針是有類型的），數(shù)組與指針的關(guān)系，函數(shù)與指針的關(guān)系等。

3.2.3 字符串處理

這是在程序中經(jīng)常遇到的問題，要注意以下幾個概念：字符變量、字符指針、字符數(shù)組、字符串，掌握字符串處理函數(shù)的方法。

3.2.4 鏈表

為解決數(shù)組連續(xù)存放的局限性，引入鏈表，這樣鏈表中每個元素就不僅有本身的值，還包括找到下一個元素的線索，這涉及結(jié)構(gòu)體的相關(guān)知識。鏈表的創(chuàng)建、插入、刪除等操作又為后續(xù)課程的學習打下基礎(chǔ)。

3.3 實驗教學

在工程教育認證的背景下，高級語言程序設(shè)計課程的實驗教學力求與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，提高學生的學習興趣。具體實驗內(nèi)容包括驗證類、設(shè)計類、綜合類3種類型，不管是實驗的難度還是學生的能力培養(yǎng)，該課程的實驗安排都是從基礎(chǔ)到提高，逐步遞進的（如圖3所示）。

圖3 高級語言程序設(shè)計課程的實驗安排

其中，驗證類實驗注重學生對C語言語法的掌握，如程序運行環(huán)境，數(shù)據(jù)類型、運算符等實驗，主要鍛煉學生的實驗操作能力；設(shè)計類實驗注重學生對算法的理解，如學生成績等級劃分、學生成績排序、二分法解方程、約瑟夫環(huán)問題等，主要鍛煉學生的計算思維和程序設(shè)計能力；綜合類實驗注重學生對所學知識的應(yīng)用，如學生成績管理系統(tǒng)、趣味游戲開發(fā)、N皇后問題等，主要鍛煉學生的邏輯思維能力、分析與解決問題的能力和團隊合作能力。

4 教學方法、手段與考核方式

4.1 教學方法與手段

結(jié)合多年的教學經(jīng)驗和課程特點，從灌輸自主學習意識、營造良性競爭意識以及培育科學研究思想等幾方面對課程的教學方法與手段進行了一系列的改革。采用的教學方法主要有以下幾種。

（1）案例導(dǎo)入：通過案例引導(dǎo)將教學內(nèi)容逐漸深入，在鞏固基礎(chǔ)知識的同時，也通過新問題的提出、思考來引入新的知識點。如在講解分支結(jié)構(gòu)時，可通過“學生成績評定的優(yōu)良中差”導(dǎo)入。

（2）對比歸納：在教學過程中通過對比不同知識點之間的差別及內(nèi)在聯(lián)系，達到對其本質(zhì)有清楚認識的目的。如教學控制結(jié)構(gòu)中分支結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過語法、用法的對比，讓學生鞏固對這兩種結(jié)構(gòu)的認識，明確它們的使用。

（3）任務(wù)驅(qū)動：通過布置精而準的課程任務(wù)，如綜合運用屏幕顯示、數(shù)組知識等設(shè)計五子棋游戲，讓學生明確所學知識的用處，在具體任務(wù)的驅(qū)動下讓學生最大限度地理解相關(guān)知識。

（4）討論式教學：根據(jù)教學內(nèi)容的重難點設(shè)計討論題目，組織學生進行討論[7]。如講授函數(shù)的參數(shù)時，讓學生討論形參和實參的區(qū)別。通過討論，學生對相應(yīng)問題的理解會更加透徹。

采用的教學手段除了常規(guī)的板書與多媒體結(jié)合把重難點內(nèi)容（如遞歸、排序）形象化地呈現(xiàn)給學生，通過網(wǎng)站互動、QQ群、課堂派等多種交流方式外，還采用以下手段促進教學，提升學生知識水平。

（1）相應(yīng)的激勵機制，營造良性競爭：每個班級的學生在學習能力上都分幾個層次，要使他們都能有效、良性地融入該課程的學習氛圍中，可在每次實驗課之后從每個層次的學生中選取1～2個進行分析總結(jié)，從實際教學效果來看，這種教學方式更能激發(fā)學生的關(guān)注度和學習熱情，課堂討論效果更好。

（2）“第二課堂”開展：在教學過程中，鼓勵學生參與學院的創(chuàng)新實驗室、教師的研究所和參加各種大賽，如藍橋杯程序設(shè)計大賽、ACM大賽等，通過“第二課堂”，不斷對學生強化“學習是為了解決實際問題”的意識，并引導(dǎo)學生進行程序分析和設(shè)計實踐。

4.2 考核方式

在工程教育認證標準的指導(dǎo)下，本課程通過課內(nèi)實驗、期末考試、課程設(shè)計等各種形式對學生的課程成績做出綜合評價，隨時關(guān)注學生的學習狀況，重視學生在團隊合作、代碼調(diào)試等方面的表現(xiàn)。

具體來說，本課程的考核從理論應(yīng)用和實驗技能兩方面來進行，其中理論應(yīng)用考核占70%，包括上課考勤、作業(yè)完成情況的平時成績和考查理論知識應(yīng)用的期末考試；實驗技能考核占30%，包括考查學生平時實驗情況的機上實驗和考查學生實踐能力的實驗考核。

5 課程建設(shè)改進措施

經(jīng)過努力，我們在教材建設(shè)、電子教案建設(shè)、多媒體課件建設(shè)、試題庫建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)等方面取得了一定的成果，該課程于2013年被評為山東省精品課程。但仍存在一些問題。

5.1 MOOC教學方式有待進一步推廣

MOOC作為一種全新的網(wǎng)絡(luò)教學模式能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中優(yōu)質(zhì)教育資源的最大化共享[8]，在高級語言程序設(shè)計的教學過程中引入MOOC，對提高教學質(zhì)量、提升學生課業(yè)參與度有積極影響。

5.2 實踐內(nèi)容與企業(yè)需求、教師科研實際結(jié)合不夠 需進一步挖掘、深化

將教師與企業(yè)的實際項目、問題作為教學素材引入到課程的實驗項目中，對應(yīng)講授知識點進行現(xiàn)場分析或演示，這樣使學生在解問題的過程中引發(fā)對知識的需求，可增強知識應(yīng)用的實效性和直觀性。

6 結(jié)語

多年的教學實踐使我們認識到高級語言程序設(shè)計這門課知識點多，晦澀難懂，但它又是學習計算機編程的基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認證對高校教學質(zhì)量和發(fā)展都提出了更高的要求。鑒于此，結(jié)合工程教育專業(yè)認證的通用標準，在高級語言程序設(shè)計課程的教學過程中不斷總結(jié)，互相學習，共同提高，進而降低學生學習的難度，培養(yǎng)學生的學習興趣。通過這種方式的交流，取長補短，取得了良好的教學效果與教學質(zhì)量。