面向新工科的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式改革實(shí)踐與研究

于剛 賈志娟

摘要：在新工科的背景下，高?！癈語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的重要性越來(lái)越高，然而傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練之間的矛盾。為了解決這個(gè)問(wèn)題，分別從學(xué)生和教師的角度進(jìn)行分析，在教學(xué)改革上通過(guò)多種模式，結(jié)合案例探究C語(yǔ)言教學(xué)的新思路和新方法，旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力水平。

關(guān)鍵詞：新工科；C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；教學(xué)模式改革；案例探究

引言

世界范圍內(nèi)新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，以及席卷全球的新經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對(duì)工科教育的改革和發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，新工科建設(shè)的提出正是對(duì)這一挑戰(zhàn)做出的積極回應(yīng)[1]。新工科發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)，標(biāo)志著高等教育向更加注重學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)變。在此背景下，“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要性不言而喻。傳統(tǒng)的C語(yǔ)言教學(xué)存在重視語(yǔ)法教學(xué)但計(jì)算思維和編程能力培養(yǎng)不到位、實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏完善的步驟和量化指標(biāo)、考核方式單一、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作業(yè)敷衍了事、抄襲等一些問(wèn)題[2]。這些問(wèn)題導(dǎo)致學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)興趣不高，只是掌握了語(yǔ)法，實(shí)踐能力卻很弱。因此，我們迫切需要尋求新的教學(xué)模式以適應(yīng)新工科的要求，理論與實(shí)踐并重，提升“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”等課程的教學(xué)質(zhì)量。新的教學(xué)模式應(yīng)滿足新工科人才培養(yǎng)的需求，適應(yīng)新時(shí)代教學(xué)目標(biāo)的要求。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文提出了基于新工科人才能力培養(yǎng)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)創(chuàng)新應(yīng)用型教學(xué)模式，并進(jìn)行了創(chuàng)新型教學(xué)改革的嘗試。

1. 存在的問(wèn)題

“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”注重向?qū)W生傳授實(shí)踐技能和計(jì)算機(jī)思維，是嚴(yán)重依賴于動(dòng)手實(shí)踐的課程，其中蘊(yùn)含了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想的精髓，對(duì)于其他編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)具有指導(dǎo)性意義。在探索新的教學(xué)模式以適應(yīng)新工科課程體系的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)際問(wèn)題：教師在課堂上講解理論知識(shí)的時(shí)間較長(zhǎng)，給學(xué)生的實(shí)踐訓(xùn)練時(shí)間不足，而學(xué)生在課下又往往缺乏自主訓(xùn)練的動(dòng)力，從而無(wú)法達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

1.1 學(xué)生角度

（1）學(xué)生的編程基礎(chǔ)與技術(shù)能力呈現(xiàn)出明顯的層次性差異。這個(gè)問(wèn)題主要源于中學(xué)階段編程教育的不足和差異化。在中學(xué)階段，編程教育往往只是作為選修課或者附加課程，而且很多學(xué)校缺乏合適的教材和教師資源。因此，學(xué)生在編程基礎(chǔ)和動(dòng)手能力方面存在較大差異。

（2）普遍存在自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)力的不足。中學(xué)階段的學(xué)習(xí)模式往往以被動(dòng)接受為主，學(xué)生習(xí)慣了老師的講解和傳授。因此，當(dāng)他們進(jìn)入大學(xué)階段，需要進(jìn)行更多的自主學(xué)習(xí)時(shí)，會(huì)感到困難和不適應(yīng)。

（3）學(xué)習(xí)目標(biāo)缺乏明確性，學(xué)習(xí)興趣缺失。學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和目標(biāo)可能不夠明確。如果學(xué)生沒有清晰地認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的重要性和應(yīng)用價(jià)值，他們可能難以建立起對(duì)該課程的興趣和學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（4）對(duì)實(shí)踐課程存在較為明顯的畏懼情緒。中學(xué)階段的教育往往過(guò)于注重知識(shí)的傳授而忽視了動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入大學(xué)階段，面對(duì)實(shí)踐型的課程，他們可能會(huì)出現(xiàn)畏難情緒和對(duì)考試結(jié)果的擔(dān)憂。

1.2 教師角度

（1）傳統(tǒng)教育觀念仍然在一定程度上影響著教育過(guò)程。盡管教育改革已經(jīng)在多個(gè)層面進(jìn)行，但傳統(tǒng)的教育理念特別是知識(shí)傳授的教學(xué)模式仍然在很大程度上塑造了教育活動(dòng)的形態(tài)，這使得教師在教學(xué)中過(guò)于強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的傳授，而忽視了學(xué)生的實(shí)踐能力和問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。

（2）教師的專業(yè)發(fā)展受到其自身經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)資源的制約。許多教師可能由于經(jīng)驗(yàn)的不足或者教學(xué)資源的限制，無(wú)法充分發(fā)揮教學(xué)能力，這在一定程度上影響了教學(xué)活動(dòng)的效果。

（3）教育評(píng)價(jià)體系的壓力可能影響教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)行。在當(dāng)前的教育環(huán)境下，對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)的高度關(guān)注可能導(dǎo)致過(guò)度重視測(cè)試成績(jī)，從而限制了教學(xué)活動(dòng)的多元化發(fā)展。

（4）教育活動(dòng)缺乏多樣化的教學(xué)方法和策略。在很多情況下，教學(xué)活動(dòng)可能過(guò)于依賴單一的教學(xué)方法，如講授法或者研討法，缺乏對(duì)多樣化教學(xué)方法和策略的有效利用，難以滿足不同學(xué)生的需求和學(xué)習(xí)風(fēng)格。

2. 教學(xué)改革

2.1 混合式教學(xué)

混合式教學(xué)[3]是將面授和在線學(xué)習(xí)相結(jié)合的一種學(xué)習(xí)模式，旨在有效地教授知識(shí)，將被動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變?；旌鲜浇虒W(xué)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和應(yīng)用，讓學(xué)生接觸到真實(shí)的問(wèn)題和編程挑戰(zhàn)。通過(guò)解決這些問(wèn)題，學(xué)生能夠培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維，提高他們?cè)诿鎸?duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)的分析和解決能力。以C語(yǔ)言中的循環(huán)結(jié)構(gòu)教學(xué)單元為例，可以構(gòu)建一個(gè)基于混合式教學(xué)的教學(xué)案例。

（1）預(yù)習(xí)資料：教師在課前提供一份在線的預(yù)習(xí)資料，介紹循環(huán)結(jié)構(gòu)的概念和用法。預(yù)習(xí)資料中可以包括一些示例代碼和練習(xí)題，供學(xué)生進(jìn)行自測(cè)和鞏固。

（2）在線討論和合作學(xué)習(xí)：在課堂上，教師引入一個(gè)在線討論平臺(tái)，讓學(xué)生在平臺(tái)上提出關(guān)于循環(huán)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題、分享經(jīng)驗(yàn)和解決問(wèn)題。學(xué)生可以在平臺(tái)上互相討論和解答問(wèn)題，從而加深對(duì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的理解和應(yīng)用。

（3）實(shí)踐項(xiàng)目和案例研究：教師設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，要求學(xué)生利用循環(huán)結(jié)構(gòu)編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，例如打印九九乘法表。教師可以提供一些案例和指導(dǎo)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力進(jìn)行編碼和調(diào)試。

（4）在線測(cè)驗(yàn)和評(píng)估：在課程結(jié)束前，教師可以利用在線測(cè)驗(yàn)工具對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次小測(cè)驗(yàn)，測(cè)試他們對(duì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的掌握程度。學(xué)生可以通過(guò)在線測(cè)驗(yàn)及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)情況，并得到教師的反饋和指導(dǎo)。

通過(guò)這樣的混合式教學(xué)，學(xué)生可以在課前通過(guò)預(yù)習(xí)資料了解循環(huán)結(jié)構(gòu)的概念和語(yǔ)法規(guī)則，課堂上通過(guò)在線討論平臺(tái)進(jìn)行交流和合作，實(shí)踐項(xiàng)目可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和問(wèn)題解決能力，而在線測(cè)驗(yàn)和評(píng)估可以幫助學(xué)生了解自己對(duì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的掌握情況。這樣的教學(xué)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，提高他們對(duì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的理解和應(yīng)用能力。

2.2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是一種主張自主探索，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力的多學(xué)科交融的新興教學(xué)模式[4]，通過(guò)讓學(xué)生參與實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施過(guò)程，來(lái)促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)和能力提升。在項(xiàng)目中，學(xué)生需要面對(duì)實(shí)際問(wèn)題和挑戰(zhàn)，并通過(guò)分析、思考和實(shí)踐來(lái)解決問(wèn)題，提高實(shí)踐能力和問(wèn)題解決能力。以C語(yǔ)言的函數(shù)和指針教學(xué)單元為例，構(gòu)建一個(gè)基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的教學(xué)案例，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)。

（1）項(xiàng)目目標(biāo)：設(shè)計(jì)一個(gè)C語(yǔ)言程序，實(shí)現(xiàn)學(xué)生成績(jī)的錄入、查詢和排序功能。

（2）項(xiàng)目要求：學(xué)生信息的錄入，保存到一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組中。學(xué)生成績(jī)的查詢，輸出查詢結(jié)果。學(xué)生成績(jī)的排序，輸出排序結(jié)果。

（3）項(xiàng)目步驟：進(jìn)行團(tuán)隊(duì)組建和角色分工，學(xué)生分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)項(xiàng)目。小組內(nèi)部可以設(shè)幾個(gè)不同的角色，如項(xiàng)目經(jīng)理、程序員和測(cè)試員等。在項(xiàng)目計(jì)劃和進(jìn)度安排方面，小組成員可以共同制定項(xiàng)目計(jì)劃和進(jìn)度安排，明確每個(gè)成員的任務(wù)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

（4）項(xiàng)目展示和評(píng)估：在項(xiàng)目完成后，學(xué)生可以進(jìn)行項(xiàng)目展示，向全班展示成果和解決方案。教師和其他學(xué)生可以提出問(wèn)題和建議，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估和反饋。

通過(guò)這個(gè)案例，學(xué)生可以通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和開發(fā)，鞏固和應(yīng)用他們對(duì)函數(shù)和指針的理解和掌握。他們可以通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作和實(shí)踐，提高問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新精神。同時(shí)，通過(guò)項(xiàng)目展示和評(píng)估，學(xué)生可以得到及時(shí)的反饋和指導(dǎo)，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效果和能力水平。通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，學(xué)生的實(shí)踐能力能夠大幅度提升。

2.3 以研促教，教研相長(zhǎng)

教學(xué)和科研是高校的兩大基本職能，兩者相互關(guān)聯(lián)，相互促進(jìn)[5]。教學(xué)是科研的前提和基礎(chǔ)，科研是教學(xué)的發(fā)展與延伸。建立科研與教學(xué)的互動(dòng)機(jī)制，鼓勵(lì)教師開展科學(xué)研究項(xiàng)目并將科研成果應(yīng)用于教學(xué)中，提升教學(xué)質(zhì)量和水平，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)效果。

以教師開展國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的傳染病朔源研究》研究為例，通過(guò)案例來(lái)展示如何在C語(yǔ)言教學(xué)中進(jìn)行以研促教、教研相長(zhǎng)。教師可以將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)基礎(chǔ)算法概念引入C語(yǔ)言中的具體知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中的圖論、網(wǎng)絡(luò)分析等概念和方法，可以與C語(yǔ)言中的鏈表、樹等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)案例，要求學(xué)生使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于鏈表的圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)算法來(lái)分析和處理這個(gè)圖。

在教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)講解和討論，將自己的科研項(xiàng)目中的理論和方法與C語(yǔ)言教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。教師可以向?qū)W生介紹自己的科研項(xiàng)目，講解研究中遇到的問(wèn)題和解決方法，并且與學(xué)生共同探討如何將這些方法應(yīng)用于C語(yǔ)言教學(xué)中。通過(guò)與學(xué)生的互動(dòng)和交流，教師可以進(jìn)一步驗(yàn)證和改進(jìn)科研項(xiàng)目中的理論和方法，并且可以從學(xué)生的反饋中獲得新的啟發(fā)和思路，促進(jìn)科研項(xiàng)目的進(jìn)一步發(fā)展。學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目，并在教師指導(dǎo)下進(jìn)行科研探索。

2.4 以賽促教、以賽促學(xué)

在“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程中，結(jié)合鄭州師范學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院搭建的OJ（online judge）訓(xùn)練平臺(tái)（http：//acm.hi-54.com/）和ACM ICPC競(jìng)賽模式在C語(yǔ)言課程中進(jìn)行教學(xué)，高效地提升學(xué)生編程能力。OJ平臺(tái)上提供了大量的編程題目，涵蓋了各種難度和類型，為學(xué)生提供了豐富的編程訓(xùn)練資源。通過(guò)ACM ICPC競(jìng)賽模式的訓(xùn)練，學(xué)生需要在限定時(shí)間內(nèi)解決一組問(wèn)題，這對(duì)他們的編程能力和快速解決問(wèn)題的能力提出了高要求，從而有效提升他們的編程水平，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。在OJ平臺(tái)和ACM ICPC競(jìng)賽中，學(xué)生需要解決的往往是實(shí)際問(wèn)題的抽象和簡(jiǎn)化，這需要他們具備良好的邏輯思維能力和解決問(wèn)題的能力。這種模式鼓勵(lì)學(xué)生思考如何使用計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜問(wèn)題，而不僅僅是編寫代碼。通過(guò)實(shí)際編程和參與比賽，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力將得到鍛煉和提升，有助于他們更好地理解和應(yīng)用理論知識(shí)。以賽促教、以賽促學(xué)，使學(xué)習(xí)變得更加有趣和挑戰(zhàn)性，真正提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。通過(guò)改革后的教學(xué)模式，學(xué)生在各大比賽中屢次取得顯著的成績(jī)。

2.5 挖掘思政元素，激發(fā)內(nèi)在動(dòng)力

作為思維跳躍范圍廣、掌握新知能力強(qiáng)，但社會(huì)經(jīng)驗(yàn)不足的青年群體，大學(xué)生普遍在理想信念等精神層面相對(duì)欠缺[6]，填補(bǔ)這些精神層面的空白，不能僅依賴外在推動(dòng)，而必須依賴學(xué)生自身的內(nèi)在動(dòng)力。在“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程中引入思政元素有助于引領(lǐng)大學(xué)生樹立崇高理想信念和正確價(jià)值觀念。教師在教學(xué)時(shí)不僅需要耐心細(xì)致地傳授專業(yè)知識(shí)，還要通過(guò)課程的思政元素使學(xué)生懂得做人做事的道理，在春風(fēng)化雨潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲中培育學(xué)生樹立和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)、鮮明的政治取向，促使學(xué)生成長(zhǎng)成才，起到教學(xué)育人的職責(zé)。例如，在講授函數(shù)的概念時(shí)，可以將其與社會(huì)責(zé)任和分工合作的理念相結(jié)合。我們可以解釋，每個(gè)函數(shù)都有其特定的任務(wù)，就如同社會(huì)中的每一個(gè)人都有其特定的責(zé)任。一個(gè)程序中的函數(shù)需要協(xié)同工作以完成整個(gè)程序的功能，這正如在社會(huì)中，我們需要分工合作，才能實(shí)現(xiàn)更大的目標(biāo)。在“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)中，融入這些思政元素，既可以幫助學(xué)生更好地理解編程概念，也可以引導(dǎo)他們思考社會(huì)責(zé)任和道德倫理的重要性，以此培養(yǎng)他們的道德觀念和社會(huì)責(zé)任感。

結(jié)語(yǔ)

在新工科的背景下，程序設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開發(fā)能力成為計(jì)算機(jī)類專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具備的基本且重要的能力，同時(shí)也是學(xué)生創(chuàng)新能力的基石。作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，對(duì)學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、計(jì)算思維的建立、學(xué)習(xí)習(xí)慣的形成以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和創(chuàng)新能力的提升都具有深遠(yuǎn)影響。需要強(qiáng)調(diào)的是，教學(xué)改革是一項(xiàng)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)工程，需要教師持續(xù)嘗試、實(shí)踐，并根據(jù)實(shí)際需求以及學(xué)生的反饋進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化。我們期望在將來(lái)的教學(xué)活動(dòng)中，這一模式能夠得到持續(xù)改進(jìn)，為新工科背景下的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)提供更好的支持，更有效地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和提升綜合素養(yǎng)。

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作者簡(jiǎn)介：于剛，碩士研究生，助教，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；通信作者：賈志娟，碩士研究生，教授，研究方向：信息安全，計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（編號(hào)：2021SJGLX579）；鄭州師范學(xué)院本科教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：JXGGZD-001211570）。