郭銀章，王麗芳

（太原科技大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030024）

基于項目任務(wù)驅(qū)動的C語言程序設(shè)計課程教學(xué)改革與實踐

郭銀章，王麗芳

（太原科技大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030024）

針對高等工科院校計算機(jī)類專業(yè)C語言程序設(shè)計課程在教學(xué)過程中存在的問題，在分析該課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生能力培養(yǎng)要求的基礎(chǔ)上，提出以培養(yǎng)計算思維能力和程序設(shè)計能力為目標(biāo)的課程教學(xué)改革思路與方法。作者采用建構(gòu)主義的教育思想，將任務(wù)項目驅(qū)動的教學(xué)模式引入課堂教學(xué)和實踐教學(xué)過程中，設(shè)計一種包含“學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計與執(zhí)行、分析與求解、編程與測試、評價與總結(jié)”四階段教學(xué)模式。最后說明關(guān)于C語言程序設(shè)計課程教學(xué)的幾點思考。

C語言程序設(shè)計；任務(wù)驅(qū)動；項目驅(qū)動；計算思維；算法設(shè)計

0 引 言

C語言程序設(shè)計作為一門面向過程的程序設(shè)計語言，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生初步具有求解復(fù)雜科學(xué)問題的計算思維能力、算法設(shè)計能力、程序編程能力和測試分析能力[1]。通過該課程完善提出問題、設(shè)計算法、數(shù)據(jù)表達(dá)、編程測試以及結(jié)果分析的整個程序設(shè)計過程，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生求解復(fù)雜問題的計算思維能力、設(shè)計與選擇解決方案的能力以及用程序設(shè)計語言實現(xiàn)方案并進(jìn)行測試和評價的能力[2]。目前，在C語言程序設(shè)計教學(xué)過程中，由于很多任課教師對課程教學(xué)目標(biāo)認(rèn)識不清，而且教學(xué)內(nèi)容抽象繁雜、教學(xué)方法和手段單一，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，雖然掌握了大量的程序設(shè)計概念和語法，卻缺乏求解工程實際問題的科學(xué)思維能力、算法設(shè)計能力和編程實現(xiàn)能力。具體表現(xiàn)在以下幾個方面[3]。

（1）課程教學(xué)目標(biāo)模糊，對學(xué)生能力的要求不具體。作為計算機(jī)類專業(yè)的第一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課，很多任課教師沒有很好地理解和掌握C語言程序設(shè)計課程的教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)過程中，沒有突出學(xué)生計算思維能力的建立、算法設(shè)計思想的掌握以及程序設(shè)計方法的講授。另一方面，在學(xué)生能力培養(yǎng)的達(dá)成度方面，沒有清晰明確地指出該課程學(xué)習(xí)的能力要求。

（2）課程教學(xué)內(nèi)容繁雜，課程知識體系有待優(yōu)化和調(diào)整。在實際教學(xué)中，授課教師只是片面地按照教材的章節(jié)進(jìn)行講授，只重視程序設(shè)計語言的概念和語法細(xì)節(jié)，形成了很多孤立的知識，學(xué)生無法建立程序設(shè)計的整體概念，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難、死記硬背、眼高手低等問題產(chǎn)生。

（3）課程教學(xué)方法陳舊，教學(xué)理念和手段急需改革。當(dāng)前，C語言程序設(shè)計的教學(xué)模式普遍存在“滿堂灌”的現(xiàn)象。任課教師重視課堂教學(xué)的形式、忽略編程實踐能力的培養(yǎng)，沒有達(dá)到編程訓(xùn)練的學(xué)時要求，學(xué)生程序?qū)崿F(xiàn)能力得不到提升。

針對以上問題，筆者提出了一種基于項目任務(wù)驅(qū)動的C語言程序設(shè)計教學(xué)模式，該模式融合了當(dāng)今翻轉(zhuǎn)課堂、CDIO、慕課、微課線上線下等先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，特別適用于工程背景突出的程序設(shè)計類課程的教學(xué)。

1 C語言程序設(shè)計課程的教學(xué)目標(biāo)與知識體系

1.1 教學(xué)目標(biāo)與能力需求

C語言程序設(shè)計是一門面向過程型的程序設(shè)計課程，其培養(yǎng)目標(biāo)是通過程序設(shè)計語言的基本結(jié)構(gòu)、算法分析與設(shè)計、數(shù)據(jù)的表達(dá)與構(gòu)造、編程測試與分析等知識與方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解程序設(shè)計語言的基本構(gòu)造，掌握算法設(shè)計的基本思想和方法，掌握變量、函數(shù)、數(shù)組、指針等基本數(shù)據(jù)表達(dá)和構(gòu)造方式，掌握數(shù)據(jù)處理流程控制方法以及程序模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，具備計算機(jī)基本科學(xué)問題的分析和數(shù)據(jù)表達(dá)能力、算法描述與基本算法實現(xiàn)的能力、模塊化程序設(shè)計及調(diào)試分析能力，初步達(dá)到利用計算機(jī)求解復(fù)雜科學(xué)問題的計算思維能力。

很多高校在開設(shè)C語言程序設(shè)計的課程中，存在采用面向?qū)ο蟮腃++和C#語言進(jìn)行講授的問題，從本質(zhì)上講，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計是一個設(shè)計方法層面的問題，其最終對象體的實現(xiàn)，仍然是一個結(jié)構(gòu)化控制過程[4]。在具體的教學(xué)過程中，通過增加面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)內(nèi)容的講授，對比面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法在解決問題思維上的不同，使學(xué)生從本質(zhì)上認(rèn)識封裝、繼承、多態(tài)等基本概念和編程思想。

1.2 課程內(nèi)容與知識體系

C語言程序設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容和知識體系，按照問題抽象與描述、算法分析與設(shè)計、數(shù)據(jù)表達(dá)與構(gòu)造、程序編程與測試的教學(xué)要求，設(shè)計不同層面的知識單元和知識體。其教學(xué)內(nèi)容主要包括程序設(shè)計基礎(chǔ)、算法設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)類型基礎(chǔ)、程序控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)、數(shù)組與構(gòu)造類型、指針、文件與數(shù)據(jù)存儲、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)等。每一部分的重點和難點列子表1中[5]。

表1 C語言程序設(shè)計知識單元的重點和難點

2 基于任務(wù)驅(qū)動模式的實踐教學(xué)方法

2.1 學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計與執(zhí)行階段

首先，授課教師要分析學(xué)生的基本狀況、學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)能力，進(jìn)行知識單元教學(xué)目標(biāo)的確定。然后根據(jù)每一知識單元的核心知識點，由授課教師進(jìn)行學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計和微課制作，按照“難易適中、問題明確、求解可行、激發(fā)興趣”的原則選取任務(wù)實例，創(chuàng)建學(xué)習(xí)任務(wù)清單并進(jìn)行任務(wù)分配。同時，學(xué)生在學(xué)習(xí)任務(wù)的驅(qū)動下，通過合作交流、問題討論、難點分析、任務(wù)分解等方式，借助微課、慕課、PPT、教材等學(xué)習(xí)方式，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果由學(xué)生自己評價。若達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，則提交學(xué)習(xí)任務(wù)的總結(jié)報告。其執(zhí)行流程如圖1所示。

圖1 課前知識單元的任務(wù)設(shè)計與執(zhí)行階段

2.2 學(xué)習(xí)任務(wù)的分析與求解階段

在課堂教學(xué)過程中，教師不再講授教學(xué)內(nèi)容，而是根據(jù)學(xué)生課前學(xué)習(xí)的任務(wù)總結(jié)報告，進(jìn)行分析和講解。將共性問題和共性錯誤進(jìn)行聚焦，集中講授，并組織學(xué)生分組討論設(shè)計任務(wù)方案的修改，幫助學(xué)生建立問題求解的方法和策略，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題的分析與方案的設(shè)計。同時，對于個性化問題，單獨進(jìn)行輔導(dǎo)，最終形成一個學(xué)習(xí)任務(wù)求解的方案。其執(zhí)行流程如圖2所示。

2.3 學(xué)習(xí)任務(wù)的編程與測試階段

根據(jù)各知識單元講授的內(nèi)容，對形成的設(shè)計方案進(jìn)行分類。按照驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗和探究性實驗的不同類型，將學(xué)生自行設(shè)計的學(xué)習(xí)任務(wù)求解方案，在實驗環(huán)境下分別進(jìn)行實現(xiàn)。對于綜合性實驗，學(xué)生通過運用綜合的實驗方法和技術(shù)來進(jìn)行問題求解和編程實現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。設(shè)計性實驗是一種基于項目驅(qū)動的實踐教學(xué)方法，其目的是使學(xué)生通過選定題目、查閱資料、設(shè)計方案、擬定實驗內(nèi)容和步驟，進(jìn)行實驗研究、實驗總結(jié)和論證、實驗報告撰寫，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生獨立完成實驗的能力和解決實際問題的能力。對于探究性實驗，它是一種對學(xué)生要求更高的實驗類型，適合部分優(yōu)秀學(xué)生采取開放性實驗申請的方式，在相關(guān)教師的指導(dǎo)下完成。

2.4 學(xué)習(xí)任務(wù)的評價與總結(jié)階段

教師要對本次知識單元的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行總結(jié)與評價。評價目標(biāo)要注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的表現(xiàn)，弱化學(xué)習(xí)結(jié)果的評價。同時，在分析每個學(xué)生知識內(nèi)化程度的前提下，要給出每個學(xué)生在求解問題的計算思維能力達(dá)成度和解決工程實際問題的程序設(shè)計能力達(dá)成度方面的評價。最終給出本次學(xué)習(xí)的成績。

3 C語言程序設(shè)計課程教學(xué)的幾點思考

（1）以程序設(shè)計為主線，強(qiáng)調(diào)學(xué)生實際編程能力和計算思維能力的培養(yǎng)。通過大量的編程訓(xùn)練，達(dá)到課程教學(xué)的目的。

（2）程序設(shè)計要具有全局性，包括科學(xué)問題的抽象、算法的設(shè)計與描述、數(shù)據(jù)的表示方法、程序的編碼與測試等環(huán)節(jié)。教學(xué)過程中，要采用問題設(shè)計算法、算法帶出程序的策略，強(qiáng)調(diào)算法設(shè)計、淡化語法細(xì)節(jié)。

圖2 課中學(xué)習(xí)任務(wù)的分析與方案求解階段

（3）強(qiáng)化實驗環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)實驗和課堂講授內(nèi)容同步進(jìn)行。要通過課內(nèi)實驗、課外作業(yè)、綜合訓(xùn)練等環(huán)節(jié)，保證課堂講授與編程訓(xùn)練學(xué)時數(shù)達(dá)到1:1。加大實驗分析課的時間，壓縮語法教學(xué)時間。學(xué)生的編程訓(xùn)練，要按照“模仿、改寫、編寫”的方式，通過程序跟蹤、程序改錯、自由設(shè)計等類型的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生編程的興趣和成就感。要求學(xué)生在本課程的學(xué)習(xí)期間，完成2 000行以上的代碼編程量（基礎(chǔ)實驗40行以上、綜合實驗100行以上）。實驗報告，要求描述程序結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵算法、程序代碼及注釋、測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析、記錄問題、總結(jié)心得。

（4）課程考核。建議實驗及上機(jī)成績占60%，由平時的考勤（10%）、作業(yè)（10%）、課內(nèi)實驗（30%）、課外實驗（10%）組成；筆試成績40%，主要考核基本概念、閱讀程序、程序填空、程序改錯、算法設(shè)計等內(nèi)容。

4 結(jié) 語

從2012年起，在太原科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等4個專業(yè)進(jìn)行基于項目任務(wù)驅(qū)動的C語言程序設(shè)計教學(xué)改革實踐。按照“以問題設(shè)計算法、以算法帶出程序”的教學(xué)思想，通過設(shè)計教學(xué)任務(wù)、采用慕課微課等教學(xué)手段、按照“模仿、修改、編寫”的教學(xué)模式進(jìn)行實踐，取得了良好的教學(xué)效果。如何設(shè)計好項目任務(wù)，給定任務(wù)描述和要求，是實現(xiàn)該教學(xué)模式的關(guān)鍵。今后在教學(xué)任務(wù)模板的規(guī)范化設(shè)計、教學(xué)過程的自動監(jiān)控和質(zhì)量評價方面有待進(jìn)一步研究。

[1] 教育部高等學(xué)校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會. 高等學(xué)校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實施方案[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009: 229-232．

[2] 教育部高等學(xué)校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會．高等學(xué)校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2010: 84．

[3] 王瑛杰. 導(dǎo)學(xué)講評教學(xué)模式在計算機(jī)程序設(shè)計教學(xué)中的實踐[J]. 高教學(xué)刊, 2016(7): 148-149.

[4] 高枚, 龔沛曾, 孫麗君. 構(gòu)建多層次思維培養(yǎng)的C/C++程序設(shè)計教學(xué)[J]. 計算機(jī)教育, 2016(1): 81-83.

[5] 蔣宗禮. 計算機(jī)類專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)[J]. 中國大學(xué)教學(xué), 2011(11): 11-14.

（編輯： 史志偉 ）

1672-5913(2017)02-0041-04

G642

山西省教學(xué)研究項目（J2014073）；太原科技大學(xué)教研項目（201116，201418）資助。

郭銀章，男，教授，研究方向為協(xié)同計算與系統(tǒng)安全，guoyinzhang@263.net。