李敏杰

（北京建筑大學(xué)電信學(xué)院，北京100044）

C 程序設(shè)計(jì)中案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的研究

李敏杰

（北京建筑大學(xué)電信學(xué)院，北京100044）

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法以案例統(tǒng)領(lǐng)知識(shí)，在C程序設(shè)計(jì)中按照綜合性、趣味性、貼近實(shí)際需求的原則設(shè)計(jì)教學(xué)案例，體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，具有先進(jìn)性和可操作性，可以有效地提高教學(xué)效果。

0 引言

《C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是我校機(jī)械工程、車輛工程、工業(yè)工程、材料工程、測繪、建筑環(huán)境與設(shè)備、給排水等專業(yè)學(xué)生的一門公共必修課，課程以C語言為背景，向?qū)W生介紹結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法。如何提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，是《C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程面臨的一個(gè)重要問題。

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法以案例為基本素材，將學(xué)習(xí)者引入一個(gè)特定的真實(shí)情境中，促進(jìn)學(xué)習(xí)者充分理解問題的復(fù)雜性、變化性、多樣性[1-2]。

在C語言程序設(shè)計(jì)課程中引入案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，按照提出問題-分析問題-解決問題的思路開展教學(xué)，充分體現(xiàn)了"以任務(wù)為主線、以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體"的教學(xué)特征，在實(shí)踐中具有先進(jìn)性和可操作性，是一種有益的探索和嘗試。

1 教學(xué)案例的設(shè)計(jì)原則

案例教學(xué)的基本特征是情境性、互動(dòng)性、實(shí)踐性。在案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中，教學(xué)案例的遴選是教學(xué)法的關(guān)鍵。案例應(yīng)該突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，有助于提高學(xué)生的能動(dòng)性和創(chuàng)造性。因此，案例的選擇應(yīng)該遵循以下四個(gè)原則：

（1）知識(shí)性和趣味性相結(jié)合；

（2）貼近實(shí)際應(yīng)用；

（3）以點(diǎn)帶面，循序漸進(jìn)；

（4）注重學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

1.1 知識(shí)性和趣味性相結(jié)合

“興趣是最好的老師”。一個(gè)良好的案例，一定要能引起學(xué)生的興趣和求知欲，使學(xué)生在教師的啟發(fā)指導(dǎo)下把學(xué)科內(nèi)容內(nèi)化為自己的知識(shí)習(xí)得，并靈活運(yùn)用于實(shí)踐。為此，在順序結(jié)構(gòu)中，筆者引入分糖果程序、綠化帶寬度程序、電話號(hào)碼升位程序；在選擇結(jié)構(gòu)中，引入空氣質(zhì)量播報(bào)程序、階梯水價(jià)程序；在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，引入堆煤球程序、猜商品價(jià)格程序；在數(shù)組中，引入大獎(jiǎng)賽評(píng)分程序等。詳見表1。

通過上述案例，可以創(chuàng)設(shè)知識(shí)性與趣味性相結(jié)合的學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)生明確教學(xué)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的主體性和自我建構(gòu)知識(shí)的能力，引起學(xué)生進(jìn)一步探索和關(guān)注。

1.2 貼近實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)案例

C程序設(shè)計(jì)課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在教學(xué)過程中要貫徹“學(xué)以致用”的原則，從實(shí)際應(yīng)用中提煉問題，避免紙上談兵。

案例可以是學(xué)生實(shí)際生活中用到的程序，如：出租車計(jì)價(jià)器程序、信用卡號(hào)驗(yàn)證程序、錯(cuò)誤票據(jù)號(hào)碼程序、候選人得票統(tǒng)計(jì)程序、通訊錄管理程序等。也可以是企業(yè)的實(shí)際開發(fā)項(xiàng)目或高校教師的科研課題中用到的小程序。

表1 部分案例列表

通過貼近生活的案例，學(xué)生可以從自己的親身經(jīng)歷出發(fā)，更好地理解和體會(huì)程序的實(shí)用性，培養(yǎng)用程序設(shè)計(jì)思想解決實(shí)際問題的能力。此外，通過貼近實(shí)際應(yīng)用的案例，學(xué)生還可以熟悉各類實(shí)際問題到計(jì)算機(jī)能夠求解的問題的轉(zhuǎn)化和建模過程，使學(xué)生有的放矢地掌握知識(shí)點(diǎn)，了解程序開發(fā)的實(shí)際框架結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念。

1.3 以點(diǎn)帶面，循序漸進(jìn)

“C語言程序基礎(chǔ)”針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)大一學(xué)生開設(shè)，知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容龐雜，編寫的代碼既要符合語法規(guī)則，又要符合算法邏輯，這都對(duì)初學(xué)者提出新的要求和挑戰(zhàn)。在案例設(shè)計(jì)中，以點(diǎn)帶面，循序漸進(jìn)，可以有效地分解難度，達(dá)到事半功倍、舉一反三的效果。

以switch多分支語句為例，首先引入如下案例：

例1：

上述程序是一個(gè)典型的switch多分支語句，功能是從鍵盤輸入月份，輸出該月有多少天。通過該程序介紹switch語句的語法規(guī)則后，接下來可以引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：

（1）該程序只考慮了平年的情況，如果是閏年，該如何修改程序？

（2）從鍵盤輸入一個(gè)日期，如何判斷該日期是這一年的第幾天？

（3）從鍵盤輸入你的生日和當(dāng)前日期，如何判斷你已經(jīng)在這個(gè)世界上生活了多少天？

實(shí)踐表明：通過由易到難、循序漸進(jìn)，以案例統(tǒng)領(lǐng)知識(shí)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生由知識(shí)、能力到素養(yǎng)的提升。

1.4 注重計(jì)算思維能力的培養(yǎng)

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[3]。計(jì)算思維能力是21世紀(jì)中葉每個(gè)人都應(yīng)擁有的基本能力。高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的重要課程，遞歸是函數(shù)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要概念。在程序設(shè)計(jì)課程中加強(qiáng)學(xué)生對(duì)遞歸、并行等概念的理解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

以遞歸函數(shù)為例，以往講到遞歸，典型的例子是計(jì)算一個(gè)數(shù)的階乘和漢諾塔問題。在教學(xué)過程中，可以利用遞歸函數(shù)的減治思想，引入以下案例：

例2：從鍵盤輸入一個(gè)整數(shù)，判斷該數(shù)是幾位數(shù)？

程序充分利用減治思想，寥寥幾行代碼，就實(shí)現(xiàn)了程序的基本功能，體現(xiàn)了計(jì)算思維抽象和自動(dòng)化的特點(diǎn)。此程序的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步引申出例3和例4：

例3：求1個(gè)整數(shù)從右往左數(shù)第k位上的數(shù)字

例4：求1個(gè)整數(shù)從左往右數(shù)第k位上的數(shù)字

上述三個(gè)例子很好地體現(xiàn)了遞歸算法的一個(gè)重要功能：把一個(gè)大型的問題層層轉(zhuǎn)化為一個(gè)與原問題相似的規(guī)模較小的問題，在逐步求解小問題后，再返回（回溯）得到原大型問題的解。例4綜合了例2和例3的中遞歸思路，又有所拓展。

遞歸是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要概念，遞歸函數(shù)具有簡潔、直觀，邏輯性強(qiáng)、可讀性好等特點(diǎn)。相對(duì)于循環(huán)結(jié)構(gòu)，遞歸算法比較符合人的思維方式，易于理解。許多看來相等復(fù)雜，難以下手的問題，如果能夠使用遞歸算法，就會(huì)使問題變得易于處理。因此，在案例設(shè)計(jì)中，要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)遞歸思想的理解。同時(shí)，也要強(qiáng)調(diào)：遞歸算法有它的局限性，調(diào)用次數(shù)過多容易造成棧溢出。

2 案例教學(xué)法的實(shí)施過程

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法按照“提出問題,分析問題，解決問題，任務(wù)拓展”的思路組織教學(xué)。通過案例提出問題，通過學(xué)生參與的案例討論分析問題、解決問題，通過教師的講評(píng)總結(jié)幫助學(xué)生完成由具體到抽象、再由抽象到具體的認(rèn)識(shí)過程。整個(gè)過程中學(xué)生不再是完全被動(dòng)的接受者，而是積極主動(dòng)的參與者。

2.1 導(dǎo)入案例，明確任務(wù)

學(xué)生在教育教學(xué)中的自主性，表現(xiàn)在學(xué)生有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和自覺積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。通過簡潔有趣的案例導(dǎo)入新課，可以有效的地激發(fā)學(xué)生探索求知的欲望，提高學(xué)習(xí)效果。

導(dǎo)入案例的形式可以采用以下形式：

（1）通過身邊常用的小程序?qū)胄抡n；

（2）演示程序的功能和運(yùn)行結(jié)果，然后再分析源代碼；

（3）閱讀程序代碼，分析程序的運(yùn)行結(jié)果。

“良好的開端是成功的一半”。這種方法直接從問題出發(fā)，具有針對(duì)性和直觀性，可以促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，積極參與課堂教學(xué)。

2.2 分析案例，舉一反三

通過分析案例，實(shí)現(xiàn)從實(shí)踐到理論，從具體到抽象

2.3 總結(jié)歸納，任務(wù)拓展

通過對(duì)知識(shí)的總結(jié)、回顯，學(xué)生可以根據(jù)求解問題的整個(gè)過程，形成完整的問題建模、問題求解的思維方式，并將這一方法推廣到其他同類問題的求解中。

任務(wù)拓展以課后作業(yè)的形式進(jìn)行，要求學(xué)生獨(dú)立完成

上機(jī)調(diào)試程序的過程，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)”到“能力”的提升。

2.4 上機(jī)調(diào)試，注重實(shí)踐

的飛躍。以1.3節(jié)例1為例，在學(xué)習(xí)了switch多分支語句之后，通過隨后的三個(gè)練習(xí)，使switch語句和if語句相結(jié)合，任務(wù)層層深入、把新知識(shí)納入到學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，開拓思維，加深對(duì)新知識(shí)的理解與掌握。

“代碼實(shí)現(xiàn)”是案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)中的重要的一步?！把圻^千遭，不如手過一遭”。要使學(xué)生從“知識(shí)”上升到“能力”，真正掌握教學(xué)內(nèi)容，必須親自進(jìn)行上機(jī)調(diào)試程序。我們通常按照1：1的比例安排理論學(xué)時(shí)和上機(jī)學(xué)時(shí)。上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括：程序源代碼、程序運(yùn)行結(jié)果的截圖、調(diào)試程序的過程中出現(xiàn)了哪些問題、如何解決的這些問題、本次實(shí)驗(yàn)小結(jié)等。很多學(xué)生反映：“上課聽老師講，總覺得頭頭是道，思路清楚；但要自己真正掌握，必須親自上機(jī)，多練多想?！?/p>

由此可見，只有通過編程來實(shí)現(xiàn)教學(xué)案例，學(xué)生才能真正地將知識(shí)點(diǎn)融入到實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

3 案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法與學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性

教學(xué)過程中學(xué)習(xí)的主體性是指學(xué)生在主體意識(shí)指導(dǎo)下，主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)的能動(dòng)性。在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生的主體性主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)的自主性、創(chuàng)造性和協(xié)作性。

學(xué)生在教育教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中的主體性，首先表現(xiàn)在他能充分發(fā)揮自身潛能，主動(dòng)去認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)和接受教育影響，積極向教師質(zhì)疑、請教、相互研討，從而達(dá)到自己所預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

案例教學(xué)法通過案例創(chuàng)設(shè)情境、在案例的指引下，學(xué)生邊學(xué)邊練，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。成功經(jīng)驗(yàn)的習(xí)得，又進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而形成良性循環(huán)。

此外，對(duì)于同一個(gè)案例，不同的學(xué)生會(huì)有不同的算法。教師通過創(chuàng)造自由寬松的討論氛圍，讓學(xué)生簡進(jìn)行分析討論與切磋，有助于學(xué)生理清不同算法的聯(lián)系和區(qū)別，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的高度。

4 結(jié)語

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法從實(shí)例出發(fā)，以應(yīng)用為目的，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、能動(dòng)性和創(chuàng)造性，具有生動(dòng)、直觀、與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密等特點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中表現(xiàn)出自覺、積極、主動(dòng)的特性。

實(shí)踐表明：在C程序設(shè)計(jì)課程中采用案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，通過設(shè)計(jì)知識(shí)性、趣味性、面向?qū)嶋H需求的教學(xué)案例，以知識(shí)-能力-思維的多層次目標(biāo)為導(dǎo)向，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于實(shí)踐創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

[1]梁濤.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在C程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào),2007（2）:117-120.

[2]陳洪東,劉思琦.案例教學(xué)法及應(yīng)用[J].科教文匯（中旬）,2009（01）:95.

[3]Jeannette M.Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM,2006,Vol.49（3）:33-35.

Research on Case Driven Teaching Method in C Programming

LI Min-jie
（School of Automation Science and Electrical Engineering,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044）

Case driven teaching method uses cases to introduce knowledge.Knowledgeable,interesting,practical and targeted cases can improve stu?dents'enthusiasm and creativity in C programming.Case driven teaching method in C programming has been proved to have achieved good effects on improving their practical innovation abilities.

案例驅(qū)動(dòng)；計(jì)算思維；學(xué)習(xí)主體性；實(shí)踐創(chuàng)新

北京建筑大學(xué)教研項(xiàng)目（No.Y1525）

1007-1423（2017）28-0030-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.28.008

李敏杰（1971-），女，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)

2017-05-27

2017-09-25

Case Driven Teaching Method;Computational Thinking;Initiative;Practical Innovation