董玉蓉

摘? 要 針對新工科背景下程序設(shè)計課程中理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的現(xiàn)象，在C語言程序設(shè)計課程教學(xué)中引入案例教學(xué)法，架起理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)間的橋梁。并以明確的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)為依據(jù)，設(shè)計以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向、以討論為基礎(chǔ)的案例教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性，最終達(dá)到提高計算思維和編程能力的目的。

關(guān)鍵詞 計算思維;案例教學(xué);C語言程序設(shè)計;理論教學(xué);實(shí)踐教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.41? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）20-0131-04

Application of Case Teaching in Theoretical Teaching and Prac-tical Teaching//DONG Yurong

Abstract In view of the disconnection between theoretical teaching and practical teaching in the course of program design in the back-ground of new engineering， this paper introduces the case teaching method in the course of C Language Programming， and sets up a bri-

dge between theoretical teaching and practical teaching. And on the basis of the teaching contents and target， the design of case teaching link with student center， issue-oriented and issue-based， to improve students interest and initiative in learning， and to improve the ability

of computational thinking and programming.

Key words computational thinking; case teaching; C language pro-gramming; theoretical teaching; practical teaching; teaching reform

1 背景

新工科跨越了現(xiàn)有學(xué)科的界限和產(chǎn)業(yè)邊界，是對傳統(tǒng)學(xué)科的整合，是面向為了新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的學(xué)科[1]。新工科背景下的高等教育強(qiáng)調(diào)通識教育對專業(yè)教育的支持，包括加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)教育，使學(xué)生對各種新技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)有扎實(shí)的理解，對學(xué)生適應(yīng)日后新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和變化十分重要。

計算思維是思維三大模式之一，現(xiàn)已成為所有大學(xué)生應(yīng)該具備的能力。C語言程序設(shè)計作為非計算機(jī)專業(yè)的通識教育課程，是后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。該課程通過面向過程的程序設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生計算思維和程序?qū)崿F(xiàn)能力，從而能更好地利用計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)解決各個專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)計算和信息處理問題。

當(dāng)下很多高校進(jìn)行課程改革，壓縮了程序設(shè)計課程的課時，因此，如何在有限的教學(xué)課時內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)總體的教學(xué)目標(biāo)，成為授課教師亟待解決的難題，而在新工科背景下進(jìn)行的教學(xué)改革會使這個問題越來越嚴(yán)峻。當(dāng)前強(qiáng)調(diào)計算思維能力的程序設(shè)計類課程改革大都基于MOOC+SPOCs+翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式[2]。這類教學(xué)改革改變了傳統(tǒng)教學(xué)中“滿堂灌”現(xiàn)象，使得學(xué)生學(xué)習(xí)不受時間、空間的限制，同時對教學(xué)資源進(jìn)行了合理規(guī)劃和有效利用，并對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化?；旌鲜浇虒W(xué)方法雖然能夠很好地解決教學(xué)課時不足的問題，但由于在線學(xué)習(xí)對學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自主性要求很高，對一些學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)興趣不高、目標(biāo)不明確并缺乏獨(dú)立思考和自我激勵的學(xué)生而言，這種教學(xué)模式并不能很好地幫助他們完成課程學(xué)習(xí)，提高課程成績。

C語言程序設(shè)計教學(xué)一直以來都由理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個部分組成。理論教學(xué)是知識的傳遞過程，主要是由教師到學(xué)生的單向傳遞，是對學(xué)生知識的增量;實(shí)踐教學(xué)是知識的應(yīng)用、經(jīng)驗的積累過程，是對學(xué)生綜合能力的鍛煉。C語言程序設(shè)計是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，強(qiáng)調(diào)理論應(yīng)用到實(shí)踐，該課程的學(xué)習(xí)必須通過大量的編程和程序調(diào)試訓(xùn)練，在實(shí)踐中掌握編程知識，培養(yǎng)編程能力，并逐步理解和掌握程序設(shè)計的思想、方法和技巧。對于大多數(shù)學(xué)生來說，上課時聽得懂、跟著老師會做題，并不是真正的懂、真正的會。在線學(xué)習(xí)雖然能夠?qū)⒔虒W(xué)過程重現(xiàn)，幫助學(xué)生再次進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，但仍然有學(xué)生只是掌握了語法知識和常用的算法，即使想到了解決方法，也無法將其描述成適合計算機(jī)執(zhí)行的步驟。理論知識不能解決實(shí)際的問題，造成理論學(xué)習(xí)和上機(jī)實(shí)踐脫節(jié)，讓學(xué)生越來越覺得編程很難，從而影響到學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容的興趣和主動性。

2 案例教學(xué)：理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的橋梁

案例教學(xué)是一種開放式、互動式的教學(xué)方法[3-4]，是在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)之外，啟發(fā)學(xué)生對問題的思考、討論和進(jìn)一步探索，能對知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行整合，幫助學(xué)生在案例實(shí)施過程中通過同伴之間的討論和交流，提升計算思維和編程實(shí)現(xiàn)能力。案例教學(xué)的目的是完成教學(xué)任務(wù)，基于問題和探索問題是這種教學(xué)方法的核心特點(diǎn)[5]。

理論教學(xué)是知識傳遞的過程，實(shí)踐教學(xué)是知識應(yīng)用、經(jīng)驗積累的過程。案例教學(xué)是對知識結(jié)構(gòu)的整合、經(jīng)驗交流與學(xué)習(xí)的過程，能在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)之間起到橋接的作用。因此，如何在課程教學(xué)計劃設(shè)計、案例設(shè)計時使得理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、案例教學(xué)達(dá)到平衡，是授課教師需要考慮的首要問題。

案例教學(xué)以學(xué)生為中心，關(guān)鍵在于“學(xué)”，要避免在學(xué)生沒有理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗的情況下開展案例教學(xué)。教師是案例的設(shè)計者。在案例實(shí)施過程中，教師所扮演的是引導(dǎo)者和主持人的角色，避免成為問題的解答者和答案的仲裁者;學(xué)生是案例實(shí)施的主角，教師將學(xué)的主動權(quán)交給學(xué)生，通過案例中的問題激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引起學(xué)生之間的討論。在整個過程中，教師適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和對學(xué)生行為的約束是很有必要的，能夠保證教學(xué)環(huán)節(jié)有序按計劃進(jìn)行，完成教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到理想的教學(xué)目標(biāo)。

案例設(shè)計是案例教學(xué)的基礎(chǔ)，案例的好壞直接關(guān)系到案例教學(xué)能否順利地進(jìn)行，能否達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。需要注意的是，C語言程序設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容并不都適合進(jìn)行案例教學(xué)。因此，案例的選擇不僅要考慮教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對象，還要結(jié)合案例教學(xué)的特點(diǎn)來選擇。案例選擇要做到描述簡潔、正確，盡量選擇一些典型問題的求解，以便學(xué)生掌握程序設(shè)計所需的各類基本問題的算法。案例中提出的問題要有針對性，要使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識進(jìn)行綜合應(yīng)用，聯(lián)系實(shí)際問題進(jìn)行綜合分析、設(shè)計算法和編程實(shí)現(xiàn)，避免學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺知識點(diǎn)零散繁雜，同時避免將綜合性的課程實(shí)習(xí)當(dāng)成案例。

案例教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動參與，學(xué)生可以選擇分組或者是在全班進(jìn)行討論。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)中知識由教師向?qū)W生的單向傳遞相比，同伴之間的交流會讓學(xué)生更加舒適和放松，更有利于學(xué)生之間多向的經(jīng)驗交流和分享。討論的過程也是知識、經(jīng)驗、認(rèn)知的碰撞。問題的提出、分析和解決，都是在同一個知識水平上進(jìn)行（盡管有的學(xué)生學(xué)得好，有的學(xué)生學(xué)得不好，但地位的平等會讓學(xué)生更加貼近，容易交流），問題的提出和解決方法的描述，用他們的方式和語言更加容易讓伙伴理解和接受，學(xué)生也更容易在同伴而不是教師那里接受到經(jīng)驗。

教學(xué)總結(jié)對任何一種教學(xué)方法、任意一門課程來說都是一個重要的環(huán)節(jié)。案例教學(xué)中的教學(xué)總結(jié)可以是教師對教學(xué)實(shí)施過程的總結(jié)性評價，也可以是學(xué)生對自己所聽、所想、所學(xué)的總結(jié)。教學(xué)總結(jié)有助于教師改進(jìn)教學(xué)案例、完善教學(xué)設(shè)計，還能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)中的認(rèn)知水平，增強(qiáng)教學(xué)效果。

3 案例教學(xué)設(shè)計

學(xué)習(xí)程序設(shè)計，理解計算機(jī)解決問題的方式很重要，要知道計算機(jī)擅長和不擅長做什么。想要編寫程序，首先要能夠讀懂程序，能對已有的程序進(jìn)行模仿，會套用已有的程序?，F(xiàn)有的經(jīng)典算法，內(nèi)含一些基本問題的解決方法和思路，通過在基本問題的基礎(chǔ)上增加復(fù)雜的條件，幫助學(xué)生熟練掌握并學(xué)會使用這類算法，能夠使學(xué)生在碰到相似問題時快速找到解題思路，節(jié)省時間，降低問題的難度和復(fù)雜度。在實(shí)際應(yīng)用中，適應(yīng)C語言程序設(shè)計的案例教學(xué)可以簡化為三個步驟：案例設(shè)計、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)總結(jié)。

案例設(shè)計? 為了能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)完算術(shù)運(yùn)算符、數(shù)據(jù)類型、三大控制結(jié)構(gòu)、基本輸入輸出之后，強(qiáng)化對理論知識的理解和掌握，能夠熟練應(yīng)用并編寫相應(yīng)的程序去解決實(shí)際生活中的問題，本文設(shè)計了一個有關(guān)循環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的案例，由淺至深、由簡到繁，從簡單需求入手，逐步將程序完善，適用于解決更復(fù)雜的問題。

循環(huán)結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計的三大控制結(jié)構(gòu)之一，學(xué)生在學(xué)習(xí)該結(jié)構(gòu)之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了運(yùn)算符、輸入輸出、順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)的語法知識，并上機(jī)編程實(shí)踐了簡單的程序。循環(huán)結(jié)構(gòu)的語法知識難度和復(fù)雜程度都要大于前兩種結(jié)構(gòu)，并且從循環(huán)結(jié)構(gòu)開始就要使用枚舉法、二分法、選擇排序、冒泡排序等常用算法。學(xué)生在理論知識學(xué)習(xí)之后直接進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐難度較大，此時就需要教師結(jié)合教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計合理的案例教學(xué)來激發(fā)學(xué)生興趣，正確引導(dǎo)學(xué)生思考。在案例選擇時，選擇小而經(jīng)典的算法，能使學(xué)生更好地掌握和理解計算思維。

下面兩個程序的功能分別是使用枚舉法和輾轉(zhuǎn)相除法來判斷輸入的整數(shù)是否為素數(shù)。

枚舉法：

#include

void main（）

{

int x;

int i;

int primes = 1;? //? x是素數(shù)

printf（“請輸入一個整數(shù)：”）;

scanf（“%d”， &x）;

for （ i=2; i

{

if （ x % i == 0 ）

{

primes = 0;

break;

}

}

if （primes == 1 ） printf（"是素數(shù)＼n"）;

else printf（"不是素數(shù)＼n"）;

}

輾轉(zhuǎn)相除法：

#include

void main（）

{

int x;

int i;

int primes = 1;? //? x是素數(shù)

printf（“請輸入一個整數(shù)：”）;

scanf（“%d”， &x）;

for （ x=1; x<=100; x++ ）

{

for （ i=2; i

{

if （ x % i == 0 ）

{

primes = 0;

break;

}

}

if （primes == 1 ）? printf（“%d “， x）;

}

printf（“＼n”）;

}

問題1：比較兩個程序，哪段程序最優(yōu)？為什么？

問題2：試著找出其他能夠判斷素數(shù)的方法，并將該方法描述出來。

擴(kuò)展1：輸出100以內(nèi)的素數(shù)。

擴(kuò)展2：輸出前50個素數(shù)。

思考題：需要幾層循環(huán)？每一層循環(huán)變量能不能設(shè)置成一樣？循環(huán)的次數(shù)是多少次？如何讓程序效率更高？在沒有計算機(jī)的情況下，如何知道你的算法是正確的？

該案例是在經(jīng)典問題上增加了難度，由淺入深;是對經(jīng)典問題的擴(kuò)展，更貼近實(shí)用;要求學(xué)生不僅學(xué)會方法，更要領(lǐng)會思路;讓學(xué)生能夠掌握變量分析法，在脫離計算機(jī)的情況下也能編寫出正確的程序，理解算法真正的含義。該案例的教學(xué)實(shí)施是在循環(huán)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)結(jié)束之后。通過本次案例教學(xué)，有助于學(xué)生對三大控制結(jié)構(gòu)的整合，能夠?qū)χ八鶎W(xué)理論知識進(jìn)行固化，加強(qiáng)知識從理論到實(shí)踐轉(zhuǎn)換。

教學(xué)實(shí)施? 教學(xué)實(shí)施以討論為基礎(chǔ)，是案例教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。學(xué)生是關(guān)注的中心和主角，對于同一個案例，不同的學(xué)生會有不同的關(guān)注點(diǎn)。在問題1的討論中，學(xué)生關(guān)注點(diǎn)主要集中在程序中表達(dá)式的復(fù)雜程度、循環(huán)的次數(shù)、語句的條數(shù)、能否讀懂、算法的步驟、流程圖是否容易畫出等方面。問題2在問題1的基礎(chǔ)上增加難度的同時，考查了學(xué)生對算法描述方法的掌握程度，該問題沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生只要能用一種方法正確地描述出算法，就算是回答了。

擴(kuò)展1和擴(kuò)展2是對兩個已有的程序進(jìn)行擴(kuò)展，很多學(xué)生在看到題目之后馬上開始寫代碼，并有強(qiáng)烈的上機(jī)實(shí)踐的欲望，這時教師就要提醒學(xué)生注意后面的幾個思考題。

對于同一個問題，學(xué)生也能提出不同的解決方法，不同的方法又會有不同的步驟，就會形成不同的算法，而同一個算法又會有不同的描述。在討論過程中沒有設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生要在討論過程中對比不同的方法、算法和描述，對算法進(jìn)行分析，可以從循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)、程序的語句行數(shù)、程序的可讀性、輸出結(jié)果是否美觀等方面進(jìn)行比較，找出最優(yōu)的解決方案。學(xué)生之間多向的知識和經(jīng)驗的碰撞，要比教師單向的知識傳遞和教師與學(xué)生之間雙向的討論產(chǎn)生的效果更顯著，學(xué)生也更樂于向同伴而非教師尋求幫助。

教師作為整個教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計者、引導(dǎo)者和主持人，在課堂上要適時地引導(dǎo)案例討論的進(jìn)程，控制課堂討論進(jìn)度，必要時進(jìn)行提示和提問，避免討論過于發(fā)散。學(xué)生在討論過程中可以加入自己的需求，試圖讓問題得到更合理、完善的解決，極大地調(diào)動積極性;也學(xué)會使用計算機(jī)編程去解決現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際問題，進(jìn)而提高計算思維能力。對案例不設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)答案，也沒有明確的指示性答案，只要能編程實(shí)現(xiàn)，能解決問題，就是一個好的程序。

在案例教學(xué)實(shí)施過程中，教師特別要注意那些能力不符合案例教學(xué)要求的學(xué)生，要能夠及時做出調(diào)整和正確的引導(dǎo)，以免影響他們學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

教學(xué)總結(jié)? 教學(xué)總結(jié)是案例教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)總結(jié)可以是教師對案例中的難點(diǎn)、重點(diǎn)的強(qiáng)調(diào)解析，也可以是學(xué)生對未解決或發(fā)現(xiàn)的新問題的提問。有學(xué)生提出：前50個素數(shù)輸出之后，在終端會由一行顯示，這樣的結(jié)果不利于查看和進(jìn)一步分析。有學(xué)生就提出：可以讓這些數(shù)分成五行顯示。五行顯示后又發(fā)現(xiàn)數(shù)有大有小，各行長短不一，輸出也很難看，那么為什么不讓五行的長度一樣呢？怎樣才能讓五行長度一樣呢？這些問題是在平時的編程中很容易出現(xiàn)的，看似很簡單，可沒有細(xì)致的觀察提不出問題，沒有經(jīng)驗的積累也無法解決問題。發(fā)現(xiàn)問題是能力，分析問題、解決問題也是能力。學(xué)生提出的問題和感興趣的內(nèi)容可以在考試中出現(xiàn)，這對學(xué)生的學(xué)習(xí)也是一種激勵。

4 結(jié)語

筆者結(jié)合從事C語言程序設(shè)計課程教學(xué)的經(jīng)驗，通過在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)之間引入案例教學(xué)，幫助學(xué)生將零散的知識融入已經(jīng)掌握的知識體系中去。教學(xué)實(shí)踐表明，通過學(xué)生之間的討論，能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性;學(xué)生在教學(xué)實(shí)施過程中從問題到答案，逐步經(jīng)過問題抽象、計算建模、編程實(shí)現(xiàn)，這一過程恰恰是計算思維中最重要的三個思維過程——抽象、分解與組合;通過學(xué)生之間多向的經(jīng)驗交流和共享，幫助學(xué)生提高編程能力，而編程能力的提高直接反映了學(xué)生計算思維能力的提高?！?/p>

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