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        針對(duì)工程應(yīng)用的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐探索

        2018-08-22 10:26:54張志俊
        計(jì)算機(jī)教育 2018年8期
        關(guān)鍵詞:程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容考核

        張志俊

        (中南民族大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430074)

        1 課程教學(xué)狀況

        C語(yǔ)言應(yīng)用能力、程序設(shè)計(jì)能力是對(duì)大學(xué)工程類(lèi)本科學(xué)生最基本的要求,此要求越來(lái)越重要,甚至對(duì)眾多的非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)都提出了相對(duì)應(yīng)的教學(xué)要求。

        1.1 問(wèn)題分析

        將C語(yǔ)言及其程序設(shè)計(jì)方法的優(yōu)秀特點(diǎn)——擅長(zhǎng)符號(hào)化抽象性地描述問(wèn)題;清晰結(jié)構(gòu)化地求解問(wèn)題;編輯編譯調(diào)試地解決問(wèn)題;既嚴(yán)格規(guī)范科學(xué),又不失語(yǔ)言交流性的書(shū)寫(xiě)風(fēng)格——作為課程學(xué)習(xí)的主要目標(biāo),課堂上詳細(xì)講解C語(yǔ)言要素,配以精煉的例程和實(shí)驗(yàn)教學(xué),基本上能較好地完成認(rèn)知、理解和簡(jiǎn)單使用C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)思想、方法的教學(xué)任務(wù)。許多高校相關(guān)專(zhuān)業(yè),特別是非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程,采取常規(guī)的或者改進(jìn)的、混合的多種教學(xué)模式(如傳統(tǒng)羅列式、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式、微課/反轉(zhuǎn)課堂式、線上線下慕課式等)。課程教學(xué)內(nèi)容和達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)大多如此,在達(dá)到的程度上會(huì)有一定的差異[1-4]。

        通過(guò)對(duì)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)和畢業(yè)學(xué)生的了解,大部分學(xué)生的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)能力是極其有限的[2-4]:能閱讀一定的程序,但不能理解程序整體意圖;不懂得規(guī)劃程序結(jié)構(gòu)、分解問(wèn)題;對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境還比較陌生,只能以控制臺(tái)應(yīng)用模式編寫(xiě)練習(xí)程序;不能通過(guò)編譯結(jié)果看懂提示,不能通過(guò)DEBUG跟蹤流程、查看變量和數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、糾正錯(cuò)誤;甚至對(duì)程序設(shè)計(jì)一片空白等。究其原因,可能是學(xué)生投入的精力不夠,但更重要的是教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定不夠全面,教學(xué)內(nèi)容、方法、考核形式上對(duì)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)、自主訓(xùn)練的動(dòng)力和壓力不足,教師在教學(xué)引導(dǎo)的方式上不夠適合。

        1.2 課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)

        不同高校、專(zhuān)業(yè)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容設(shè)置、基本知識(shí)的教學(xué)要求大致相同,只是在應(yīng)用性、完整型、設(shè)計(jì)性能力上的要求有些差異。

        中南民族大學(xué)公共基礎(chǔ)“C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”課程(4學(xué)分),設(shè)置了較多的實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)(32學(xué)時(shí)),要求學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的一般方法,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)思想、靈活的思維方式和較強(qiáng)的動(dòng)手能力;自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)“程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”課程(3.5學(xué)分12實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)),要求學(xué)生掌握語(yǔ)法規(guī)范,了解程序設(shè)計(jì)基本思想、方法,培養(yǎng)靈活應(yīng)用思想和方法分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

        清華大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì)”課程(3學(xué)分),強(qiáng)調(diào)客觀對(duì)象與抽象數(shù)據(jù)變量關(guān)系、計(jì)算機(jī)編程思維,強(qiáng)調(diào)編程規(guī)范和風(fēng)格、指針應(yīng)用訓(xùn)練,強(qiáng)調(diào)DEBUG工具使用,注重培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)思維方法與基本能力,強(qiáng)化解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題編程能力的訓(xùn)練[5]。

        美國(guó)舊金山州立大學(xué)工程學(xué)院“工程師C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”(Introduction to C Programming for Engineers)3學(xué)分,課堂100分鐘/周,實(shí)驗(yàn)165分鐘/周。根據(jù)工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)A、B、C、E的要求[6],結(jié)合基于微控制器的測(cè)量和控制的C程序設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)對(duì)問(wèn)題的描述和分析、算法的設(shè)計(jì)、程序的實(shí)現(xiàn)、程序的測(cè)試、調(diào)試和維護(hù)、程序文檔的編輯等[7]。

        對(duì)于工程應(yīng)用型專(zhuān)業(yè),將本類(lèi)課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容設(shè)定在對(duì)C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)思想、方法的認(rèn)知、理解和簡(jiǎn)單應(yīng)用上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還應(yīng)該加以擴(kuò)展,使學(xué)生達(dá)到三方面的能力要求:①較熟練地應(yīng)用C語(yǔ)言、常用庫(kù)函數(shù)、開(kāi)發(fā)環(huán)境,編寫(xiě)、調(diào)試、實(shí)現(xiàn)完整的、較綜合的應(yīng)用程序;②將本類(lèi)課程的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和收獲作為開(kāi)啟后續(xù)相關(guān)課程學(xué)習(xí)的契機(jī),并觸類(lèi)旁通地為專(zhuān)業(yè)可編程類(lèi)技術(shù)性課程、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件類(lèi)課程、綜合性實(shí)踐教學(xué)等奠定程序設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ);③熟悉專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域工程應(yīng)用系統(tǒng)軟件一般性思路,了解行業(yè)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)、可編程器件程序設(shè)計(jì)的需求。

        2 課程教學(xué)設(shè)置

        2.1 教學(xué)目的

        教學(xué)目的設(shè)想和要求:課程教學(xué)采取“在編程中學(xué)習(xí)C語(yǔ)言”的思路和方法,將C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)融入程序設(shè)計(jì)之中。通過(guò)若干例程的詳細(xì)講授、操作演示、實(shí)際練習(xí)、調(diào)試實(shí)現(xiàn)等過(guò)程,達(dá)到學(xué)生較好地掌握主要編程技術(shù)和技巧的目的。學(xué)生有了程序設(shè)計(jì)的能力,從而附帶地學(xué)會(huì)了C語(yǔ)言的精華,初步具有規(guī)范性、專(zhuān)業(yè)性、藝術(shù)性的意識(shí)并得到體現(xiàn),得到行業(yè)人士的認(rèn)可。

        2.2 教學(xué)內(nèi)容

        課程不采取傳統(tǒng)課堂知識(shí)點(diǎn)傳授的模式,而以安排學(xué)習(xí)、模仿和練習(xí)項(xiàng)目例程的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練為主,將C語(yǔ)言基本知識(shí)的學(xué)習(xí)主要交由學(xué)生課外自行來(lái)完成,教學(xué)內(nèi)容見(jiàn)表1。項(xiàng)目例程由易到難,從趣味、游戲形式開(kāi)始,逐漸向數(shù)據(jù)處理、典型工程應(yīng)用、實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度、嵌入式應(yīng)用過(guò)渡;涉及三種開(kāi)發(fā)環(huán)境,從控制臺(tái)文本窗到圖形化窗口界面形式,再到Windows形式,再到虛擬單片機(jī)嵌入式應(yīng)用。

        表1 教學(xué)內(nèi)容安排

        3 課程教學(xué)過(guò)程

        教學(xué)實(shí)踐結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),通過(guò)課堂講解、課堂考核、課后練習(xí)作業(yè)的網(wǎng)絡(luò)提交與批閱、與項(xiàng)目例程混合的實(shí)驗(yàn)演練、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)與批閱以及在線答疑等環(huán)節(jié)完成。

        3.1 學(xué)習(xí)要求

        采用校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái),通過(guò)平臺(tái)發(fā)布課程計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)安排、教學(xué)課件、各種資料、各類(lèi)軟件資源以及每次的作業(yè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求,并指定提交截止時(shí)間。此外,要求學(xué)生:①準(zhǔn)備個(gè)人電腦;②熟練掌握網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的使用;③自行準(zhǔn)備和安裝相關(guān)軟件;④在實(shí)驗(yàn)中及課后完成每次的編程練習(xí);⑤截取程序代碼及運(yùn)行效果圖片,按時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上提交作業(yè)。

        3.2 課堂教學(xué)

        課堂教學(xué)采用多媒體手段,教學(xué)內(nèi)容充實(shí),主要內(nèi)容包括:①演示編程環(huán)境搭建、軟件資源的應(yīng)用;②演示例程運(yùn)行效果,講解項(xiàng)目目的;③演示講解項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu);④演示解釋程序代碼,講解C語(yǔ)言知識(shí)、常用系統(tǒng)函數(shù)及注意要點(diǎn);⑤演示編譯、DEBUG調(diào)試過(guò)程,講解開(kāi)發(fā)環(huán)境綜合使用;⑥課堂書(shū)面考核與解答;⑦學(xué)生作業(yè)批閱解釋與解答。

        圖1列舉了幾個(gè)項(xiàng)目例程的運(yùn)行效果,從中可以看到綜合性和工程應(yīng)用性。

        根據(jù)教學(xué)進(jìn)程安排了若干課堂考核(見(jiàn)表2),每次考核時(shí)間10~20分鐘,書(shū)面提交,下次課堂上予以解答。這可以幫助學(xué)生理解基本知識(shí),同時(shí)也起到課堂教學(xué)管理的作用。

        3.3 作業(yè)、實(shí)驗(yàn)與答疑

        圖1 項(xiàng)目例程運(yùn)行效果

        表2 課堂考核

        教與學(xué)是一個(gè)互動(dòng)過(guò)程,重要的是以學(xué)生為主體,引導(dǎo)他們主動(dòng)或者被動(dòng)地動(dòng)心、動(dòng)眼、動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)口的自行行動(dòng)起來(lái)。教師通過(guò)大量的代碼閱讀、模仿編程、綜合性程序修改,補(bǔ)充或自行設(shè)計(jì)練習(xí)、調(diào)試運(yùn)行練習(xí)等形式的課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)室當(dāng)場(chǎng)演練,并配合網(wǎng)絡(luò)在線交互答疑、及時(shí)作業(yè)批閱,督促學(xué)生按進(jìn)度完成教學(xué)過(guò)程,進(jìn)而在項(xiàng)目演練中完成C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)工程應(yīng)用性課程任務(wù)。課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排見(jiàn)表3,完成作業(yè)和實(shí)驗(yàn)練習(xí),并以代碼截圖、調(diào)試運(yùn)行效果截圖形成文檔,在截止時(shí)間前通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提交。

        4 課程考核與教學(xué)思考

        學(xué)生的課程學(xué)習(xí)綜合評(píng)價(jià),通常是期末書(shū)面考試成績(jī)與平時(shí)成績(jī)按比例計(jì)算得到總評(píng)成績(jī)(例如7:3或6:4),平時(shí)成績(jī)一般由作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、到課情況等組成,期末書(shū)面考核所占比例較重。筆者采取了針對(duì)工程應(yīng)用性的教學(xué)設(shè)計(jì),加強(qiáng)平時(shí)多種學(xué)習(xí)過(guò)程的考核比重。

        4.1 考核方式

        考慮與以往教學(xué)考核方式的銜接過(guò)渡,暫時(shí)保持期末書(shū)面考試(見(jiàn)表4),適當(dāng)降低期末考試成績(jī)比例,按5:5合成總評(píng)成績(jī)。將學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的所有表現(xiàn)都作為因素計(jì)算到平時(shí)成績(jī)中(課后作業(yè)取8次最好成績(jī)占比30%,課堂考核取7次最好成績(jī)占比7%,課程參與占比3%,實(shí)驗(yàn)效果及實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比10%)。強(qiáng)化平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程和效果,也有利于學(xué)生重視平時(shí)的訓(xùn)練。

        課后作業(yè)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的程序設(shè)計(jì),除了要求程序運(yùn)行結(jié)果和效果外,還特別要求規(guī)范性:目錄管理,用有含義的英文單詞命名,程序頭注釋?zhuān)瘮?shù)注釋?zhuān)兞?、代碼注釋?zhuān)募Y(jié)束注釋?zhuān)瑯?biāo)識(shí)符、變量名、函數(shù)名等以英文單詞大小寫(xiě)命名,語(yǔ)句縮進(jìn)與對(duì)齊,操作符空格書(shū)寫(xiě),適當(dāng)空格、空行等。

        表3 課后作業(yè)及實(shí)驗(yàn)安排

        表4 期末書(shū)面考試

        4.2 教學(xué)思考

        課程教學(xué)改革實(shí)踐探索與學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)反饋,對(duì)教學(xué)過(guò)程有了一些體驗(yàn)和體會(huì),值得下一步思考。

        (1)課程教學(xué)的總體效果。一方面需要結(jié)合考試成績(jī)對(duì)全部因素的分析后加以對(duì)比,來(lái)進(jìn)一步深入分析了解;另一方面還需要在將來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi),調(diào)研學(xué)生在后續(xù)的課程學(xué)習(xí)與實(shí)踐中、畢業(yè)階段的程序設(shè)計(jì)中的能力體現(xiàn),來(lái)進(jìn)一步深入地分析了解。

        (2)期末書(shū)面考核的形式和內(nèi)容可以在下一研究階段考慮改革和探索。工程應(yīng)用型的教學(xué)已經(jīng)將C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí),落實(shí)到平時(shí)過(guò)程的項(xiàng)目訓(xùn)練中完成,通過(guò)演練強(qiáng)化了語(yǔ)法、規(guī)則、庫(kù)函數(shù)和技巧的應(yīng)用,期末書(shū)面考試則可以弱化C語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)和程序設(shè)計(jì)基本能力的考察,而將重點(diǎn)放在用C語(yǔ)言、算法、C程序結(jié)構(gòu)的思維,來(lái)考查學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的描述、問(wèn)題分析、程序設(shè)計(jì)、求解流程和過(guò)程管理等方面。

        (3)課程要求學(xué)生具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí),機(jī)械專(zhuān)業(yè)班級(jí)未開(kāi)設(shè)“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程,軌道專(zhuān)業(yè)班級(jí)該課程與本課程同步開(kāi)設(shè),對(duì)本課程學(xué)習(xí)影響較大。筆者在實(shí)際教學(xué)中補(bǔ)充了相關(guān)知識(shí),但省去了“嵌入式應(yīng)用”環(huán)節(jié)的教學(xué),留下了遺憾。

        (4)開(kāi)發(fā)環(huán)境DevCPP對(duì)于初學(xué)者是不錯(cuò)的軟件,上手快,小巧易攜帶易安裝。該軟件已停止更新,功能不是非常完善,特別是調(diào)試功能相對(duì)較差,可考慮采用其他的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

        (5)考慮借鑒舊金山州立大學(xué)“工程師C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)。在學(xué)習(xí)C語(yǔ)言基礎(chǔ)后,結(jié)合嵌入式微控制器,采用相應(yīng)開(kāi)發(fā)平臺(tái),提供虛擬或?qū)嵨镞\(yùn)行對(duì)象,設(shè)計(jì)應(yīng)用性模擬測(cè)量控制實(shí)際需求,來(lái)實(shí)現(xiàn)C程序設(shè)計(jì)過(guò)程的教學(xué)。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)具體實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的編程求解來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué),工程類(lèi)應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)學(xué)生可以較好地將C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)知識(shí)、方法的學(xué)習(xí)融入項(xiàng)目訓(xùn)練之中,提升自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力和效率,達(dá)到以學(xué)生為主體的教學(xué)效果。本課程改革針對(duì)C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程,擴(kuò)展課程教學(xué)目標(biāo),采用大程序量的、系統(tǒng)的、綜合性的項(xiàng)目例程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)作為主要教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式,課程教學(xué)改革開(kāi)展了有意義的實(shí)踐和探索,積累了較豐富和有益的經(jīng)驗(yàn)。

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