徐利軍　韓彥嶺　馮國富　葛艷　賀琪　沈曉晶　鄭宗生　袁小華　趙丹楓

摘要：《程序設(shè)計語言》是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強的實踐性，為改善實驗課的教學(xué)效果，我校圍繞在線評測系統(tǒng)重新設(shè)計了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。實踐結(jié)果表明現(xiàn)在的實驗課模式取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計；在線評測系統(tǒng)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）50-0271-02

一、引言

《程序設(shè)計語言》是我校計科相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。教學(xué)大綱要求學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，既要掌握高級編程語言（C/C++）的語法規(guī)則，又要學(xué)習(xí)程序設(shè)計的方法和思路，學(xué)生能夠熟練運用C/C++進(jìn)行程序設(shè)計，具備利用計算機求解實際問題的能力，初步具備一定的工程實踐能力?！冻绦蛟O(shè)計語言》作為一門實踐性很強的課程，必須通過大量的編程訓(xùn)練和工程仿真實踐，才能更好地達(dá)到課程教學(xué)要求。我校將《程序設(shè)計語言》課程學(xué)習(xí)分為兩學(xué)期：大一上學(xué)期授課內(nèi)容為面向過程的C語言，理論學(xué)習(xí)與上機實驗時間之比為3∶2；大一下學(xué)期傳授面向?qū)ο蟮腃++語言，理論學(xué)習(xí)與上機實驗之比為2∶1。此外，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，在大一下學(xué)期期末集中安排一周的時間完成一個中等規(guī)模的項目。從時間安排來看，為切實提高學(xué)生的動手能力，我們安排了充足的實驗時間，但實際執(zhí)行效果卻不佳，在大一結(jié)束時，學(xué)生動手能力差仍舊是一個普遍問題。這主要因為，同其他編程語言相比，C/C++語言概念復(fù)雜、規(guī)則眾多，對初學(xué)者是一個不小的挑戰(zhàn)。由于大一新生還沒有培養(yǎng)出必要的計算思維能力，編程的時候，不少同學(xué)只能簡單照抄現(xiàn)成程序，不能靈活運用，常因為一個簡單的運行時錯誤或者邏輯錯誤便束手無策，而老師和助教的數(shù)量有限，難以及時協(xié)助學(xué)生解決問題。對于此類矛盾明顯的問題，我們可以通過增加助教來緩解這個問題，但其實實驗課中還隱藏著一個更為嚴(yán)重的問題，由于學(xué)生編程經(jīng)驗的匱乏，無法自行編寫合適的測試用例，往往學(xué)生以為正確的程序其實是不完善的，而老師也不可能逐一驗證程序，導(dǎo)致實驗課上遺留了很多本來可以解決的問題。教師布置的課后作業(yè)，目的是培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，但是因為在編程過程中無法得到及時反饋形成良好的互動，也無法達(dá)到目的。教學(xué)中老師的精力不得不放在解決代碼正確性的問題，忽視培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的代碼編寫習(xí)慣，而大一作為培養(yǎng)學(xué)生遵守代碼規(guī)范的黃金時間卻因老師的精力有限無暇顧及而浪費了。

二、改革探索

針對實驗教學(xué)中存在的問題，我校以在線評測系統(tǒng)（Online Judge）為核心，重新構(gòu)建了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。

1.在線評測系統(tǒng)介紹。在線評測系統(tǒng)起源于ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽，它是基于B/S架構(gòu)的程序代碼評測系統(tǒng)，采用黑盒測試驗證程序正確性。用戶提交源代碼后，系統(tǒng)會即時編譯成可執(zhí)行代碼，使用預(yù)先設(shè)定的測試用例，從程序的運行時間、占用內(nèi)存和運行結(jié)果的正確性等各方面檢查代碼，并返回詳細(xì)的評測結(jié)果。評測結(jié)果包括：（1）正確；（2）格式錯：程序輸出可能包含了多余的空格或空行；（3）答案錯：算法不正確；（4）運行錯：除零、錯誤指針、下標(biāo)越界等運行時錯誤；（5）編譯錯：語法錯誤；（6）超時：算法效率太低或存在死循環(huán)；（7）程序輸出數(shù)據(jù)超出限制：輸出太多數(shù)據(jù)。在線測評系統(tǒng)應(yīng)用極為廣泛，不僅可用于實驗教學(xué)、課后作業(yè)和課程考試，而且可以用于學(xué)生平時的自我訓(xùn)練以及程序設(shè)計競賽?；诓煌瑴y試用例的評測結(jié)果可以有效地協(xié)助學(xué)生查找程序錯誤。對于測試失敗的用例，系統(tǒng)會提示代碼可能存在的問題，學(xué)生不斷修改的過程就是一個不斷自我完善的過程，這個過程帶來的成就感可以極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性。

2.實驗課課程設(shè)計。課前準(zhǔn)備，教師依照理論課的授課順序和內(nèi)容安排實驗課的實驗內(nèi)容。在每次上課前，教師除了準(zhǔn)備傳統(tǒng)實驗課的內(nèi)容講解，還需要在線評測系統(tǒng)后臺準(zhǔn)備實驗方案。課中安排。授課教師首先簡單復(fù)習(xí)理論課的內(nèi)容，主要進(jìn)行重要知識點講解，之后學(xué)生登錄在線評測系統(tǒng)完成實驗內(nèi)容，系統(tǒng)會自動記錄學(xué)生的練習(xí)進(jìn)度和練習(xí)時間，教師可隨時查看個體學(xué)生報告和全體學(xué)生的總報告，針對錯誤率較高的知識點進(jìn)行重點講解。對于知識點內(nèi)容較多的實驗課，可以預(yù)先對知識點進(jìn)行分組，對應(yīng)這些知識點設(shè)置多個針對性實驗方案。比如，按照教學(xué)計劃講授C語言循環(huán)結(jié)構(gòu)時共安排了兩次實驗課，第一次實驗課的內(nèi)容是熟悉while、do…while和for語句的語法，第二次實驗課是學(xué)習(xí)break和continue語句的使用。以其中第一次實驗課為例：（1）課前，教師依據(jù)知識點將本次實驗課分為兩組實驗方案，第一組實驗方案包含的知識點有while和do…while語句的基本語法以及while和do…while語句的區(qū)別與聯(lián)系；第一組實驗方案涉及的知識點有for語句的基本語法和for語句的多種使用方式。授課教師登錄在線評測系統(tǒng)后臺，依據(jù)知識點完成實驗方案的組織。（2）上課時，教師首先回顧while和do…while語句的知識點，隨后學(xué)生選擇第一組實驗方案進(jìn)行自測答題。教師可隨時登錄系統(tǒng)查看學(xué)生練習(xí)情況報告，就實驗中出現(xiàn)的易錯題或者學(xué)生感覺難度較高的題目進(jìn)行重點講解。第一階段實驗完成后，教師繼續(xù)講授for語句的知識點，學(xué)生打開并完成第二組實驗方案。教師隨后根據(jù)練習(xí)情況再次進(jìn)行重點講解。（3）下課后，因為在線評測系統(tǒng)安裝在校園網(wǎng)服務(wù)器中，仍存有疑問的同學(xué)可使用個人電腦自行登錄系統(tǒng)，進(jìn)一步強化學(xué)習(xí)。使用在線評測系統(tǒng)的實驗課組織模式，與傳統(tǒng)實驗課組織方式相比，優(yōu)點明顯，為師生雙方提供了極大的便利。傳統(tǒng)實驗課中教師經(jīng)常會被多個學(xué)生同時提問分身乏術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生長時間等待教師解答而影響學(xué)習(xí)效果，而現(xiàn)在學(xué)生在練習(xí)時遇到的問題大部分能夠得到及時準(zhǔn)確的解答。新的實驗課模式顯著提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，實驗課的學(xué)習(xí)氣氛有了明顯改善，對比傳統(tǒng)實驗課得過且過的學(xué)生數(shù)量大大減少。在線評測系統(tǒng)顯著地減少了教師的工作量，而且教師通過練習(xí)結(jié)果的報表分析功能也能及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，在隨后的教學(xué)過程中專注于重難點問題的分析講解，做到有的放矢。在實行實驗課教學(xué)改革之后，學(xué)生的考試成績和編程能力都有了明顯的提高。

三、強調(diào)遵守代碼規(guī)范

我校在教學(xué)中還有一個突出的特點，強調(diào)代碼規(guī)范的重要性，爭取讓學(xué)生在初始階段就培養(yǎng)出良好的編碼習(xí)慣。雖然遵守代碼規(guī)范并不能改善程序的性能，但遵守代碼規(guī)范能夠使程序具有更好的可讀性、可維護(hù)性，而且還能減少不必要的語法錯誤和邏輯錯誤。良好的編碼習(xí)慣是軟件工程師良好專業(yè)素質(zhì)的重要體現(xiàn)。代碼規(guī)范包括以下幾個方面。

1.適當(dāng)?shù)目s進(jìn)：根據(jù)程序邏輯，以縮進(jìn)格式書寫代碼。

2.適當(dāng)?shù)目招校汉瘮?shù)與函數(shù)之間增加必要的空行，使得程序結(jié)構(gòu)一目了然。

3.適當(dāng)增加代碼注釋：子函數(shù)的開頭需有注釋說明該函數(shù)的作用、參數(shù)的含義；程序中重要業(yè)務(wù)邏輯的部分加入注釋說明該段代碼的思路以及算法。

4.代碼塊要用花括號界定。即使代碼塊里只有一行代碼，也盡量使用花括號來界定代碼塊。

5.變量和函數(shù)的命名。盡量使用自說明的標(biāo)志符來命名變量和函數(shù)，通過名稱即可大致了解變量的用途和函數(shù)的作用。

雖然目前無法通過系統(tǒng)自動檢查程序是否符合代碼規(guī)范，但是相對于驗證程序的正確性，該項任務(wù)僅需要較少的工作量。我們通過演示示例代碼、點評典型代碼和評分時額外加分引導(dǎo)學(xué)生遵守代碼規(guī)范。通過編碼規(guī)范的強調(diào)和實施，對提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)具有潛移默化的作用。

四、結(jié)語

實驗教學(xué)改革以來，在線評測系統(tǒng)輔助的實驗課模式有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力，同時該方式也極大了減少了教師的工作量，使教師有時間關(guān)注于培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣。實踐表明在線評測系統(tǒng)輔助的實驗課模式取得了良好的教學(xué)效果。