呂 俊，陸淑娟

(南京工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210009)

0 引言

相對(duì)于傳統(tǒng)工科人材培養(yǎng)，“新工科”旨在培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)且具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。建設(shè)和發(fā)展“新工科”，如果還是沿用以往人才培養(yǎng)模式，那么培養(yǎng)出來的人才將無法滿足新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。目前,我國(guó)工科人才培養(yǎng)普遍存在著“目標(biāo)定位不清晰，工科教學(xué)理科化”的問題，尤其在通識(shí)教育方面與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致工科學(xué)生在綜合素質(zhì)與應(yīng)用能力上存在一定的缺陷。

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新能力是新工科人才能力培養(yǎng)的重要組成部分，由于C語言的經(jīng)典、高效與簡(jiǎn)潔，使它成為大部分工科類大學(xué)生入校后的第一門程序設(shè)計(jì)課程。通過學(xué)習(xí)學(xué)生可以深入地了解計(jì)算機(jī)工作原理，理解程序抽象與模塊化基本方法，掌握程序設(shè)計(jì)基本思想和過程[1]，并初步建立計(jì)算思維。由于C語言程序設(shè)計(jì)面向的大部分是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，在課程設(shè)置上有不少學(xué)校將它列入了通識(shí)課程范疇，并規(guī)定了統(tǒng)一的教學(xué)大綱，導(dǎo)致教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。如果在教學(xué)中能夠有意識(shí)地建立C語言與專業(yè)應(yīng)用之間的聯(lián)系橋梁，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)特的利用計(jì)算機(jī)來解決問題的思維方式，在后續(xù)的專業(yè)課程中再由專業(yè)課教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐，不僅能從整體上提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)良好學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維方式，還能在更大程度上激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能。

1 翻轉(zhuǎn)課堂與在線討論

C語言中既包含運(yùn)算符、數(shù)據(jù)類型和分支循環(huán)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識(shí)，也包含數(shù)組、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體、文件等重點(diǎn)內(nèi)容，還有指針以及鏈表這樣的難點(diǎn)。目前高校課程學(xué)時(shí)普遍不足，按原有方式開展教學(xué)很可能連基本內(nèi)容都無法講完，更不可能再與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，而MOOC教學(xué)及翻轉(zhuǎn)課堂的引入為這一問題的解決帶來了可能。C語言程序設(shè)計(jì)課程要求學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)方法，提高動(dòng)手操作能力，并能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，因此翻轉(zhuǎn)課堂[2-3]下自主學(xué)習(xí)與課堂靈活互動(dòng)的教學(xué)模式非常適合本課程教學(xué)。

基礎(chǔ)知識(shí)和基本的語法規(guī)僅需較短的教學(xué)視頻和較少的課上學(xué)時(shí)，進(jìn)行歸納和鞏固即可完成教學(xué)。數(shù)組、函數(shù)等重點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)避免在一個(gè)預(yù)習(xí)視頻中包含過多的知識(shí)點(diǎn)，盡量讓學(xué)生先明白語法結(jié)構(gòu)的來龍去脈建立全局觀念，便于在課堂翻轉(zhuǎn)時(shí)基于具體問題加以應(yīng)用和擴(kuò)展。對(duì)于指針和鏈表這樣的難點(diǎn)，應(yīng)盡量保證較多的課上學(xué)時(shí)與學(xué)生互動(dòng)，根據(jù)學(xué)生的掌握情況調(diào)整進(jìn)度，幫助學(xué)生消化理解加以應(yīng)用。C語言教學(xué)內(nèi)容要盡量以應(yīng)用為導(dǎo)向，但是大一學(xué)生并沒有學(xué)習(xí)到深入的專業(yè)知識(shí)，所以在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，要充分認(rèn)識(shí)到專業(yè)課和C語言之間關(guān)聯(lián)點(diǎn)在哪里，并由此根據(jù)不同的專業(yè)群制定相應(yīng)的教學(xué)大綱和方案。此外，C語言教學(xué)還處于大學(xué)學(xué)習(xí)中承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生可以將高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)等課程所學(xué)的知識(shí)在程序設(shè)計(jì)過程中融會(huì)貫通，不僅能深刻理解程序本質(zhì)以及解決問題的思路，更為專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

組織學(xué)生開展線上討論是保障學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。以往學(xué)生有了疑問往往需要等到課間或教師安排的答疑時(shí)間，問題不能得到及時(shí)的解決影響后繼學(xué)習(xí)任務(wù)。通過建立課程QQ或者微信群，將討論平臺(tái)從線下轉(zhuǎn)移到線上，使學(xué)生問題可以最快得到響應(yīng)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)以及創(chuàng)新意識(shí)。

2 案例牽引式教學(xué)

在課堂教學(xué)中，目前很多高校還在沿用照本宣科的教學(xué)模式，加上C語言概念繁雜，規(guī)則嚴(yán)格，極易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)和畏難情緒。由于抓不住學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和方法，即使學(xué)完了所有的內(nèi)容，也無法自主編出能解決實(shí)際問題的程序，與課程教學(xué)目標(biāo)相背離。對(duì)于信息時(shí)代下的新一代大學(xué)生，這種傳統(tǒng)教學(xué)方式已不再適用，他們獲取信息和知識(shí)的渠道不限于課堂，而且具有極強(qiáng)的個(gè)人主觀意識(shí)和搜索信息的能力，這需要教師去引導(dǎo)他們對(duì)所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和歸納，找出與實(shí)際的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

案例教學(xué)法打破了以語言知識(shí)點(diǎn)為主線的教學(xué)內(nèi)容組織模式，不按教材上的知識(shí)點(diǎn)授課，而是以層層遞進(jìn)的程序設(shè)計(jì)案例為中心，以構(gòu)建程序設(shè)計(jì)的思維方法為主線[4]。通過對(duì)問題的思考與分解去引導(dǎo)學(xué)生建立這種思維方法，并把要學(xué)習(xí)的語法和規(guī)則融合到具體案例中，整個(gè)教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)在應(yīng)用中學(xué)習(xí)，不僅能增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且對(duì)提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力也大有幫助。設(shè)置的案例可以是C語言傳統(tǒng)的經(jīng)典案例，如水仙花數(shù)、百錢百雞、求素?cái)?shù)等；也可以是結(jié)合基礎(chǔ)課程的應(yīng)用案例，比如矩陣運(yùn)算、求定積分、牛頓迭代法求根；還可以是解決實(shí)際生活問題的案例，比如個(gè)人所得稅計(jì)算、口算生成器、五子棋等。在學(xué)生具有了一定的編程基礎(chǔ)后，可以引入與專業(yè)相關(guān)的一些基礎(chǔ)案例，比如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分類與處理，圖形圖像的比較與處理，邏輯分析與推理，人工智能領(lǐng)域的BP算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃，數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的聚類分析等等。對(duì)于較復(fù)雜的案例可以逐步引入，在先導(dǎo)知識(shí)中適當(dāng)?shù)丶右凿亯|或者針對(duì)某一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，最后再完整地引出，便于學(xué)生理解與接受。

在教學(xué)過程中，隨堂編程能夠起到非常好的教學(xué)效果，所編寫的也不一定是完整的程序，可以是案例中某個(gè)處理細(xì)節(jié)的程序片段。通過這種隨學(xué)隨編的形式，學(xué)生可以對(duì)教師所講授內(nèi)容和設(shè)定任務(wù)快速內(nèi)化加以應(yīng)用。隨堂編程可以各自獨(dú)立完成或者小組討論，對(duì)同一問題找出多種求解方法，突破思維局限，產(chǎn)生思維碰撞，同時(shí)教師還可以在分析過程中帶著學(xué)生一起評(píng)估解決方案，深化對(duì)程序設(shè)計(jì)的理解與應(yīng)用。

3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)踐

C語言程序設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，洞悉程序設(shè)計(jì)的精髓并靈活運(yùn)用，必須通過實(shí)踐教學(xué)完成。通過實(shí)踐才能使學(xué)生真正明白什么是程序，如何設(shè)計(jì)并編寫程序，深入理解程序設(shè)計(jì)思想和方法，并將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中。

在案例教學(xué)牽引下，任務(wù)驅(qū)動(dòng)就有了實(shí)踐基礎(chǔ)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)[5]將再現(xiàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)化為探究式學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠處于積極思考的學(xué)習(xí)狀態(tài)，根據(jù)各自對(duì)“任務(wù)”的理解，運(yùn)用已知知識(shí)提出解決方案。它要求學(xué)生通過合理假設(shè)和抽象，將生活中實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)解決問題的模型，形成計(jì)算思維，完成從手到腦到思維能力的逐級(jí)提升。

安排上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于前半學(xué)期學(xué)生較難理解課程內(nèi)容所涉及的思維方法，所以實(shí)驗(yàn)中過程中盡可能采用分級(jí)式任務(wù)驅(qū)動(dòng)，設(shè)置遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，學(xué)生可以通過“理解→模仿→改寫→編寫→拓展"的實(shí)踐方式，逐步加深對(duì)程序設(shè)計(jì)的理解。在課程后半部分，除了完成常規(guī)上機(jī)實(shí)驗(yàn)外，還可以設(shè)置綜合性程序設(shè)計(jì)任務(wù)。開發(fā)系統(tǒng)可以是管理系統(tǒng)或者在課堂上引入的案例拓展，由教師和學(xué)生共同敲定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，最好具備一定開放性，學(xué)生以1～3人小組形式自由組合、分工合作。如在講到數(shù)組這一章時(shí)，就設(shè)置了人機(jī)大戰(zhàn)五子棋的任務(wù)，因?yàn)樵谡n堂案例中已經(jīng)引入了五子棋下棋規(guī)則，如何判決勝負(fù)，但是對(duì)機(jī)器采用的是隨機(jī)下子方法，那么在后繼任務(wù)里就可以要求學(xué)生編程使機(jī)器下棋變得“智能”，并在上機(jī)時(shí)展開PK，看誰編的程序能讓機(jī)器更“聰明”，能堅(jiān)持到最后。學(xué)生在理論學(xué)習(xí)過程中更具有針對(duì)性，綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編程，既加強(qiáng)了動(dòng)手操作能力，也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

4 多維度評(píng)價(jià)方式

以往傳統(tǒng)教學(xué)模式中，課程考核一般以期末考試為主，其比重約占到總成績(jī)70%～80%。但是僅憑一張?jiān)嚲硎菬o法衡量學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)情況，這對(duì)于全面評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和能力水平缺乏充分說服力，不利于人才培養(yǎng)。因此，為了客觀衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果，在教學(xué)中應(yīng)摒棄這種重期末、輕教學(xué)過程的鑒定型考核方法，取而代之的是引入過程型與鑒定型并重的考核方式，建立多維度評(píng)價(jià)體系，多角度、全方位進(jìn)行評(píng)價(jià)。

為此，在學(xué)校2011級(jí)引入了全新的課程評(píng)價(jià)方案，如表1所示。

表1 C語言程序設(shè)計(jì)課程評(píng)價(jià)方案

從表1可以看出，最后該課程期末考試成績(jī)僅占到總評(píng)成績(jī)的40%，而平時(shí)成績(jī)則從到課率、課堂提問、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、討論和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等多個(gè)角度進(jìn)行衡量，更加客觀地評(píng)價(jià)了學(xué)生學(xué)習(xí)效果。其中綜合程序設(shè)計(jì)以小組形式共同完成，該項(xiàng)評(píng)分由自評(píng)成績(jī)(組內(nèi)評(píng)分，占30%)，答辯成績(jī)(隨機(jī)抽取組內(nèi)任一成員代表小組答辯，各小組互評(píng)，占40%)，教師評(píng)分(綜合評(píng)分，占30%)組成，學(xué)生不僅從程序設(shè)計(jì)者角度，還從用戶角度評(píng)價(jià)軟件，加深了對(duì)程序設(shè)計(jì)的理解與認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)語

在國(guó)家大力建設(shè)新工科背景下，程序設(shè)計(jì)課程對(duì)信息技術(shù)與工程教育的深度融合有著重要作用。教學(xué)實(shí)踐表明，在C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)中采用以應(yīng)用為導(dǎo)向的案例牽引和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的實(shí)踐教學(xué)，不僅可以將教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，大幅度提高學(xué)生對(duì)課程的滿意度，而且能強(qiáng)化邏輯思維與計(jì)算思維，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，為專業(yè)學(xué)習(xí)和應(yīng)用實(shí)踐奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。