李德川　方振國　梁霞

【摘要】在現(xiàn)代工程教育背景下，要求加強(qiáng)培養(yǎng)知行合一的高素質(zhì)專門人才。文中以C語言軟件設(shè)計(jì)教學(xué)為研究對象，通過對C語言教學(xué)現(xiàn)狀的分析，提出用階梯型目標(biāo)對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行分級設(shè)計(jì)，解決學(xué)生參與度低、編程不積極和實(shí)驗(yàn)無效果的現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，結(jié)合生活實(shí)際，利用學(xué)生思維活躍特點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性特長，把知識的傳授貫穿在程序設(shè)計(jì)中，將普及性教育與探究式教育相融合，探索提升實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)新模式。

【關(guān)鍵詞】C語言? 探究? 新工科

【基金項(xiàng)目】安徽省“六卓越、一拔尖”卓越人才培養(yǎng)創(chuàng)新項(xiàng)目（2019zyrc056）;淮北師范大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（JY19003， JY19037）。

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）08-0054-03

新工科是在建立國際競爭的新優(yōu)勢、加快我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級的迫切需求下提出的，建立適應(yīng)國家戰(zhàn)略發(fā)展的新型工程教育[1]。要站在國家戰(zhàn)略層次上審視產(chǎn)業(yè)和未來的需求，以服務(wù)和引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展為己任，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才[2]。在教書育人的實(shí)踐中，要以立德樹人為根本，遵循工程教育的發(fā)展規(guī)律，從實(shí)踐出發(fā)，把教學(xué)內(nèi)容與社會需求結(jié)合起來，堅(jiān)持以學(xué)生為導(dǎo)向，尊重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，培養(yǎng)理論能力與工程能力交叉融合的創(chuàng)新型工程人才[1，3]。新工科背景下的人才培養(yǎng)要求我們從專業(yè)建設(shè)出發(fā)，緊密結(jié)合實(shí)踐[4]，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新水平高和綜合素質(zhì)過硬的優(yōu)秀畢業(yè)生[5]。在此背景下，我們從電子信息系的C語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)出發(fā)，探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式。C語言程序設(shè)計(jì)又稱為高級語言程序設(shè)計(jì)，是大學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程[6]。學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)既可以了解計(jì)算機(jī)的工作原理，也可以用來培養(yǎng)學(xué)生分析、總結(jié)和處理問題的能力。對于同一個(gè)問題，在C語言編程中可以有多種處理方法，程序的多重性可以極大地活躍學(xué)生的創(chuàng)造性思維。C語言實(shí)驗(yàn)作為應(yīng)用的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，在課程教學(xué)中占據(jù)非常重要的地位，如何在實(shí)驗(yàn)中保質(zhì)保量地讓每一位學(xué)生都能個(gè)性發(fā)展、最大限度地發(fā)揮所長，而不是完成基礎(chǔ)訓(xùn)練，是目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中急需解決的一個(gè)問題。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的類型大部分以“驗(yàn)證”“設(shè)計(jì)”“綜合”為主，學(xué)生配有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，學(xué)生課前預(yù)習(xí)和編寫程序，上機(jī)來驗(yàn)證，然后，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告上學(xué)生驗(yàn)證的情況給以評判。對于學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，上機(jī)驗(yàn)證這個(gè)過程很快完成，挑戰(zhàn)性不高，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣下降;而對于基礎(chǔ)稍差的同學(xué)，通過整節(jié)課的學(xué)習(xí)和調(diào)試也能完成。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，基礎(chǔ)好的同學(xué)和基礎(chǔ)差的同學(xué)調(diào)試內(nèi)容幾乎沒有什么區(qū)別，在得分上也很接近，沒有區(qū)分度。本文從C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)出發(fā)，把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為含有基礎(chǔ)應(yīng)用和高級應(yīng)用兩個(gè)層次，把驗(yàn)證、設(shè)計(jì)和綜合等環(huán)節(jié)融入到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中去，以此來探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革模式，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)對象的全覆蓋，并能夠?qū)W(xué)生個(gè)體進(jìn)行差異化培養(yǎng)。

本文以“點(diǎn)菜系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)為例，把選擇結(jié)構(gòu)作為必須掌握的基礎(chǔ)知識，把循環(huán)結(jié)構(gòu)作為提高部分，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的層次設(shè)計(jì)。

1.基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用

在教學(xué)中，基礎(chǔ)知識為學(xué)生必須掌握的部分，要求全部學(xué)生能夠了解和運(yùn)用。在基礎(chǔ)應(yīng)用這個(gè)層次，學(xué)生只要能夠正確運(yùn)用選擇結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜，即可認(rèn)為達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

在課程的具體實(shí)施中，可以把該部分分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)知識的掌握情況、程序設(shè)計(jì)的討論階段和程序的實(shí)施。

1.1基礎(chǔ)知識的理解

在基礎(chǔ)知識的掌握環(huán)節(jié)，可以通過學(xué)生主動回答，其他同學(xué)補(bǔ)充，教師總結(jié)的形式來鞏固基礎(chǔ)知識。通過問答，學(xué)生可掌握選擇結(jié)構(gòu)的類型和使用條件。如選擇的兩種語句：if（）和switch（）語句;

if語句為兩分支語句，含有3種形式：

第一種形式：無else部分

if（表達(dá)式）? ?語句;

第二種形式：標(biāo)準(zhǔn)格式

if（表達(dá)式）? 語句1;

else? ?語句2;

第三種形式：嵌套

if（表達(dá)式1）? 語句1;

else if（表達(dá)式2）? 語句2;

…

else if（表達(dá)式n）? 語句n;

else 語句n+1;

switch語句為多分支語句：

switch（表達(dá)式）

{case 常量1：語句1;

case 常量1：語句1;

…

case 常量n：語句n;

default： 語句n+1;? ?}

在學(xué)生了解語句格式時(shí)，提醒學(xué)生語句使用的語法規(guī)則，如在if語句中，表達(dá)式的類型可以為關(guān)系、邏輯、數(shù)值等不同形式。但在switch語句中，表達(dá)式的類型必須為整型或字符型。這一部分大約用時(shí)5分鐘。

1.2程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣性

在程序設(shè)計(jì)的討論環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生用不同的語句實(shí)現(xiàn)選擇功能，放飛學(xué)生的思維定式。比如用if語句怎么實(shí)現(xiàn)？用if-else if-else語句怎么實(shí)現(xiàn)？用switch語句怎么實(shí)現(xiàn)？在討論后，總結(jié)用哪個(gè)語句寫程序更簡潔，更美觀。而在程序的具體語句形式上不指定格式，充分給予學(xué)生自主選擇權(quán)。而在分支語句的表達(dá)式上，既可以用數(shù)字，也可用字符來代替某菜名，示例如下：

用整型變量n代表選擇的某菜名。

if（n==1）? ?printf（"番茄雞蛋＼n"）;

if（n==2）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用if—else if—else表示

if（n==1）? ?printf（"番茄雞蛋＼n"）;

else if（n==2）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用switch表示

switch（n）

{ case 1： printf（"番茄雞蛋＼n"）;break;

case 2： printf（"酸辣土豆絲＼n"）;break;

…

}

若用字符ch代表選擇的某菜名。

if（ch== 'a'）? ?printf（"番茄雞蛋＼n"）;

if（ch== 'b'）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用if—else if—else表示

if（ch== 'a'）? ? ? printf（"番茄雞蛋＼n"）;

else if（ch== 'b'）? ?printf（"紅燒排骨＼n"）;

…

或用switch表示

switch（ch）

{ case? 'a'： printf（"番茄雞蛋＼n"）; break;

case? 'b'： printf（"酸辣土豆絲＼n"）; break;

…

}

經(jīng)過上述的討論，學(xué)生在程序的多樣性上有了一個(gè)直觀的認(rèn)識，對選擇結(jié)構(gòu)又多了一分認(rèn)識。這一部分大約用時(shí)10～15分鐘。

1.3程序的設(shè)計(jì)與指導(dǎo)

在程序的實(shí)施環(huán)節(jié)，學(xué)生選擇1～2種形式來完成剩下的部分，讓學(xué)生體會程序的編輯-執(zhí)行過程。同時(shí)，隨機(jī)將學(xué)生運(yùn)行的結(jié)果展示在大屏幕上，提高學(xué)生的參與感和自豪感，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動力。

在本環(huán)節(jié)完成后，教授分支語句的任務(wù)已經(jīng)圓滿完成，在這一環(huán)節(jié)中，參加實(shí)驗(yàn)的每一位學(xué)生都可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果，實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊呀?jīng)達(dá)到，保證了人人參與，人人會用，實(shí)現(xiàn)了大眾教育。

對于學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、計(jì)算機(jī)操作熟練的學(xué)生，如何抓住他們的興趣點(diǎn)，讓他們有所收獲，是我們在教學(xué)中需要考慮的個(gè)性化培養(yǎng)的問題。

2.程序的高級運(yùn)用

在上述用分支語句實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜的過程中，每次運(yùn)行只能得到一個(gè)菜名，功能性有一定的局限性。我們可以對該程序進(jìn)行難度升級，例如點(diǎn)菜時(shí)，實(shí)現(xiàn)想點(diǎn)幾道菜就點(diǎn)幾道菜，想結(jié)束點(diǎn)菜就結(jié)束點(diǎn)菜。在這一部分的訓(xùn)練中，用問題的難度升級進(jìn)行精英化教育。

2.1項(xiàng)目任務(wù)的分解

要解決上述問題，首先，如何實(shí)現(xiàn)任意多次點(diǎn)菜？其次，如何在不想點(diǎn)菜的時(shí)候，結(jié)束程序？把這兩個(gè)問題分解出來拋給學(xué)生，引發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識循環(huán)語句、循序結(jié)束的條件，以及循環(huán)內(nèi)部的循環(huán)方向。經(jīng)過討論，可以得知循環(huán)既可以用for語句，也可以用while語句;循環(huán)結(jié)束的語句可以用特定字符來判斷;是否循環(huán)可以在循環(huán)內(nèi)部設(shè)置接收新字符的函數(shù)。

2.2關(guān)鍵語句

循環(huán)語句的選用，例如用當(dāng)選擇特定字符Q時(shí)，退出點(diǎn)菜，則該表達(dá)式為ch！= 'Q';用while語句嵌套分支語句，表示為while（ch！= 'Q'）。此時(shí)，還有一點(diǎn)一定要學(xué)生體會的是，循環(huán)體內(nèi)的循環(huán)執(zhí)行方向，ch=getchar（）; 若該條語句缺失，程序?qū)⒃鯓舆\(yùn)行？如何修正？引導(dǎo)學(xué)生積極思考，掌握C程序的運(yùn)行邏輯，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2.3示例演示

點(diǎn)菜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有很多種方法，我們以其中一種switch為例，演示點(diǎn)菜系統(tǒng)的全過程，用程序運(yùn)行結(jié)果與學(xué)生編程進(jìn)行相互驗(yàn)證。

#include <stdio.h>

void main（）

{ char ch;

ch=getchar（）;

while（ ch！= 'Q'）

{switch（ch）

{? ?case 'a'： printf（"番茄雞蛋＼n"）;break;

case 'b'： printf（"酸辣土豆絲＼n"）;break;

case 'c'： printf（"紅燒排骨＼n"）;break;

default： printf（"請選擇其他可口菜肴?。躰"）; putchar（'＼a'）;}

}

ch=getchar（）;

}

printf（"thanks?。躰"）; }

從參考程序上來看，程序非常簡單，但是若少了一些關(guān)鍵點(diǎn)，程序很難正確執(zhí)行，例如我們?nèi)コh(huán)執(zhí)行方向的語句：ch=getchar（），則結(jié)果是無限循環(huán)，始終顯示第一個(gè)分支，即第一道菜“番茄雞蛋”;若含有ch=getchar（）;語句，則運(yùn)行結(jié)果完全正常，循環(huán)方向隨著輸入的變化而不斷變化。通過以上述兩種結(jié)果的對比，提醒學(xué)生在程序體嵌套的過程中要時(shí)刻注意程序的走向，通過對程序的預(yù)分析，提高自己的應(yīng)用水平。

2.4程序的輸出優(yōu)化

這一部分以課外作業(yè)的形式留給學(xué)生，讓學(xué)生有充分的鍛煉和選擇的機(jī)會。如在選擇前，分行顯示所有菜名及其對應(yīng)的字符編號，菜名是否用分割符分開等等，提高學(xué)生改進(jìn)程序的熱情。

3.結(jié)論

本文以C語言的上機(jī)實(shí)驗(yàn)為研究對象，對實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和實(shí)施方式進(jìn)行分級量化，在基礎(chǔ)知識掌握環(huán)節(jié)，面向全員，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識教育的全覆蓋，實(shí)現(xiàn)大眾化教育;在知識進(jìn)階環(huán)節(jié)，面向?qū)W習(xí)和動手能力強(qiáng)的同學(xué)，重點(diǎn)提高，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，實(shí)現(xiàn)精英化教育。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中，始終堅(jiān)持以學(xué)生的發(fā)展為中心的教育理念，把學(xué)生個(gè)性化的認(rèn)知融入到教學(xué)活動中，把教學(xué)實(shí)踐與社會需求結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，以實(shí)際行動探索新工科背景下的人才培養(yǎng)模式。在該模式下，通過對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對基礎(chǔ)知識理解得更深入，學(xué)生更愿意動手設(shè)計(jì)自己的個(gè)性化程序，教學(xué)效果明顯提升。在今后的教學(xué)中，將進(jìn)一步考慮把生活實(shí)例與C語言編程結(jié)合起來，探討新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以滿足新形勢下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

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[4]李正良，廖瑞金，董凌燕.新工科專業(yè)建設(shè)：內(nèi)涵、路徑與培養(yǎng)模式[J].高等工程教育研究，2018（2）：20-24.

[5]林健.新工科建設(shè)：強(qiáng)勢打造“卓越計(jì)劃”升級版[J].高等工程教育研究，2017（3）：13-20.

[6]譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社， 2013.

作者簡介：

李德川（1985年-），男，安徽懷遠(yuǎn)人，副教授，博士，研究方向：電子技術(shù)。