賈金芳

摘要：C++程序設(shè)計(jì)課程作為計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生必修的專業(yè)核心課程之一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生通過編程解決實(shí)際問題的能力和邏輯思維方面起重要作用。針對(duì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程存在的問題分析，對(duì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、考核評(píng)價(jià)方式等方面進(jìn)行多元化、過程化改革，構(gòu)建“以賽促學(xué)，以賽促練”的教學(xué)體系，有助于進(jìn)一步培養(yǎng)和提升學(xué)生的編程實(shí)踐能力、競賽能力和綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： C++程序設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革；實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）08-0146-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

C++程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生需要重點(diǎn)掌握的一門程序設(shè)計(jì)課程，其主要講授C++編程語言，介紹面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)面向?qū)ο缶幊趟季S。該課程的先導(dǎo)課程是C語言程序設(shè)計(jì)，C語言是一種面向過程的編程語言，從C語言到C++語言的過渡， 也是面向過程思維向面向?qū)ο笏季S的跨越。

C++程序設(shè)計(jì)課程包括理論課和實(shí)驗(yàn)課兩部分，二者相輔相成，缺一不可。俗話說：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”，程序設(shè)計(jì)類課程除了讓學(xué)生掌握基本語法和編程思想等基礎(chǔ)知識(shí)外，更重要的是要通過課程學(xué)習(xí)讓學(xué)生掌握編程方法，具備動(dòng)手編程解決實(shí)際問題的能力[1]。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，在理論知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)和將理論應(yīng)用于實(shí)踐中起到橋梁作用，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、自主分析能力和解決問題的思維能力[2]。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一、技術(shù)手段相對(duì)滯后，無法完全調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果和學(xué)習(xí)成效不佳。為改善這些問題，及時(shí)調(diào)整教學(xué)手段，探索新的教學(xué)模式和方法顯得非常重要。

1 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

C++作為計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生接觸的第二門程序設(shè)計(jì)語言，基于前期C語言學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，學(xué)生的編程能力參差不齊，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法無疑是達(dá)不到平衡需求的。經(jīng)總結(jié)分析，C++程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的挑戰(zhàn)主要有以下幾個(gè)方面。

1） 忽略實(shí)踐的重要性。實(shí)驗(yàn)課程是注重實(shí)踐能力鍛煉的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大多數(shù)上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為對(duì)理論課堂講解實(shí)例或教材上例題的練習(xí)，或?qū)σ恍├碚撝R(shí)點(diǎn)的調(diào)試和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)題目難度低，沒有與實(shí)際問題相關(guān)的針對(duì)性或綜合性訓(xùn)練，只是對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的分散理解，沒有做到融會(huì)貫通，不能達(dá)到熟練應(yīng)用水平。同時(shí)，缺乏與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)，限制了學(xué)生對(duì)編程在實(shí)際應(yīng)用中的理解和應(yīng)用。此外，學(xué)生參加程序設(shè)計(jì)類競賽很少，如ACM、藍(lán)橋杯、天梯賽等大范圍開展的程序設(shè)計(jì)大賽，其題目難度較大，也需要全面的知識(shí)儲(chǔ)備。學(xué)生在這方面了解不深，未能及時(shí)掌握行業(yè)發(fā)展需求，沒有真正理解學(xué)會(huì)編程的重要性。

2） 未考慮學(xué)生能力的差異性。經(jīng)過前期對(duì)C語言課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)編程的了解和掌握程度不可避免地會(huì)存在差異性，有些學(xué)生可能更擅長分析和解決復(fù)雜的編程問題，而另一些學(xué)生可能需要更多的指導(dǎo)和幫助，這種差異對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)和組織提出了挑戰(zhàn)。一般來說，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的邏輯思維，容易接受新知識(shí)、新觀念，但是，正所謂尺有所短，寸有所長[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所有學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一樣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)好的學(xué)生覺得沒有任何挑戰(zhàn)，長此以往學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣逐漸降低，而基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生不能獨(dú)立完成或完成有一定難度，無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)提供不同層次和難度的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，以滿足學(xué)生的不同需求。

3） 考核方式單一。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法傾向于以結(jié)果為導(dǎo)向，重視實(shí)驗(yàn)的正確性和完成度。這種評(píng)價(jià)方式忽略了學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中思考能力和創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生限于完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，不重視解決問題的思考過程，無法有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。另外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、軟件環(huán)境和教師人力等資源的限制，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和機(jī)會(huì)受到限制，無法充分探索和實(shí)踐。

2 課程實(shí)驗(yàn)改革思路

計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐環(huán)節(jié)密不可分，動(dòng)手編程能力在程序設(shè)計(jì)課程中具有不可替代的重要地位，是培養(yǎng)、提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要組成部分。

理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐是理論的應(yīng)用，二者相輔相成，缺一不可。只有將課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，課內(nèi)教學(xué)和課外實(shí)踐相結(jié)合，才能扎實(shí)掌握一門編程語言。

針對(duì)以上課程現(xiàn)狀，C++程序設(shè)計(jì)課程組在計(jì)算機(jī)系的大力支持下，以培養(yǎng)學(xué)生編程實(shí)踐能力為基礎(chǔ)，培養(yǎng)計(jì)算思維為核心，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)[4]，主要從實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和考核方式兩方面進(jìn)行了多元化、過程化的改革嘗試，具體改革思路如下。

2.1 教學(xué)方法

首先，對(duì)于加強(qiáng)編程實(shí)踐能力方面，根據(jù)學(xué)生的能力和學(xué)習(xí)進(jìn)度，提供個(gè)性化的實(shí)踐指導(dǎo)。一些學(xué)生可能需要更多的支持和指導(dǎo)，而另一些學(xué)生可能希望有更大的挑戰(zhàn)。這部分需要增加輔導(dǎo)人力投入，引入了“高年級(jí)助教”機(jī)制。其次，在學(xué)生能力差異性問題方面，課程以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手編程能力為基礎(chǔ)，貫徹“一提升，二突出，三層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)思想，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)目標(biāo)開設(shè)不同層次的驗(yàn)證、綜合類實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)題型主要包括編程題，題目難度從易到難提升，考點(diǎn)從基礎(chǔ)到綜合，部分章節(jié)內(nèi)容會(huì)增加附加題目，以利于滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，突出學(xué)生自主性。此外，多元化教學(xué)方法不應(yīng)該僅用于理論教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也同樣適用，如小組學(xué)習(xí)機(jī)制、項(xiàng)目實(shí)踐練習(xí)等，利用現(xiàn)代化技術(shù)和在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，提供交互式學(xué)習(xí)資源和實(shí)踐環(huán)境，使學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)和探索。

2.2 考核方式

課程考核方式改革一直是高等教育改革的重要組成部分[5]。傳統(tǒng)考核方式主要以學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)作業(yè)為主，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果很難完全得到體現(xiàn)，成績差距不明顯。為改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)定性評(píng)價(jià)方式，引入了過程化考核方式，將CSP認(rèn)證考試成績以20%的比例納入課程考核中。CSP考試有固定的考試周期和時(shí)間，不僅考查學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，還注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、問題解決能力和實(shí)踐能力，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考驗(yàn)，沒有平時(shí)的長期練習(xí)和知識(shí)、技術(shù)積累，很難取得好的成績。因此，過程化考核方式的改革既有效評(píng)估了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，又促進(jìn)了綜合能力的提升。

3 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

基于上述改革思路，課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要改革在以下幾方面體現(xiàn)。

3.1 引入助教機(jī)制

為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，盡可能輔導(dǎo)到每一位同學(xué)，課程組引入“高年級(jí)助教”機(jī)制。助教通過課程組發(fā)布助教招聘公告后，由高年級(jí)優(yōu)秀同學(xué)自愿報(bào)名，然后經(jīng)過課程組面試選拔選出，每個(gè)班級(jí)分配1名助教輔助任課教師完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

這些高年級(jí)助教通過前期的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，對(duì)該門課程有一定的掌握和經(jīng)驗(yàn)。他們可以與學(xué)生進(jìn)行更密切的互動(dòng)，同時(shí)也更容易理解學(xué)生們的學(xué)習(xí)困難和疑惑，并結(jié)合自己學(xué)習(xí)的過程和經(jīng)驗(yàn)提供個(gè)性化的指導(dǎo)和建議，促進(jìn)與學(xué)生間的思維碰撞。另外，助教可以給學(xué)生分享優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)方法，幫助學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。助教也可以通過分享自己的編程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐案例，激發(fā)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的興趣，有趣的編程項(xiàng)目和應(yīng)用案例，幫助學(xué)生看到編程的實(shí)際應(yīng)用和潛在價(jià)值，從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

3.2 分層實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)理論教學(xué)及學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握情況自行編寫實(shí)驗(yàn)卡，設(shè)計(jì)多道實(shí)驗(yàn)題目，難度從易到難，難度依次遞增。將實(shí)驗(yàn)任務(wù)分為不同的層次和難度，學(xué)生可根據(jù)自己的能力水平選擇適合的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這樣可以滿足不同學(xué)生的需求，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的個(gè)性化和針對(duì)性。為了與競賽等編程環(huán)境保持一致，實(shí)驗(yàn)題目主要以測試用例模式為準(zhǔn)。為防止學(xué)生直接復(fù)制粘貼快速抄襲，給學(xué)生留有充分的做實(shí)驗(yàn)時(shí)間，原則上學(xué)生將在課堂上完成所有題目，若有不能完成的同學(xué)，課后也會(huì)有3天左右時(shí)間繼續(xù)完成，學(xué)生完成作業(yè)后將作業(yè)壓縮包在限定截止日期前提交至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，等待教師批閱。

3.3 發(fā)揮學(xué)生主體作用

實(shí)驗(yàn)課堂上，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體作用。課前教師會(huì)將每道題目需要解決的問題闡述清楚，然后由學(xué)生自由發(fā)揮，自主完成代碼編寫、調(diào)試等，期間若有不能自主解決的問題，老師和助教也是以引導(dǎo)、激勵(lì)的方式指導(dǎo)。

批改完作業(yè)后，整體分析學(xué)生作業(yè)情況，并在下次上課前半個(gè)小時(shí)內(nèi)對(duì)大部分同學(xué)沒有完全掌握的題目由任課教師或助教現(xiàn)場實(shí)時(shí)編程講解。

3.4 小組學(xué)習(xí)機(jī)制

將班級(jí)學(xué)生按照4-5人/組劃分成多個(gè)小組，以“好帶差，小組幫扶制”為原則，學(xué)生自由組合，并推出組長的形式來分組。學(xué)生可以在小組中分享自己的理解和經(jīng)驗(yàn)，解答彼此的疑問，互相幫助和支持，這種互動(dòng)可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。同時(shí)，通過小組討論和合作完成編程任務(wù)，學(xué)生可以相互借鑒和學(xué)習(xí)其他同學(xué)的思路和方法，促進(jìn)共同進(jìn)步和提升，也有助于提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通能力，使成員個(gè)體感受到在團(tuán)隊(duì)中的價(jià)值，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)認(rèn)同感，幫助學(xué)生樹立“團(tuán)結(jié)、和諧、進(jìn)取”的社會(huì)價(jià)值觀[6-7]。

3.5 引入OJ平臺(tái)

引入在線評(píng)測系統(tǒng)OJ（Online Judge） 作為實(shí)驗(yàn)課程的一部分，任課教師可以根據(jù)理論教學(xué)進(jìn)度和知識(shí)點(diǎn)范圍設(shè)計(jì)題目并在OJ平臺(tái)開放，這些題目可設(shè)置較長的時(shí)間范圍，方便學(xué)生課后隨時(shí)練習(xí)。如圖1所示為學(xué)習(xí)面向?qū)ο笕筇匦云陂g的一次練習(xí)題目，通過答題情況來看，練習(xí)題目也切實(shí)做到了分層設(shè)計(jì)。一方面，OJ提供實(shí)時(shí)的程序評(píng)測和反饋功能，學(xué)生提交代碼后，可以立即得到結(jié)果和反饋，這種實(shí)時(shí)性的評(píng)測和反饋有助于學(xué)生快速發(fā)現(xiàn)和修正代碼中的錯(cuò)誤，提高調(diào)試和錯(cuò)誤處理的能力。另一方面，基于OJ系統(tǒng)學(xué)生需要按照特定的編碼規(guī)范和要求完成編程任務(wù)，這有助于培養(yǎng)學(xué)生編寫規(guī)范、可讀性強(qiáng)的代碼的能力，提高代碼的質(zhì)量和可維護(hù)性。同時(shí)通過學(xué)習(xí)和練習(xí)各種編程技巧和方法，提高學(xué)生的算法設(shè)計(jì)和解決問題的能力，做到與程序設(shè)計(jì)類競賽較好的銜接。

3.6 CSP機(jī)制

中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF） 計(jì)算機(jī)軟件能力認(rèn)證（Certified Software Professional， CSP） 是CCF聯(lián)合華為、360、滴滴等10余家知名IT企業(yè)以及清華、北航、國防科大等15所著名高校于2014年推出CCF CSP認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，用于評(píng)價(jià)業(yè)界人士的計(jì)算機(jī)軟件能力。

計(jì)算機(jī)軟件能力認(rèn)證以被測試者熟練掌握程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法，通過一定范圍內(nèi)自選的通用編程語言，在指定時(shí)間空間內(nèi)，熟練、準(zhǔn)確地完成對(duì)給定問題的編程和調(diào)試為認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。編程語言允許使用C/C++、Java或Python。所編程序的正確性由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)事先給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，通過者得分，否則不得分。測試的問題覆蓋大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)所學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法，以及相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并關(guān)注編程技巧的使用、性能的優(yōu)化，以及異常情況的正常處理。

通過準(zhǔn)備和參加CSP認(rèn)證考試，學(xué)生不僅可以提升在軟件開發(fā)領(lǐng)域的專業(yè)技能，包括算法設(shè)計(jì)、編程語言等方面的知識(shí)[8]；取得高成績的CSP證書也可以為學(xué)生在求職和升學(xué)時(shí)提供有力的證明，增強(qiáng)學(xué)生的競爭力；通過考試內(nèi)容還可以使學(xué)生了解實(shí)踐應(yīng)用和行業(yè)發(fā)展需求，發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和不足，及時(shí)彌補(bǔ)知識(shí)和技能的漏洞，有效優(yōu)化后期學(xué)習(xí)計(jì)劃。

構(gòu)建“以賽促學(xué)，以賽促練”的教學(xué)體系，在C++課程中，除了實(shí)驗(yàn)成績外，將CSP以20%的比例計(jì)入考核方式。學(xué)生學(xué)習(xí)完C語言課程后即被要求參加CSP認(rèn)證考試，通過實(shí)時(shí)體驗(yàn)競賽模式、考題形式、考試內(nèi)容，及對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)時(shí)應(yīng)用，清楚對(duì)知識(shí)的掌握情況，明確后續(xù)學(xué)習(xí)的努力方向。課程具體考核方案如表1所示，可以看出，課程考核方案更注重過程學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)以考促學(xué)、以考促教，以賽促學(xué)、以賽促練的模式。通過CSP認(rèn)證要求盡早培養(yǎng)和提升學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力，部分學(xué)生在第一學(xué)年CSP成績就可以達(dá)到200分左右水平。平時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生參加ACM、藍(lán)橋杯、天梯賽等程序設(shè)計(jì)類競賽，獲得了多項(xiàng)佳績。

綜上，通過多種實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生更好地理解課堂教學(xué)內(nèi)容，拓展知識(shí)面，延伸和擴(kuò)展了課堂教學(xué)。全面地培養(yǎng)了學(xué)生的素質(zhì)，提高了學(xué)生的抽象能力、邏輯思維能力、及動(dòng)手編程能力等，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

通過綜合運(yùn)用課程助教、分層實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、小組學(xué)習(xí)、OJ平臺(tái)、CSP認(rèn)證等教學(xué)手段，為學(xué)生提供了更豐富、多樣化和個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助學(xué)生全面發(fā)展和成長。同時(shí)，也能夠更好地滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。綜合來看，這些教學(xué)方式可以全面提升學(xué)生的編程能力、解決實(shí)際問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和專業(yè)素養(yǎng)，對(duì)學(xué)生在編程領(lǐng)域的發(fā)展和未來的職業(yè)發(fā)展都具有重要意義。

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【通聯(lián)編輯：王 力】