基于CDIO工程教育模式的C語言課程教學(xué)改革

黃麗韶

摘要：為了提高學(xué)生的C語言程序設(shè)計(jì)思維和編程技巧，文章嘗試以CDIO工程教育模式進(jìn)行教學(xué)改革，完整的設(shè)計(jì)了C語言課程的教學(xué)目標(biāo)，邏輯體系框架，知識(shí)要點(diǎn)、能力要點(diǎn)的掌握程度，實(shí)施方法及考核方式。

關(guān)鍵詞：CDIO工程教育；C語言；教學(xué)改革

C語言程序設(shè)計(jì)是我院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)的第一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課程的先修課程，是計(jì)算機(jī)專業(yè)規(guī)劃里的一門重要課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中基本上能掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，但缺乏程序設(shè)計(jì)思維，并不具備掌握工程化思想進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的能力。文章基于CDIO工程教育模式嘗試對(duì)C語言課程進(jìn)行教學(xué)改革，旨在以問題驅(qū)動(dòng)的方式，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，讓學(xué)生按照軟件工程的思想從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)到系統(tǒng)編碼，再到系統(tǒng)測(cè)試，進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

1 教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)C語言課程，將為后續(xù)其他編程類課程的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)，并且培養(yǎng)學(xué)生在10個(gè)方面的CDIO能力，分別是一下內(nèi)容。

（l）計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)知識(shí)：熟練掌握C語言基礎(chǔ)知識(shí)。

（2）系統(tǒng)的顯現(xiàn)和交互作用：培養(yǎng)學(xué)生識(shí)別系統(tǒng)所表現(xiàn)的行為和功能特性的能力。培養(yǎng)學(xué)生識(shí)別系統(tǒng)單元間的重要接口的能力。

（3）解決問題時(shí)的妥協(xié)、判斷和平衡：掌握C語言程序設(shè)計(jì)中跟蹤調(diào)試的技巧，在編寫程序的過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決，理解程序測(cè)試的重要性，能根據(jù)測(cè)試結(jié)果修改程序。

（4）分析問題：運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題。

（5）驗(yàn)證假設(shè)與結(jié)論：能夠根據(jù)需求、設(shè)計(jì)階段的假設(shè)，通過編程驗(yàn)證得出符合系統(tǒng)的功能。

（6）綜合和通用化：能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，在解決過程中學(xué)會(huì)融會(huì)貫通，靈活應(yīng)用。

（7）發(fā)現(xiàn)問題和表述問題：在編寫、測(cè)試、運(yùn)行程序的過程中善于發(fā)現(xiàn)問題，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)加以解決。

（8）軟件工程知識(shí)：掌握主流軟件開發(fā)過程模型。掌握軟件工程的基本原理，進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。掌握軟件開發(fā)基本工具的使用方法。

（9）設(shè)計(jì)過程：分析備選設(shè)計(jì)方案；選擇初始設(shè)計(jì)方案；綜合最終設(shè)計(jì)。

（10）軟件實(shí)現(xiàn)過程：將高層組成部分分解為模塊設(shè)計(jì)，討論算法，描述編程語言，實(shí)施底層設(shè)計(jì)。

2 教學(xué)內(nèi)容的邏輯體系框架

教學(xué)內(nèi)容主要分為3個(gè)部分：第1個(gè)部分采用30個(gè)以上生動(dòng)活潑的小案例，按照分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、指針和字符串、結(jié)構(gòu)體與鏈表、文件、C語言圖形函數(shù)八大部分知識(shí)分類，將C語言全部的語法學(xué)習(xí)一遍，所有案例既鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力，又能解決實(shí)際問題。第2個(gè)部分設(shè)計(jì)1個(gè)實(shí)際的大項(xiàng)目，完全按照軟件工程的思想從項(xiàng)目的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)編碼、系統(tǒng)測(cè)試等環(huán)節(jié)進(jìn)行，從而使學(xué)生熟悉項(xiàng)目的開發(fā)流程，培養(yǎng)學(xué)生軟件工程的設(shè)計(jì)思想。第3部分設(shè)計(jì)1個(gè)游戲，目的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面。

3 知識(shí)要點(diǎn)及掌握程序

教學(xué)的知識(shí)要點(diǎn)主要按以下8個(gè)單元進(jìn)行闡述。 一單元的知識(shí)要點(diǎn)：if else、if else if、switch語法及其靈活運(yùn)用，掌握程度為運(yùn)用。二單元的知識(shí)要點(diǎn)：while、do while、for語法及其靈活運(yùn)用，循環(huán)的嵌套，枚舉法，多重循環(huán)，倒推法，掌握程度為運(yùn)用。三大循環(huán)典型結(jié)構(gòu)及邏輯思維能力訓(xùn)練方法總結(jié)，掌握程度為理解記憶。三單元的知識(shí)要點(diǎn)：數(shù)組元素的定義、引用，數(shù)組元素的查找，一維數(shù)組的應(yīng)用，二維數(shù)組元素的查找，二維數(shù)組的應(yīng)用，掌握程度為運(yùn)用。一維和二維數(shù)組的定義、引用、查找等基本操作及其靈活運(yùn)用，掌握程度為理解記憶。四單元的知識(shí)要點(diǎn)：無參函數(shù)的定義、應(yīng)用，有參有返函數(shù)的定義、應(yīng)用，函數(shù)的綜合應(yīng)用，掌握程度為運(yùn)用。介紹函數(shù)的四鐘形式及其應(yīng)用，掌握程度為理解記憶。五單元的知識(shí)要點(diǎn)：字符串的應(yīng)用，指針與字符串的綜合應(yīng)用，掌握程度為語用。指針與字符串的基本概念及其應(yīng)用，掌握程度為理解記憶。六單元的知識(shí)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體數(shù)組的應(yīng)用，鏈表的應(yīng)用，掌握程度為應(yīng)用。結(jié)構(gòu)體、鏈表的基本概念和應(yīng)用，掌握程度為理解記憶。七單元的知識(shí)要點(diǎn)：文件的打開和關(guān)閉，在文件中讀寫一個(gè)字符串，文件是數(shù)據(jù)塊的讀寫，文件和鏈表的綜合應(yīng)用，文件各知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用，掌握程度為運(yùn)用。八單元的知識(shí)要點(diǎn)：圖形顯示的基本原理、畫線函數(shù)的應(yīng)用，圓、橢圓等函數(shù)的應(yīng)用，矩形、填充等函數(shù)的應(yīng)用，C語言圖形處理函數(shù)的綜合應(yīng)用，掌握程度為記憶運(yùn)用。

4 能力要點(diǎn)和掌握程度

能力要點(diǎn)和掌握程度，如表1所示。

5 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施方法

本課程理論為48學(xué)時(shí)，實(shí)踐為32學(xué)時(shí)。為了達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果，還需要學(xué)生在課外進(jìn)行大量的自學(xué)，查閱相關(guān)的資料。課外學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)建議達(dá)到32學(xué)時(shí)以上。實(shí)施方法主要是邊講邊練，項(xiàng)目組研發(fā)形式開發(fā)模擬實(shí)際工作場(chǎng)景的實(shí)踐教學(xué)。教學(xué)實(shí)施方法主要包括講授教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、自主學(xué)習(xí)法等，具體如下：

（l）本課程以提高學(xué)生的編程技巧、培養(yǎng)軟件工程思想為主導(dǎo)，主要通過項(xiàng)目訓(xùn)練加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作和解決實(shí)際問題的能力。

（2）教學(xué)過程中，以學(xué)生為主體，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作等，加強(qiáng)工程能力的訓(xùn)練，運(yùn)用啟發(fā)引導(dǎo)、任務(wù)引領(lǐng)、問題導(dǎo)向、分組討論、協(xié)同教學(xué)等多種互動(dòng)式教學(xué)方法，完成課程教學(xué)任務(wù)。

（3）教學(xué)實(shí)施過程中，提供豐富的教育資源，如課件、案例、錄像、網(wǎng)絡(luò)資源等等，并輔助以大量的課后訓(xùn)練，提高學(xué)生的編程能力。

實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的主要項(xiàng)目包括單元組項(xiàng)目和課程綜合項(xiàng)目，其中單元組項(xiàng)目是上述提到的8個(gè)知識(shí)單元項(xiàng)目，課程綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)為商品庫存管理系統(tǒng)和貪吃蛇游戲。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)中小型商品流通公司商品庫存的相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行管理，主要包括商品的入庫管理、出庫管理、庫存信息維護(hù)、客戶信息維護(hù)、供應(yīng)商信息維護(hù)、查詢統(tǒng)計(jì)及其用戶管理等7大功能。主要的項(xiàng)目成果是項(xiàng)目報(bào)告，實(shí)施方法是實(shí)驗(yàn)教學(xué)法。貪吃蛇游戲主要是在屏幕上給定的一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，玩家通過控制鍵盤上的上、下、左、右方向鍵來控制“蛇”的前進(jìn)方向。屏幕上隨機(jī)出現(xiàn)“食物”，只要蛇頭位置與食物重合，就認(rèn)為吃到食物，蛇身正常一節(jié)，分?jǐn)?shù)也增加。玩家可持續(xù)玩，直到蛇碰到周圍的墻壁或蛇頭撞上蛇身體，游戲結(jié)束。項(xiàng)目的成果為項(xiàng)目報(bào)告，實(shí)施的方法主要是實(shí)驗(yàn)教學(xué)法。

6 結(jié)語

本課程采用百分制，滿分100分。實(shí)驗(yàn)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、答辯和實(shí)習(xí)報(bào)告考核成績(jī)3部分構(gòu)成。平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的60%，分為學(xué)生評(píng)定和教師評(píng)定兩個(gè)部分，比例為3：7左右。答辯占總成績(jī)的10%。實(shí)習(xí)報(bào)告占總成績(jī)的30%。考核又分為形成性考核和終結(jié)性考核。形成性考核占60%，主要有系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，測(cè)試與評(píng)價(jià)。考核的主要內(nèi)容包括：課堂表現(xiàn)及作業(yè)完成情況，系統(tǒng)各功能的代碼完成情況，測(cè)試結(jié)果及組間評(píng)價(jià)結(jié)果。終結(jié)性考核占40%，主要是答辯和項(xiàng)目報(bào)告。答辯主要是系統(tǒng)各功能模塊知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，項(xiàng)目報(bào)告主要是填寫是否規(guī)范，內(nèi)容是否正確，代碼填寫風(fēng)格是否一致。