《程序設計基礎》課程的案例設計

陶維亮+劉艷+許賢澤+趙小紅

摘要：《程序設計基礎》是一門編程方面的基礎課，在各行各業都有廣泛的應用，是一門非常實用的課程。現有的教學方式往往關注編程語言的教學，忽略了編程方法和思維的訓練。在實踐方面也用常規的應用題來考察學生對語言的掌握程度，脫離了實踐。造成學生即使掌握了課堂內容，仍然不會解決實際問題。針對這一問題，作者提出課堂教學注重方法和思維訓練，降低語言本身教學的比重，引入行業問題或科研案例，引導學生分組協作，分解復雜問題，在任務驅動下解決問題，激發學習興趣。

關鍵詞：程序設計；科研實踐；任務驅動；教學案例

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）51-0228-02

一、引言

《程序設計基礎》是教授程序設計理念與方法的一門實用課程，通常以C語言為主要編程語言來講授。在多數學校，課程教材和教授方式往往本末倒置，用大量課堂時間來傳授C語言的概念和語法，卻忽略了程序設計思維的培養。實際上對于課程目的而言，C語言只是一個輔助教學工具，學生通過該門課程的學習，最終應該能夠了解和掌握結構化的編程思想，能夠設計小規模應用程序，通過各種數據類型的常量、變量以及函數、結構體等編程元素，將復雜問題分解為若干較簡單的子問題。總而言之，本課程最主要的目的是培養學生用程序解決實際問題的能力。如何處理C語言語法學習和程序設計思維方法學習之間的矛盾，是一個急迫需要厘清和解決的問題。

二、教學改革思路

在該教學目的的指導下，C語言的編程規則和語法作為基礎知識向學生講授，不求面面俱到，但要把應用性強的內容精心挑選出來，進行簡單的介紹。課程內容重心則應盡早轉移到算法思想、設計理念的構建上。授課方式也從精講細講的教授式轉變為激發興趣、啟發思路為主的引導式教學。當然，C語言的語法和規則是比較枯燥的內容，而算法思想、設計理念的講述也容易變成照本宣科或說教式的教學，勢必打擊學生的學習興趣和熱情。因此我們考慮引入工業或相關行業具體問題來介紹和提供給學生練習，讓他們能夠運用學到的C語言的基礎知識來解決實際問題。杜絕只教不學，沒有具體目標，只學細節，沒有總體觀和大局觀的現象。

三、教學案例的設計

由前面介紹可知，具體行業問題引入《程序設計基礎》課程有很大的好處。但行業問題或科研課題與實際教學結合的實施方案實現起來并不那么容易。整個過程可分為：語言知識結構體系構建；案例選題；介紹背景，設計實施框架；分解模塊，確定接口；分模塊解決問題；聯合調試；總結，撰寫報告。

1.語言知識結構體系構建，在進行教學案例實施之前，用6個課時講述基本的C語言知識，讓學生了解常用數據類型和變量，常量的基本使用方法，了解程序流程控制命令的使用方法，了解函數的基本使用方法，為后續的應用實驗打好基礎。基礎知識的介紹不要求面面俱到，只是讓學生了解或熟悉C語言的基本概念和基本語法，詳細的細節根據后續案例實現過程中的需要再逐漸補充。

2.案例選題，分析教學大綱，根據教學內容選擇合適的科研課題或行業問題。要注重案例的難度，由淺入深，并且能夠僅使用大綱范圍內的知識即可解決。科研課題或行業問題要有一定的實用性，能夠讓學生完成后體會到所學知識在現實工作生活中的實際作用。

3.介紹背景，設計實施框架，介紹案例背景知識，激發學生興趣和熱情。帶著任務去學習，對學習的語法內容就不覺得枯燥，也更容易理解和掌握。厘清案例的重難點，引導學生分析和找到正確的解決思路。

圖1所示為課程中我們引入的河工模型地形流速同步測量系統案例的組成框圖。在框圖的基礎上展開介紹，幫助學生理解河工模型斷面垂線流速全自動實時快速測量系統工作原理。

4.分解模塊，確定接口，采取小組討論的方式，根據程序總體框架和實現內容，對整個系統進行功能模塊分解，確定各模塊的具體實施人。逐漸推敲應用細節，改善程序框架，形成模塊之間相互關聯的通道，通過合適的接口相互協調和通信。同時還要注意模塊的獨立性，即可以通過局部運行來調試和實現模塊的內容。

某小組確定的程序各模塊如圖2所示。

5.分模塊解決問題。小組每個成員對自己負責的模塊進行內容的進一步細劃和擴充，使每部分內容都具有可操作性。在大的結構、流程確定后，還要考慮調節策略及將來的擴展性。各成員在確定模塊實施細節后，馬上進行小組討論，對涉及到的接口變動進行及時的協調。

圖3為某小組成員對測橋行走控制系統的實現流程。

6.聯合調試，各成員獨立完成功能和調試，碰到問題則小組討論或教師指導解決。定期形成進程文檔并相互討論和修正方案，形成會議輯要。最后整體聯合調試，共同解決問題。

7.總結，撰寫報告。在整個過程中學習控制算法、自頂向下的設計方式、模塊化的程序結構，培養學生的協作能力。根據需要學習C語言中的結構體、鏈表等內容。最終合作撰寫完整的實驗報告，對整個設計過程中的收獲、碰到的問題和解決方法都進行總結和反思。

結語

通過引入案例，在教授程序設計基礎課程時引導學生分組協作，建立模型，確定算法，利用自頂向下的設計理念分解復雜問題，在任務驅動下解決問題，在設計和實現過程中發現故障，排除故障，最終熟悉和掌握程序設計方法，在實踐中鞏固C語言編程中的常量、變量、程序結構、函數等知識，激發學習興趣，了解程序設計在本專業領域中的應用狀況。

Abstract："Programming Foundation" Course is a basic course of programming，are widely used in all walks of life，is a very practical course. The existing teaching methods tend to focus on programming language teaching，ignoring the programming methods and thinking training. In practice also used to examine students' routine problem mastery of the language，out of practice. Students even mastered the content of the classroom is still not solve practical problems. To solve this problem，the author puts forward the teaching method and focus on the training of thinking，language teaching is reduced，the introduction of industry or scientific research case，guide students in groups，the decomposition of complex Miscellaneous problems，solve the problem under the task driven，stimulate interest in learning

Key words：programming；scientific research practice；task driven；teaching case