CDIO模式下“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)方法研究與改革

鐵菊紅 彭輝 李蕊 王嘉韻

摘? ?要：文章針對(duì)目前C語言教學(xué)中的弊端，提出了在CDIO教學(xué)理念下的“C語言程序設(shè)計(jì)”課程理論教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)方法改革，旨在培養(yǎng)學(xué)生良好的編程思維、工程能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力，介紹了支撐教學(xué)方法改革的C語言在線代碼演示和代碼仿寫系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：C語言;CDIO;教學(xué)改革;代碼仿寫

“C語言程序設(shè)計(jì)”課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生接觸的第一門計(jì)算機(jī)編程語言課，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生編程思維具有關(guān)鍵性的作用。計(jì)算機(jī)專業(yè)類學(xué)生不僅要有良好的編程思維，還要具備出色的工程能力，以符合我國(guó)在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”提出的培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[1] 。構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作（Conceive-Design-Implement-Operate，CDIO）工程教育模式[2]是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。在“C語言程序設(shè)計(jì)”課程中引入CDIO工程教學(xué)模式，對(duì)理論和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，培養(yǎng)學(xué)生編程思維的同時(shí)，讓學(xué)生獲得初步的工程能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和交流能力，為后續(xù)的工程實(shí)踐課程和編程語言課打下牢固基礎(chǔ)。

1? ? 目前C語言教學(xué)存在的弊端

“C語言程序設(shè)計(jì)”課程既具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，牽涉的概念也比較復(fù)雜，語法規(guī)范繁多。目前絕大部分C語言類教材按基本語法知識(shí)為邏輯安排教材內(nèi)容，很多教師往往也是按教材的思維組織教學(xué)內(nèi)容，先講基本概念，再講語法格式，最后舉例說明，線性的教學(xué)模式無法激發(fā)學(xué)生對(duì)C語言的興趣，更不利于促進(jìn)學(xué)生思考，很難鍛煉學(xué)生的邏輯思維和解決實(shí)際問題的能力。課堂演示的例題知識(shí)點(diǎn)往往是獨(dú)立應(yīng)用，例題功能之間沒有相關(guān)聯(lián)系。實(shí)踐課程中的練習(xí)題也是功能缺乏實(shí)際聯(lián)系，每個(gè)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的題目，而且題目基本是驗(yàn)證性題目，這種實(shí)踐教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生會(huì)做作業(yè)，但是在工程中應(yīng)用該知識(shí)解決問題時(shí)，卻無法完成，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際解決問題能力、工程能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)助與交流能力。

2? ? CDIO理念下的理論教學(xué)方法改革

2.1? CDIO理念指導(dǎo)理論教學(xué)方案

CDIO作為一種新的工程教育理念，在教學(xué)過程中貫徹項(xiàng)目開發(fā)的思路，旨在重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的能力、工程分析和解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流的能力。

CDIO模式提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)大綱、全面實(shí)施以及檢測(cè)評(píng)測(cè)的12條標(biāo)準(zhǔn)，有利于指導(dǎo)教學(xué)方法改革。

依據(jù)培養(yǎng)大綱，在該課程理論教學(xué)中完成以下兩個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)：（1）培養(yǎng)學(xué)生“C語言程序設(shè)計(jì)”基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)。（2）培養(yǎng)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行”的概念理解，具備初步工程能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力。

2.2? CDIO理念下的理論教學(xué)方案實(shí)施

在理論教學(xué)中，依據(jù)CDIO工程教育理念，教師將C語言所有語法知識(shí)散射到一個(gè)完整工程項(xiàng)目中。項(xiàng)目為“圖書館管理系統(tǒng)”，學(xué)生對(duì)該項(xiàng)目功能和業(yè)務(wù)流程較熟悉，教師可將精力放在對(duì)項(xiàng)目“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行”的講解上。在第一次開課時(shí)，給學(xué)生講解項(xiàng)目的整體功能，讓學(xué)生對(duì)該項(xiàng)目有整體的認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生在后期學(xué)習(xí)中理解分解功能，否則會(huì)造成“只見樹木，不見森林”的局部意識(shí)，不利于工程概念的培養(yǎng)。

在整個(gè)教學(xué)中，依據(jù)知識(shí)點(diǎn)增加項(xiàng)目子功能的難度和任務(wù)量，不僅能應(yīng)用當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際問題，還能應(yīng)用前期學(xué)過的知識(shí)，形成知識(shí)的密集性連接，從而牢固掌握C語言的基礎(chǔ)知識(shí)。

項(xiàng)目分解中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)思想，那么在設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中就要應(yīng)用函數(shù)知識(shí)點(diǎn)。教師教學(xué)采用函數(shù)模塊化教學(xué)方法[3]，項(xiàng)目分解的子功能都在自定義函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，每講完一章內(nèi)容，就將子函數(shù)集成起來，形成一個(gè)小項(xiàng)目。指針是C語言的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)，函數(shù)模塊化教學(xué)方法和指針過程化教學(xué)方法結(jié)合[4]，可以將指針很好地應(yīng)用在工程教學(xué)中。整個(gè)C語言學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生滾動(dòng)學(xué)習(xí)C語言中的兩大難點(diǎn)知識(shí)：函數(shù)和指針。整個(gè)C語言學(xué)完后，學(xué)生對(duì)函數(shù)和指針概念理解透徹，并能有效地利用指針設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、緊湊和高效的程序和解決實(shí)際問題。

3? ? CDIO理念下的實(shí)踐教學(xué)方法改革

培養(yǎng)學(xué)生編碼能力和工程能力，實(shí)踐課是非常關(guān)鍵的，實(shí)踐課為學(xué)生提供系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行環(huán)境。

（1）增量項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)。借鑒軟件開發(fā)過程模型中的增量模型開發(fā)思想[5]，實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生每學(xué)完一章內(nèi)容，就要構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行“小學(xué)生數(shù)學(xué)計(jì)算練習(xí)軟件”項(xiàng)目，該項(xiàng)目隨著學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的增加，功能不斷完善。因?yàn)橛泻瘮?shù)模塊化教學(xué)的支撐，學(xué)生增加功能時(shí)非常方便，主要以函數(shù)為單位增加項(xiàng)目代碼。指導(dǎo)該項(xiàng)目時(shí)，教師為輔，學(xué)生為主。因?yàn)樵诶碚撜n堂上學(xué)生對(duì)工程有較好的認(rèn)識(shí)，在實(shí)施過程中教師要把項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)和實(shí)施交給學(xué)生，不要過多講解，主要以回答學(xué)生問題為主。在每一次項(xiàng)目功能增量中，學(xué)生都會(huì)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行。在整個(gè)C語言知識(shí)學(xué)完后，學(xué)生會(huì)完成功能較齊全的“小學(xué)生數(shù)學(xué)計(jì)算練習(xí)軟件”，而且對(duì)工程軟件開發(fā)的全過程有了深度認(rèn)識(shí)。

（2）小組學(xué)習(xí)模式。在CDIO教育模式下更有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神和交流表述能力。在實(shí)踐教學(xué)中，將班內(nèi)一個(gè)宿舍內(nèi)的同學(xué)劃分為學(xué)習(xí)小組（一般為6人），方便學(xué)生交流和討論。為了對(duì)工程有全面認(rèn)識(shí)，每個(gè)同學(xué)要單獨(dú)完成實(shí)踐課項(xiàng)目，學(xué)生增量開發(fā)項(xiàng)目時(shí)，只整合自己的程序功能模塊，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生合作和交流僅限于對(duì)存在問題的交流，而對(duì)企業(yè)中團(tuán)隊(duì)開發(fā)一個(gè)項(xiàng)目的合作模式體會(huì)不到，而且這種交流方式不適合社交能力較弱的同學(xué)，他們?nèi)狈涣鞯姆e極性，難以主動(dòng)和小組內(nèi)的同學(xué)交流。為了解決上述問題，小組組長(zhǎng)收集每位同學(xué)開發(fā)的一個(gè)子功能并將其整合起來，形成一個(gè)小組項(xiàng)目包。在每次實(shí)踐課上小組每位成員講解已開發(fā)的項(xiàng)目功能，教師帶領(lǐng)全班同學(xué)進(jìn)入討論和交流階段，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該項(xiàng)目存在的問題積極發(fā)言，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的表述能力，還培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)際的團(tuán)隊(duì)合作和交流能力。

4? ? C語言在線代碼演示和代碼仿寫系統(tǒng)

4.1? 在線代碼演示

CDIO模式下的課堂工程教學(xué)示例，是教師根據(jù)課堂知識(shí)點(diǎn)從大項(xiàng)目分解出來的，這些例子以C文件形式存儲(chǔ)，數(shù)量較多（分解出的示例達(dá)70多個(gè)文件），教師難以管理。為此，開發(fā)了一個(gè)在線系統(tǒng)，將C語言所有的知識(shí)點(diǎn)按樹形管理，再將這些例子和知識(shí)點(diǎn)連接起來，教師上課時(shí)按知識(shí)點(diǎn)可以快速找到示例代碼，并在線復(fù)制代碼一份，不破壞原示例的基礎(chǔ)上進(jìn)行在線編輯、編譯和運(yùn)行，課堂示例演示不僅能提高上課效率，而且減少了教師管理多個(gè)源代碼文件的平時(shí)工作量。教師對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)下的示例，可以增加、刪除和修改，在線保存示例代碼，方便、快捷和安全。

4.2? 在線代碼仿寫

據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)得知，初學(xué)C語言者，有一定比例學(xué)生上課能聽懂語法知識(shí)，老師講解的編程例子也能聽懂，但課后自己編寫程序時(shí)卻無從下手，甚至老師課堂講過的代碼也無法重新編寫出來。CDIO模式下的課堂教學(xué)例子是教師根據(jù)課堂知識(shí)點(diǎn)從大項(xiàng)目中分解出的知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的子模塊，學(xué)生對(duì)這些示例必須熟練掌握，自己才能增量開發(fā)項(xiàng)目。模仿編程對(duì)于初學(xué)編程者是一個(gè)較好的學(xué)習(xí)方法。學(xué)生課后模仿編程練習(xí)課堂示例的過程中，難免要參考教師上課演示的代碼。為了復(fù)現(xiàn)課堂示例，并且學(xué)生能方便管理示例文件，此在線系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生提供仿寫課堂代碼功能。

學(xué)生登錄后，按知識(shí)點(diǎn)能快速找到課堂示例，在示例的下方就是代碼仿寫編輯框，在編輯過程中，示例代碼框可以“收起”或“展開”方便參考。運(yùn)行時(shí)，在輸入數(shù)據(jù)同樣的情況下，可以對(duì)比課堂示例和自己編寫代碼的輸出結(jié)果，方便驗(yàn)證代碼是否寫對(duì)。教師登錄后，可以查詢班上每位同學(xué)的代碼仿寫練習(xí)，及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

教師通過C語言在線代碼演示和代碼仿寫系統(tǒng)能高效展開C語言課堂工程教學(xué);學(xué)生通過該系統(tǒng)，在初學(xué)C語言時(shí)，通過模仿編寫課堂工程示例，牢固掌握語法知識(shí)的同時(shí)，打開編程思維，鍛煉軟件開發(fā)的工程能力，為實(shí)踐教學(xué)中的增量項(xiàng)目開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

5? ? 結(jié)語

在CDIO工程教育理念的指導(dǎo)下，研究了“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的理論教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)方法改革。實(shí)踐表明，該方法能有效激發(fā)學(xué)生對(duì)C語言的編碼興趣，較好地應(yīng)用C語言知識(shí)解決實(shí)際問題，培養(yǎng)了學(xué)生一定的軟件開發(fā)工程能力、團(tuán)隊(duì)合作和交流能力。C語言在線代碼演示和代碼仿寫系統(tǒng)能較好地支撐CDIO模式下的教學(xué)方法改革。

[參考文獻(xiàn)]

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[5]張海潘，牟永敏.軟件工程導(dǎo)論[M].6版.北京：清華大學(xué)出版社，2013.