C語言教學中融合學習研究與實踐*

黃復賢，劉春英

(菏澤學院計算機學院，山東 菏澤 274015)

引言

程序設計能力和程序設計思維的培養是程序設計課程教學的最終目的.程序設計基礎是計算機類專業的一門核心基礎課，絕大多數高校把C語言作為第一門程序設計語言，作為進入程序世界的入門語言.然而，隨著新技術、新工具的不斷推陳出新，是否還開設C語言程序設計的爭論不時被提起[1].

C語言是面向過程的程序設計語言，在出現面向對象的程序語言后，其實效性受到過質疑，但實踐證明，C語言的地位沒有動搖，因為它是程序設計能力基礎的最好選擇，基礎不牢，地動山搖.也有提出第一門程序設計課程開設Python的呼聲，以Python作為非計算機專業普及程序應用，上手快，功能強，具有一定的可行性，但作為計算機專業學生，注重的是程序設計系統能力的培養，還是開設以過程性訓練為主的C語言課程較好.

我們的教學的確也存在一些問題，一方面教材跟不上發展，陳舊過時，學生沒有學習興趣；另一方面，在過程化編程中確實存在一些問題，當前使用的全是圖形化界面，而C語言的教學環境中以文本為主，如果增加圖形化編程內容，一是學時增加，二是學習內容決定了只能在最后階段使用圖形模式，另外C語言的圖形模式應用也不廣泛，因此只能取基礎內容進行教學.

隨著計算機從單機時代發展到網絡時代，再到智能時代，計算機的概念內涵不斷豐富，學生對新知識的渴求與急切也需要早讓學生學習新知識，所以教學中，應該科學設置人才培養方案，積極開展課程建設，掌握新技術，真正實現以學生學習能力培養為中心，利用好當前豐富的教學資源，讓學生高效學習，快樂成長.

根據《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》中“讓課程優起來、教師強起來、學生忙起來、管理嚴起來、效果實起來；課程內容強調廣度和深度，突破習慣性認知模式；教學內容體現前沿性與時代性，及時將學術研究、科技發展前沿成果引入課程”等相關要求，在教學中初步探索出一種融合學習方法，在C語言教學中融合當前網絡腳本語言HTML(Hyper Text Markup Language)及JavaScript(JS)，對解決以上問題具有較好效果，既不需要單獨開設這門課程，又完善了人才培養方案[2].

1 融合學習的可行性研究

在C語言教學過程中與腳本語言進行融合學習、遷移學習和自主學習，調動學生學習積極性、培養學習新知識的能力，其融合學習可行性研究的模型如圖1所示.

圖1 融合學習可行性研究模型

1.1 C語言與網絡腳本語言的融合

語言是人類在交流中產生的符號的集合，作為交流的工具，具有多種功能，既是記錄、傳播思想的工具，也是思考的工具和教育的工具.計算機語言則是對計算機下達的計算機指令序列，學習計算機語言是深入學習計算機科學的必經途徑.計算機語言分為機器語言、匯編語言、高級語言三類，學習計算機入門語言一般選擇高級語言，而用高級語言所編的程序并不能被計算機直接識別，需要處理轉化為機器語言程序才能被執行，因此語言的處理在學習中便成為難點[3].

融合思想在程序設計多個領域都有重要應用，編程理念中重用是比較重要的思維方式，語言內部的函數機制，語言之間的融合，C語言與匯編語言編程中可以互相引用，各盡所長；在Java與Python中都有import功能引入第三方代碼，實現了代碼的隱蔽性、重用性，極大促進了各類語言功能的融合，豐富各自的功能.

網絡時代，學生接觸最多、使用最多的就是網絡，上網離不開瀏覽器，所以自然就容易用到網絡腳本語言.根據類比學習的原理，把C語言與網絡腳本語言一起來學習，實現了從單機到網絡、從基礎到應用等方面的結合.HTML 是用來描述網頁的一種語言，是超文本標記語言，不是一種編程語言，而是一種標記語言 (markup language)，標記語言是一套標記標簽 (markup tag)，HTML 使用標記標簽來描述網頁.瀏覽器的發展和網絡的發展聯系在一起，推動互聯網的發展應用，瀏覽器成為網絡資源共享、獲取的重要工具，對HTML的處理是基本功能.從靜態網頁到交互式的重要機制是引入了腳本語言，HTML 定義網頁的內容，JS 對網頁行為進行編程.JS是一種解釋性編程語言，其源代碼在發往客戶端執行之前不需經過編譯，而是將文本格式的字符代碼發送給客戶端由瀏覽器解釋執行.

從類比學習角度看，瀏覽器對HTML的解釋處理過程與高級語言的解釋功能是類似的.通過融合學習，一是加深語言處理含義，更深入理解計算機語言的符號化設計、形式化等問題.二是在學習中學習了新知識，加深了對瀏覽器、HTML、JS的學習與思考，激發求知欲望.

1.2 從C語言到JS的遷移學習

教育心理學研究的學習遷移是特指前一種學習對后一種學習的影響或者后一種學習對前一種學習的影響.遷移廣泛存在于各種知識、技能與社會規范的學習中.先前的學習對后來學習的影響稱為順向遷移；后來的學習對先前學習的影響為逆向遷移.

JS從C-minus發展到ECMAscript，最終到JS，借鑒了C語言的基本語法和Java語言的數據類型和內存管理，屬于簡化的函數式編程及簡化的面向對象編程，不需要編譯即可運行，并運行在客戶端，需要瀏覽器來解析執行代碼.

可見學習了C語言的數據、計算、函數等基本知識后，再學習JS就非常簡單，可用JS代碼來解決C語言的經典程序題.反過來通過對JS語言學習，又起到語法練習作用，同時在對比C語言和JS語言實現的異同點過程中，進一步鞏固了程序設計語言基本語法，加深了對所學知識的理解，提高了學習效果.如關于數據類型，C語言中有int,char,float等等，而JS可處理多種數據類型，我們只關注數值和字符串值,通過 var 關鍵詞來聲明變量,所以轉換過程中遇到C語言中的數據類型要注意小的細節.C語言中常用一種除法整除取整,比如int a=5/2;結果就是2,而在JS中這樣計算默認會變成2.5，要完成C語言中整除功能，寫法要改成a=parseInt(5/2).

1.3 架起通向互聯網的梯子

建構主義學習理論中強調教師的主導作用,主要體現學習支架觀點,幫助學生用已知探索未知,有一定的高度,而通過這個梯子則可以達到更高、獲得更多的資源.在學習JS更多功能時，技能細節不必在課堂上詳細講授，基于問題驅動、項目驅動，借助互聯網這個大寶庫自主學習[4].

學習的根本在于自主學習、解決問題能力的培養.通過課堂上對HTML的基本知識的引領講解，并對C語言與JS特點對比，基于問題驅動與興趣驅動，學生的主動學習積極性被調動，真正實現學生自主學習.

2 融合學習的實踐

為了培養具有核心競爭力的應用型軟件人才，在融合學習過程中，我們利用網絡資源，采用混合式教學全融合模式，通過創新教學方法，激發學生的自主學習能力，培養具有自主學習能力、工程實踐能力、創新創業意識和團隊協作能力的應用型人才.C語言教學中融合學習的實踐模型如圖2所示.

圖2 C語言教學中融合學習的實踐模型

2.1 科學制定人才培養方案

計算機語言是學習計算機原理、培養計算思維的重要課程，程序設計語言課程與其他相關課程相互融合，貫穿于計算機人才培養全過程，從計算機的概念發展變遷的角度看，人才培養方案也應包含不同類型的程序設計語言課.程序設計基礎課開設C語言，主要側重面向過程的程序設計；后續開設Java語言，主要側重面向對象的程序設計；針對網絡編程開設相關WEB設計語言及腳本，主要側重服務器端程序設計；開設Python語言，則側重于數據處理及機器學習，面向人工智能；這些語言重點各異，又是系統融合思想的體現.

2.2 創新程序設計教學方法

教學內容的融合促進了教學方法的創新，在C語言教學中引入了JS，用瀏覽器作為調試工具，通過對瀏覽器的工作原理與計算機語言處理程序的對比，讓學生更深入系統地掌握相關知識.

在學習過程語言的同時，也學習了面向對象的事件驅動的交互機制，使得調試工作交互方便、直觀可視化.有了直觀的交互操作，在課堂上進行方格類小游戲的設計更加方便，在算法的優化方面，可以通過直觀的交互來驗證，進一步增強了學生編程驅動力.

2.3 利用互聯網平臺教學資源

當前，我們進入了一個互聯網發達時代，每一位用戶既是建設者，也是共享者，互聯網的發展也催生了“互聯網+”思維，豐富了科學研究中理論范式、實驗范式、計算范式、數據范式的內容與模式，在學習模式上開啟了廣闊的探索空間.在開展C語言與JS融合學習時，JS的相關知識在網絡上有著豐富的資源，并有先天的在線試驗的自然優勢，如w3school網站，非常適合學生自主探索學習.為激發學生學習興趣，讓學生制作網頁版學習筆記，在實現靜態網頁、動態交互網頁的制作中，學習HTML與JS的相關技術[5].

程序設計類課程的特點是在于練，不僅要知道程序設計的規則，更重要的是動手去做，把實際問題轉化為程序，提高抽象思維和計算思維能力，在枯燥的學習中發現程序設計之美.浙江大學的的“拼題A”在線評測平臺給我們提供了一個科學有趣的教學實戰平臺，比如，針對整數的運算，不同階段采用不同的方法對同類題目進行求解，不使用判斷時，只通過取余與整除運算便能實現，以此呈現計算思維與簡單之美；講到循環時則側重抽象能力的訓練[6]等等.

2.4 問題驅動激發自主學習的內生動力

在教學內容上引入小游戲，分解為三個階段，實現問題驅動逐步深入.學期初從靜態網頁制作入手，讓學生探索HTML的使用與瀏覽器的工作原理，探索中發現，做中學，使學生體驗成就感，激發進取心；學期中，引入鼠標事件處理，使學生對交互、輸入輸出有一個系統的理解；集中實踐作業中，以井字棋類小游戲為題目，引入JS相關內容的學習.

在學習掃雷游戲中，設計翻開空白方格函數，根據問題性質設計為遞歸函數，既讓學生較好理解了遞歸函數的應用，又體現了軟件代碼的簡單之美，對方格類游戲實現技巧進行總結.用數組作為數據的主要組織形式，如游戲中棋子規律性的動作，是用數組來設計不同方向的試探、移動，既體現數據驅動思維，又體現了大道至簡[7].在學生實現從井字棋到五子棋的小游戲制作中，從人機交互，到機器與機器相互競賽的過程中，讓同學提升了編程技能，也領會了中華優秀傳統文化的魅力，讓學生思考人工智能的發展方向，激發學生自主學習、奮發進取的內生動力.

2.5 混合式教學全融合

教學過程中，積極開展混合式教學.我國高等教育慕課建設走在了世界前列，慕課建設是推進教育公平的重要行動，也是打造“金課”，實施一流課程“雙萬計劃”的重要內容.我們緊跟時代變化，積極利用新一代信息技術，做好與教育教學深度融合，開展課程內容、教學模式與教學方法改革，打造線上線下混合式“金課”[8].

線上學習，一方面使用超星爾雅教學平臺建立自己的教學資源，另一方面推介國內優秀的課程MOOC，如浙江大學翁愷老師、哈爾濱工業大學蘇小紅老師開設的《C語言程序設計》.線下讓課堂活起來，課堂教學內容與時俱進，在軟件概述中引入鴻蒙系統作為案例，簡單介紹具備分部架構、天生流暢、內核安全、生態共享四大特點；結合區塊鏈技術，把哈希技術的實現雛形在教學中體現；通過引入前沿新技術話題與熱點，引發學生討論，增加教學內容的深度與廣度，實現了從教材到現實世界的擴展.教學過程中以學生為中心，教師起導師的作用——指導、組織、引導學生學習，調動學生的積極性、主動性，從而激發他們的潛能.專業教學中與課程思政相融合，課堂教學五育并舉，把立德樹人貫穿教學全過程.網絡語言中稱程序員為“碼農”，可引導學生這樣理解：我們就要像農民一樣辛勤勞動，通過大量的代碼閱讀與編寫量的積累，才能實現編程能力的提升和編程素養的養成，倡導勞動創造價值觀和奮斗精神，做到知行合一.在教材建設中引入中華優秀文化素材，在教材的動手記錄欄目中，用“不積跬步，無以致千里”來激勵學生記錄程序調試的錯誤，培養良好的學習習慣；以中華文明五千年傳承來講解語言的功能，講解民族軟件的進展，既樹立了民族自豪感、自信心，也增強了緊迫感、危機感，激發學生的斗志[9].

3 結語

課程建設中，在探索教學內容的高階性方面，引入融合學習，教學內容進一步充實，將新技術與傳統內容融合，調動了學生主動學習積極性，提高了學生編程能力.經過實踐，取得了初步成效，學生參加省級以上程序設計類比賽取得較好成績，教師教學水平得到了提高.在教學內容上，程序設計主要基于數據驅動，與人工智能相關的前沿技術還有不少融合的難度等問題，小游戲主要基于規則驅動，能夠啟發學生要實現基于機器學習，游戲過程及狀態轉換，要深入學習隱馬爾可夫模型、向量運算、模式匹配及博弈理論等，進一步激發學生后續學習興趣，明確自主探索的方向.