面向專業應用的C語言程序設計實踐教學模式研究

蔡明 楊琴 章成廣 唐軍

摘? 要：針對C語言程序實踐課教學中存在的課題內容與專業應用結合不夠、學生學習動力不足等問題，分別從教學內容、過程與激勵措施、考核方式三大方面進行了改革探索，研究得出了相應的解決方案，提出了一種面向專業應用的C語言程序設計實踐教學新模式。實際應用及課后問卷調查結果表明，該教學模式提高了學生學習的積極性和交流討論的熱情，有助于提升學生的編程動手能力和水平，取得了良好的應用效果。本教學模式可類推和應用于其他專業的C語言程序實踐教學中。

關鍵詞：程序設計;實踐教學;教學模式;專業應用;C語言

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）34-0089-04

Abstract： This paper first analyzes the teaching problems in C Programming Designcourse， such as the insufficiency of the combination of teaching content and professional application， students' learning enthusiasm. Then， the teaching reforms are explored from three aspects： teaching content， teaching process and incentive measures， and assessment method; problem solutions are obtained and a new practice teaching model of C programming design for professional applications is put forward finally. Application and questionnaire survey results show that students' learning enthusiasm is enhanced， students communicate with each other more frequently， students' programming ability are improved apparently. This study hopes that this teaching model can be analogized and applied in courses of the other majors.

Keywords： programming design; practice teaching; teaching model; professional application; C language

一、概述

《C語言程序設計》是高等學校工科專業廣泛開設的一門重要的專業基礎課程，以培養學生程序設計的理念和思維、算法設計能力、利用程序設計處理信息解決實際工程問題的能力[1]?！禖語言程序設計》也是一門實踐性很強的課程[1-4]，除了合理的理論課堂教學，還必須重視上機實踐環節，只有學生通過親自動手實踐，針對實踐課程教學內容和目標獨立設計并編寫能解決課程設定問題的程序，才能更加深入透徹地理解和掌握理論課教學內容，靈活地運用C語言解決實際工程問題。因此，工科專業（如長江大學勘查技術與工程專業等）的C語言程序設計往往包括課堂教學和課程設計教學兩大部分[3];課程設計讓學生綜合利用所學C程序設計知識解決一個系統化的難度適中的實際工程問題，掌握實際工程項目開發的一般流程，強化訓練學生獨立利用程序手段解決實際工程問題的能力。

實際的C程序課程設計教學往往由于教學內容不合適、學生學習目的不明確興趣不高動力不足、學生數量多導致實踐指導不力、考核評價體系不完備等問題[2]導致教學效果較差。針對上述問題，課題組教師經過長期的實踐探索，研究提出了一種新的面向專業應用的C程序課程設計教學模式，并應用于地球物理測井專業學生的課程設計教學中，取得了較好的效果。

二、C語言程序課程設計教學現狀分析

C語言程序課程設計是鞏固所學理論知識提升編程技能的關鍵環節。眾多學者已經開展了C語言程序課程設計的教學內容和方法研究。2012年，吳麗娟等人[3]研究了C語言教學模式，并給出了自主與合作的學習策略，并以選擇貼近學生生活實際的課設題目使學生感到熟悉，引起學生探索興趣。2014年，于艷東[5]研究了以問題為導向的C語言教學方法。2015年，陳子森[6]研究認為C語言課設應注重課程設計管理、設計課題精選、典型案例輔助三個要點。2016年，陳江麗[7]針對計算機專業的C語言教學研究了教學方法和實施策略，課設采用邊講邊練的方式進行。高志宇等人[8]研究了C語言實踐教學方法，主要包括兩方面：1.提前1個月下達任務，分組準備并執行;2.考核方式采用答辯形式。2017年，董云[9]研究提出面向創新實踐能力培養的C語言程序設計實踐性教學的優化措施。2018年，曹風云等人[10]研究了C語言程序設計實踐教學的改進措施。2019年，任敏[11]研究了CDIO模式下優化教材內容和教學方法的實踐教學改革方法。

根據上述分析結合課題組教師長期的實踐教學經歷和體會認為C語言程序課程設計教學仍面臨如下問題：1.可選的與專業應用相關的課程設計題目偏少甚至沒有，大部分仍選用的是通識類課設題目（如教務管理系統、計算器設計等）;2.學生學習目標不明確，興趣不高，動力不足，自覺性差，需要督促;3.學生人數眾多，學習基礎存在較大差異，教師實踐輔導無法滿足需求;4.考核體系不完備，往往以課程設計報告作為主要考核指標，不利于公正全面地評價學生的水平，也不利于激勵學生認真完成課設任務。

三、測井專業C程序課程設計教學新模式

針對C程序課程設計教學面臨的問題，研究了面向專業應用的C程序課程設計教學新模式，主要從教學內容、過程與激勵措施、考核方式三大方面進行了改革探索。下面以地球物理測井專業為例介紹課程設計教學新模式。

（一）教學內容設計

課程設計教學內容體系的優化和完善是教學改革的第一步，其設計應遵循以下原則：1.課設題目應充足，以便學生自由選擇感興趣的課題;2.每個課設題目應該有明確的應用場景，最好是與本專業相關的應用，以便學生體會C程序的應用價值，提高學習的興趣;3.每個課設題目應是一個系統化的工程問題且難度適中，以便主要的知識點都能得到應用和練習并且學生能夠在規定的時間內通過努力完成任務。

針對測井專業課程設計備選題目偏少且無專業應用相關的課題情況，研究設計了一個新的與專業應用相關的課題：簡易測井資料處理分析系統的設計與實現。本課題有利于學生更好地體會C語言程序設計的應用價值，提高學生開展課程設計的興趣，也有利于學生之后利用C語言程序開發或完善實際的測井資料處理分析軟件或模塊。

簡易測井資料處理分析系統要求學生從原始常規測井數據體中提取所需數據計算儲層基本參數并進行簡單分析，具體要求及所需實現的功能如下：

1. 原始數據說明及數據提取

原始數據為存放在文本文件中的深度數據和常規測井曲線數據以及處理所需參數，數據和參數存放格式如圖1所示。學生需提取原始測井數據中M個深度點的原始數據和全部處理參數，存放在相應的數據結構變量中備用。規則如下：從個人序號起提取連續的M個深度點的數據。

2. 所需實現的功能

學生要設計實現簡易測井資料處理分析系統，利用菜單函數調用各個功能子函數，分別完成如下功能：

（1）數據提取與檢查。通過屏幕顯示查看自己提取的原始測井數據及參數，檢查數據提取是否正確。

（2）測井數據處理。根據給定的計算公式和參數說明利用提取的數據分別計算各深度點的孔隙度、泥質含量、含油飽和度，并將測井數據處理結果存放在新文件中，要求按圖2所示形式存放。

（3）處理結果分析

通過屏幕顯示查詢每個深度點的處理成果數據條（輸入深度點序號查詢），輸出格式如圖2。

統計處理深度段泥質含量、孔隙度和含油飽和度的最小值、最大值和平均值，并顯示到屏幕上。

按含油飽和度從大到小的順序通過屏幕顯示查看完整的測井數據處理成果表，輸出格式如圖2。

通過屏幕顯示不同等級儲層深度點的處理成果數據及相應等級儲層深度點的數目，輸出格式如圖2。假定儲層等級分級標準為：儲層泥質含量≤25%;另外，孔隙度>12%為I類，孔隙度介于[8%，12%]為II類，孔隙度介于[5%，8%]為III類，孔隙度<5%為IV類。

通過屏幕顯示查詢好儲層深度點的處理成果數據，輸出格式如圖2。假定好儲層條件為：泥質含量≤25%、孔隙度≥6%、含油飽和度≥60%。

（二）教學過程與激勵措施設計

課程設計安排在兩周內完成，每天集中上機6學時，其余時間自主安排上機練習。課設主要教學過程如圖3所示;第一，提前一周公布可選的課設題目、要求及相關說明，讓學生提前熟悉課設內容和要求并溫習所需相關理論知識;第二，在第一次集中上機課中優選講解兩個課題內容并引導學生將課題任務分解為多個獨立的子任務，然后讓學生自主選題并設計課設任務完成方案，課后按4～5人一組自由組合成學習小組;第三，之后每次集中上機課教師首先講解本次課的子任務要點，并給予實現任務的相關思路提示，然后學生上機實現子任務并測試子程序的正確性，教師隨時解答學生遇到的問題，并在下課前20分鐘隨機抽查10名同學本次課子任務的完成情況;第四，整合所有子程序形成完整的系統程序，并測試系統的正確性和穩定性;第五，鼓勵基礎好的同學嘗試用不同的算法實現同一個子任務的功能，對比分析算法的優缺點，進而優化整個項目系統;第六，集中上機課結束后，給學生一周的時間完善系統程序，撰寫課程設計報告，準備小組匯報多媒體，并提交源程序、課程設計報告和小組匯報多媒體。

為了督促每一位同學認真完成課設任務，研究設計了一系列激勵措施。

1. 重申C語言的應用價值并隨機考勤。在第一次集中上機課中重申C語言程序在各行各業中的應用價值，特別是在后期專業課學習中的應用以及本專業實際工作中的應用情況;另外，還簡要介紹往屆學生在程序設計等級考試和相關競賽中取得的成績，并鼓勵學生積極參加相關活動，以提高學生學習的興趣和動力。為了督促每一位同學按時到課參加集中上機學習，隨機進行考勤，并規定無故曠課1/3課時的同學最終成績不合格。

2. 任務分解。為了避免學生產生畏難情緒，保證絕大部分同學能夠自主順利地完成課設任務，第一次集中上機課引導學生將系統的課設任務分解為若干個獨立的子任務，然后分別完成實現各子任務并最終整合成完整的系統即可。與整個系統任務相比，子任務相對容易，更容易實現和測試，有利于增加學生的成就感，進而提升學習的興趣;這種方式也有利于培養和鍛煉學生獨立分析問題和解決問題的思路和能力。

3. 隨機抽查任務完成情況。為了及時了解學生每次集中上機課子任務的完成情況并督促學生盡快完成和測試，針對學生眾多的實際情況，每次課隨機抽查部分學生子任務的完成情況，并記錄得分作為課堂表現成績。具體方法為：每次集中上機課教師講解完本次課的子任務要點后，利用C語言編寫的隨機選人系統 （界面如圖4所示）隨機挑選5位同學作為抽查對象;下課前30分鐘再挑選5位同學作為抽查對象，并開始檢查被選中的10位同學的子任務完成情況。具體檢查內容為子程序的運行結果并隨機挑選3-5個關鍵語句段讓學生說明其含義和作用，以便了解學生是否真正理解和掌握了程序。

4. 小組互助學習。由于學生人數眾多，學習基礎及對課堂理論知識的掌握程度不盡相同，教師難以滿足集中上機課中眾多學生的問題解答需求。為此，在第一次集中上機課后要求學生自由組合成學習小組，在課設過程中相互交流，互幫互助，共同進步，以便更多學生能夠真正掌握程序設計的一般思路和技巧，順利完成課設任務。如此，學生在課設過程中遇到困難可優先尋求本小組成員的幫助，小組解決不了的問題才請老師幫忙解答，以保證老師的答疑資源得到最有效的利用。為了避免學生直接拷貝他人程序，在每次課抽查任務完成情況時，隨機挑選部分關鍵語句段讓學生說明其含義和作用。為了激勵小組成員之間的交流，最終的結課匯報以小組為單位進行，將利用隨機選人系統從各小組中隨機挑選一位成員作為本小組的代表匯報本小組課設系統程序的結構、功能和測試結果，并隨機挑選部分關鍵語句段讓匯報人解釋其含義和作用，以督促小組所有成員充分熟悉和理解本小組的匯報程序，最后將匯報綜合得分作為本小組各成員的結課匯報成績。

（三）具有激勵作用的考核體系設計

為了避免片面地以結課報告作為主要指標評價學生的程序設計能力和課設完成情況，研究設計了綜合考慮課設開展過程、結課匯報表現、結課報告等的考核評價體系。最終課設成績具體計算公式如下：

其中，課堂表現主要考查每個子任務完成情況，另外，對于能積極為他人答疑的同學給予一定的獎勵分;結課匯報主要考查小組程序的結構、功能、測試結果及匯報人對程序的理解情況;結課報告及程序主要考查程序運行結果的正確性、報告結構的完整性、語言表述的準確性和流暢性。

四、應用與效果分析

將本文研究得到的C語言程序設計實踐教學模式應用于實際C語言課設教學中，發現采用新的教學模式后，學生開展課設學習的積極性相對更高，學生之間交流也更加頻繁，通過抽查過程中學生對部分關鍵程序段解釋發現部分基礎相對較差的同學通過與其他同學的交流有效地加深了對程序的理解程度。通過對課后收集到的90份有效匿名調查問卷數據的統計和分析發現，77.14%的學生傾向于選擇與本專業相關的課設題目，97.14%的學生認為將課設任務分解為若干個子任務有助于更好地完成課設任務，85.71%的學生認為每次課隨機抽查10位同學當次課子任務的完成情況并記錄得分對完成課設任務有激勵作用，85.71%的學生認為分組進行課設方式優于獨立進行課設方式，91.43%的學生認為本成績評定方式是合理的，88.24的學生認為本次C語言程序課程設計有助于提升自己的編程動手能力和水平。由此說明，本文研究的新教學模式取得了較好的應用效果。

五、結束語

經過多年的C語言程序設計理論課和實踐課的教學經歷和體會，結合文獻調研結果，發現并分析了C語言程序實踐課教學中存在的問題，針對這些問題，分別研究得出了相應的解決方案，最終總結提出了一種面向專業應用的C語言程序設計實踐教學新模式。將研究的教學模式應用于實際C語言程序課程設計教學中，提高了學生學習的積極性和交流討論的熱情，課后問卷調查數據統計分析結果表明，該教學模式有助于提升學生的編程動手能力和水平，取得了良好的應用效果。本教學模式可類推和應用于其他專業的C語言程序實踐教學中。

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*基金項目：國家自然科學基金“基于聲波測井數值與實驗模擬的裂縫性儲層滲透率定量評價方法研究”（編號：41774116）;長江大學2018年度校級教師發展專項“基于應用導向和小組互助學習的《C語言程序設計》教學方法研究”（編號：B201806）

作者簡介：蔡明（1986-），男，漢族，湖北武漢人，博士，講師，研究方向：地球物理測井。

*通訊作者：楊琴（1986-），女，漢族，湖北武漢人，碩士，科員，研究方向：企業管理。