“新工科”背景下線上線下交叉融合模式的“C語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)實(shí)踐

劉海燕 范云霞

[摘? ? ? ? ? ?要]? “新工科”概念于2017年由教育部門明確提出，通過智能產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)新一輪產(chǎn)業(yè)革命與科技革命，凸顯出程序設(shè)計(jì)在工程領(lǐng)域具有的重要作用。通過對多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)指出線上線下交叉融合的一種教學(xué)方式，即“MOOC+微課+OJ”，通過對“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)新，根據(jù)實(shí)踐可以得知，線上線下交叉融合的教學(xué)方法不僅可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，還能提高學(xué)生處理問題的能力，從而為計(jì)算機(jī)學(xué)科和其他學(xué)科的整合奠定良好的基礎(chǔ)。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? C語言程序設(shè)計(jì);交叉融合模式;新工科

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）03-0076-02

一、C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教學(xué)過程中重理論輕應(yīng)用

學(xué)生步入大學(xué)之后，學(xué)習(xí)的第一門程序設(shè)計(jì)課程就是C語言程序設(shè)計(jì)，該課程具有的特殊性質(zhì)要求教師在教學(xué)過程中需要耗費(fèi)大量的時(shí)間使學(xué)生快速適應(yīng)計(jì)算機(jī)語言的邏輯思維，因?yàn)檎n時(shí)具有約束性的特征，教師在授課期間重視理論知識重要性的同時(shí)忽視了實(shí)踐教學(xué)對學(xué)生造成的影響。

在教學(xué)過程中通過不斷的實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)，才會(huì)逐步構(gòu)成理論，因此構(gòu)成理論的知識通常都非常落后，學(xué)校利用多樣化的方式可以把這些課程納入學(xué)生的培養(yǎng)方案中，本質(zhì)上要求學(xué)生跟隨時(shí)代的腳步，事實(shí)上成為高預(yù)期低回報(bào)操作流程，因此從學(xué)校方面來看，當(dāng)前還不能滿足市場提出的要求，學(xué)生處于“畢業(yè)即失業(yè)”的狀態(tài)。

（二）教學(xué)方式不科學(xué)

C語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率會(huì)因?yàn)榻虒W(xué)方式的落后大大降低。程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容實(shí)際上具有靈活性的特點(diǎn)，但是與其他學(xué)科相比而言比較抽象，課程內(nèi)容之間具有密切聯(lián)系，這就要求學(xué)生維持學(xué)習(xí)的連貫性，對學(xué)生的動(dòng)手能力與邏輯思維能力帶來了較大的考驗(yàn)。因?yàn)閷W(xué)生首次需要通過語言解除編程，接連幾次就會(huì)降低學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，因此這就要求編程教師在為學(xué)生講解期間創(chuàng)新教學(xué)方法，采用多樣化的教學(xué)方式增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，最終實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果與學(xué)習(xí)效果。

二、交叉融合模式教學(xué)

（一）MOOC+微課

現(xiàn)如今，現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，再加上在線教育模式的興起，學(xué)生可以在不同的場所進(jìn)行學(xué)習(xí)。MOOC具有多樣化的優(yōu)點(diǎn)，如教學(xué)資源豐富、學(xué)習(xí)時(shí)間自由、開放獲取等，屬于一種規(guī)模較大的開放型在線課程，能夠?yàn)閷W(xué)生提供豐富的MOOC資源，以便于學(xué)生可以課前自主學(xué)習(xí)，促使學(xué)生熟練掌握C語言的基本語法知識。然而MOOC擁有優(yōu)勢的同時(shí)，還包括很多的劣勢，如缺少個(gè)性化輔導(dǎo)、課程完成率不高以及檢驗(yàn)方式單一等。所以這就要求在實(shí)際課堂中全面了解學(xué)生對C語言基本內(nèi)容的掌握狀況，與此同時(shí)還需要針對課程中學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)等內(nèi)容錄制十分鐘左右的視頻，彌補(bǔ)MOOC學(xué)習(xí)存在的缺陷。教師在開展教學(xué)期間，（1）課程組需要進(jìn)行詳細(xì)挑選，然后為學(xué)生推薦中國大學(xué)MOOC國家精品課程在線平臺上面的C語言精品課程，如此一來學(xué)生可以在上課之前進(jìn)行預(yù)習(xí);（2）C語言程序可根據(jù)課程中的教學(xué)難點(diǎn)、重點(diǎn)內(nèi)容制作微視頻，在視頻中包含流程控制、數(shù)據(jù)種類、函數(shù)、指針等內(nèi)容，接著放進(jìn)校園的網(wǎng)站中，然后為學(xué)生提供相關(guān)知識。

經(jīng)過對以上內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，教師可以獲取較多的時(shí)間分析與抽取有關(guān)典型案例，使用計(jì)算思維中解決問題的思路，建立數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)算法策略，接著利用C語言進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)詳細(xì)分析計(jì)算方法。學(xué)生經(jīng)過持續(xù)編程實(shí)踐，提高了使用程序設(shè)計(jì)方法處理復(fù)雜工程問題的能力。比如，解決下面的問題：假如有N盞燈（N<5000），將這些燈從1到N按照一定的順序進(jìn)行編號，開始時(shí)這些燈都處于打開的狀態(tài);同時(shí)有M個(gè)人（M是小于N的正整數(shù)），同樣將這些人從1到M按照一定順序編號。第一個(gè)人為1號，關(guān)閉所有的燈，第二個(gè)人為2號，打開編號為2倍數(shù)的燈，第三個(gè)人為3號，把編號為3倍數(shù)打開的燈關(guān)閉，關(guān)閉的燈打開。按照編號不斷增加的順序，之后的人都需要與3號一樣，把自己倍數(shù)的燈進(jìn)行反向處理。這個(gè)時(shí)候問題來了：在第M個(gè)人操作以后，哪幾盞燈是關(guān)閉的，然后按照從小到大的順序輸出這些燈的編號，并且使用逗號進(jìn)行區(qū)分。

這個(gè)問題的數(shù)學(xué)模型可以進(jìn)行這樣的描述：D={d1，d2，d3，…dN}，在這個(gè)模型中，di是其中的一盞燈，數(shù)值可能是1或者0，如果是1表示為打開，0代表關(guān)閉，問題的答案是通過M個(gè)人根據(jù)自己的編號倍數(shù)對這些燈進(jìn)行反向操作以后，哪些燈是關(guān)閉的，按照順序輸出燈的編號C={c1，c2，c3…}，ci=0;在計(jì)算過程中能夠采取遍歷的方法，每個(gè)人都需要根據(jù)自己的編號倍數(shù)燈進(jìn)行反向操作;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以使用數(shù)組，在這些數(shù)組中的a[1]，a[2]…a[N]元素可以代表編號是1，2，…N燈所處的狀態(tài)，這些元素的初始值是1。最終利用編程實(shí)現(xiàn)，主要程序代碼是：

for（i=1;i<=M;i++）

for（j=1;j<=M;j++）

if（j%i==0）a[j]=！a[j]

在這個(gè)公式中，i代表的是每個(gè)人的編號;j表示每盞燈的編號，如果燈的編號是人編號的倍數(shù)，就需要對燈進(jìn)行相反的處理。

最終按照一定的順序?qū)⑷縜[j]=0的燈編號j輸出。雖然這個(gè)問題非常簡單，但是對剛學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)生來說，很容易使用編程處理實(shí)際遇到的問題。

（二）在線判題系統(tǒng)

在線判題系統(tǒng)作為國際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)在編程競賽中測試參賽程序不可缺少的在線系統(tǒng)，涵蓋題庫管理、在線提交程序、在線排名、用戶管理以及在線判題等功能。用戶可以在該系統(tǒng)中提交各種各樣的語言源代碼，系統(tǒng)自動(dòng)編譯和運(yùn)行這些源代碼以后，使用系統(tǒng)提前設(shè)計(jì)的測試數(shù)據(jù)對源程序代碼的正確與錯(cuò)誤進(jìn)行測試，這個(gè)系統(tǒng)主要是為國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽的參加人員提供測試、練習(xí)以及交流的平臺，同時(shí)還為編程愛好者提供了練習(xí)平臺。國內(nèi)外很多大學(xué)都構(gòu)建了屬于自身的OJ平臺，比如俄羅斯的Ural州立大學(xué)、Valladolid大學(xué)等屬于國際上比較有名的大學(xué)，這些大學(xué)中都建立了OJ系統(tǒng)，同時(shí)我國北京大學(xué)、浙江大學(xué)等都建立了優(yōu)質(zhì)的OJ平臺。學(xué)生主要學(xué)習(xí)C語言中的程序基本概念、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、函數(shù)、鏈表等內(nèi)容。程序基本結(jié)構(gòu)訓(xùn)練在編程學(xué)習(xí)中屬于基本內(nèi)容，對0基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，非常容易學(xué)。所以作者選擇使用“信息學(xué)奧賽一本通”O(jiān)J判題系統(tǒng)，這個(gè)OJ系統(tǒng)最明顯的特征就是題目從語言開始，下表為試題主要內(nèi)容。根據(jù)下表中統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容可以得知，OJ系統(tǒng)能夠完成分級教學(xué)，針對0基礎(chǔ)的學(xué)生可以從第一節(jié)開始練習(xí)，從而為程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ);有編程基礎(chǔ)的大學(xué)生，可以從基礎(chǔ)算法入手開始學(xué)習(xí)，從而增強(qiáng)自身程序設(shè)計(jì)的能力;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以當(dāng)作可選題目。從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面來看，使用OJ系統(tǒng)能為教師減少工作量，讓教師在教學(xué)方面投入更多的精力，從而實(shí)現(xiàn)理想的教學(xué)效果。

（三）線上線下課程組織

在上課之前，教師可以要求學(xué)生利用MOOC提前預(yù)習(xí)所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生經(jīng)過教師挑選的優(yōu)良MOOC視頻，在線上主動(dòng)學(xué)習(xí)有關(guān)知識點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行測試。教師在這個(gè)期間可以嚴(yán)格把控學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，利用線上提問、答疑的方法充分了解學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，同時(shí)準(zhǔn)備和內(nèi)容相關(guān)的重要程序案例。

在上課過程中，教師利用課堂面對面授課的方式，對本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)整理與歸納，然后對有關(guān)典型案例進(jìn)行詳細(xì)分析，比如采取哪種計(jì)算方法、哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。課程的難點(diǎn)、重點(diǎn)通過微課的方法，以便于學(xué)生課后進(jìn)行復(fù)習(xí)，在上課過程中，教師激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)融入課堂活動(dòng)中，針對表現(xiàn)良好的學(xué)生，可以將提升平時(shí)成績作為激勵(lì)，以便于使課堂氛圍更加活躍。

在課后，學(xué)生可以利用OJ系統(tǒng)做好相應(yīng)的編程題目，然后依據(jù)自身的具體狀況挑選題目的難易，利用OJ系統(tǒng)可以自動(dòng)判題，同時(shí)每周提交給教師做好試題數(shù)目與題號，教師整理完學(xué)生的完成情況之后就能大致了解學(xué)生掌握編程的能力與水準(zhǔn)，同時(shí)可以當(dāng)作判斷平時(shí)成績的標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)過程中，教師還需要大力培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性。

三、教學(xué)實(shí)施效果

（一）由以教師為中心變?yōu)橐詫W(xué)生為中心

通過采用線上線下交叉融合的教學(xué)方式，將傳統(tǒng)的學(xué)生被動(dòng)模式逐漸改變?yōu)橹鲃?dòng)參與的方式，經(jīng)過深入分析網(wǎng)上海量的程序案例，逐步將以教師為中心逐漸改變?yōu)橐詫W(xué)生為中心。同時(shí)在開展教學(xué)活動(dòng)期間，學(xué)生利用“MOOC+微課”大致掌握了C語言程序設(shè)計(jì)的語法規(guī)則，所以教師可以留出大量的時(shí)間在教學(xué)過程中深入分析實(shí)際案例，經(jīng)過全面分析和講解實(shí)際案例，不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，還可以提高學(xué)生利用所學(xué)知識處理實(shí)際問題的能力。

（二）明顯提升了學(xué)習(xí)效果

通過這種方式明顯提升了學(xué)習(xí)效果，新型的教學(xué)方法與教學(xué)環(huán)境可以讓學(xué)生在處理問題與編程期間投入大量的時(shí)間與精力，不需要特意學(xué)習(xí)語法，同時(shí)還提升了程序設(shè)計(jì)過程的理解程度，真正實(shí)現(xiàn)了邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐的教學(xué)模式。

四、結(jié)論

近年來，人工智能和新工科建設(shè)的不斷發(fā)展，計(jì)算思維作為三大支柱思維之一，程序設(shè)計(jì)能力是計(jì)算思維的核心任務(wù)，與此同時(shí)程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)學(xué)科與其他學(xué)科交叉融合過程中的主要介質(zhì)，熟練掌握程序設(shè)計(jì)的知識能夠?yàn)榻窈笈囵B(yǎng)創(chuàng)新型工科人才奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐表明，使用現(xiàn)有的優(yōu)良在線教育資源，有利于引導(dǎo)學(xué)生今后朝著良好的方向發(fā)展。除此之外，經(jīng)過實(shí)體課堂的參與、OJ系統(tǒng)的練習(xí)，教師能夠充分掌握每位學(xué)生的編程水平，可以將一些編程水平較高的學(xué)生推薦到大學(xué)生科創(chuàng)中心，從而為學(xué)生今后的發(fā)展做好鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 馮永霞