面向新工科的 C 語言課程建設研究與實踐

李國和 吳衛江 趙建輝 董丹丹

【摘要】為了培養新工科人才的基本素質，開展面向新工科的C語言課程建設。通過教學團隊建設，規范C語言課程教學和教研活動，促進教師成長。基于新工科內涵，完善教學內容，創新教材建設。搭建網絡學習和實踐環境，提高學生實踐能力，減輕教師教學強度。通過第二課堂應用實踐，實施因材施教。

【關鍵詞】新工科 ?計算機基礎教學 ?C語言 ?程序設計 ?實踐能力

【基金項目】新疆自治區普通高校教學改革項目（2017JG094）;教育部產學合作協同育人項目（201801181004）;中國石油大學（北京）教學名師重點教改項目;中國石油大學（北京）優秀教學團隊資助項目。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）05-0179-02

一、引言

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》推進高校實施“卓越工程師培養計劃”，以培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才[1-2]。2017年從“復旦共識”“天大行動”到“北京指南”，提出新工科理念，升級“卓越工程師培養計劃”[3-4]。計算機基礎教育也應適應這人才培養要求，2010年高校推廣計算思維教育，把計算機基礎教育從工具化教育到計算機素質教育，再次提升到思維教育[5-6]。計算思維涵蓋基于計算機的數據表示、數據存儲和數據操作以及數據處理。面向過程的C語言程序設計與此內容緊密關聯。以C語言及其程序設計以及應用教學為載體，進行具有直觀感受的計算思維培養教育，具備新工科所要求的創新應用實踐能力培養。但C語言課程存在主要問題：注重詞法、語法、語義等語言基本知識，缺少應用內容。即使重視基本編程技能，也忽視問題驅動、聯系實際的應用創新能力培養。配套網絡資源相對缺乏，在線教學相對滯后，線下線上相結合的教學模式還需要探索。針對應用開發的創新能力培養，缺乏因材施教，第二課堂建設與發展緩慢等[7-10]。

二、面向新工科的C語言課程建設研究與實踐

為了解決C語言課程中存在的問題，開展面向新工科的教學研究與實踐。

（一）加強團隊建設，規范教學教研

教學團隊是針對單一課程的教學實體。制定教學團隊管理辦法，涵蓋團隊成員管理與成長、教學實施與管理、教改與教研活動等，并嚴格執行團隊管理辦法中各條例。教學上，統一備課、教學內容、作業實踐、考試與流水閱卷等，規范了教學與管理。教研上，定期開展圍繞教學內容、教學方法、教學手段等主題的研討活動;不定期進行教學經驗、校外學習體會、教改實施、教育思想理念等交流活動。2010年C語言教學團隊成立以來，在品牌課程基金和教學團隊基金以及省部級教改基金等支持，增強教研活力，也鍛煉培養了教師隊伍，保障了教學質量的持續提高。

（二）充實教學內容，重整課程系列

C語言是當今流行最具代表性、面向過程的計算機高級語言之一，其與問題求解過程更具有很好的契合度。 該課程以“確保基礎，注重聯系;增強應用，提高技能”為指導，教學內容包括語法和語義以及基本算法，主要涵蓋數據類型及數據、結構化程序設計、模塊化程序設計、數據有效性、數據安全性、數據文件處理等內容。突顯指針類型數據的重要性，并把指針等知識難點分布到多個章節中增強教學內容可理解性、技能性。通過應用實例分析，融入C語言及其程序設計的知識點，提高教學內容的實用性、應用性。該課程64學時=48學時（上課）+16學時（上機）。通過該課程學習，不僅掌握C語言知識及其程序設計技能，而且理解計算思維的基本內涵。

在C語言課程基礎上，增設“C程序設計綜合實踐”課程。該課程“面向新工科：以計算思維為指導，智能搜索應用為背景，提高程序實踐與應用技能為目標”設置教學內容，以人工智能中的搜索策略為應用背景，以問題驅動為主線，涵蓋了盲目搜索、啟發式搜索、不可回溯啟發式搜索（即局部串行搜索）、全局并行搜索、規則樹搜索等，并采用遞推和遞歸程序設計實現，教學內容具有基本性、技能性、應用性、實用性、時代性。該課程為3周實訓課程，通過教學實踐，達到“學以致用”的工程實踐能力和創新應用能力培養。

（三）重視過程考核，完善教學評價

C語言課程考查由期末考試（包括筆試和機試）為主改為以教學過程與期末并重的考核方式。期末考查和過程考查各占50%，其中期末考查50%=筆試35%+機試15%，而過程考查50%=考勤5%+作業15%+3～4次考試（筆試或機試）30%。鼓勵學生創新性，考慮到算法設計的多樣性、復雜度、可理解性等因素，對各種考查增設10%～15%附加分，但滿分限定100%。這種考查兼顧課程的基礎性（基本概念等知識內容），凸顯技能性、應用性特點的考查。

“C程序設計綜合實踐”課程在教學過程是以“教師講授為輔、學生實踐為主”，占總成績50%=考勤5%+考查3～4次45%，主要觀察學生的自學和技能能力，以便調整分析和講解內容，同時也督促實踐進度。期末考查占總成績50%=程序演示和答辯20分鐘30%+實踐報告20%。實踐報告20%細化為①目的、意義2%;②核心方法、算法、流程10%;③運行結果與分析2%;④源代碼及其注釋說明5%;⑤結論1%。過程考查和期末考查另有10%～20%的附加分，以鼓勵學生奇思妙想的方法和高效算法的實現。該課程對較大的實踐內容，要求2個人合作完成，鍛煉團隊研發、分工協作能力，培養軟件工程理念。

（四）建設特色教材，落實教學內容

依托C語言教學團隊，以“面向新工科：提升計算思維認識，落實計算機基礎教學”為總綱，“以程序設計為主線，以數據及其操作為核心”進行《C語言及其程序設計》教材編寫。

以“消化鞏固基本知識，提高編程實踐技能”為指導，編寫了《C語言學習輔導與實踐》，包括習題解答、例題講解、實驗實踐、綜合測試四篇。兩本教材為一體，知識結構完善，教學內容充實，做到“確保基礎，注重聯系;增強應用，提高技能”。

“以智能搜索應為背景，提高程序實踐技能為目的”編寫了《基于搜索策略的問題求解——數據結構與C語言程序設計綜合實踐》，全書采用標準C語言實現。該教材以人工智能的狀態空間和產生式系統問題求解為背景，以問題為出發點，問題驅動貫穿全書，各章節依次從淺到深、從易到難遞進介紹，并通過模塊化程序實例，增強內容的可讀性和可理解性，并具有鮮明時代應用特征。

（五）研發網絡環境，方便教學實踐

教學團隊研發了C語言教學網站，支持部分網絡教學。該網站主要有三大系統：教學資源平臺、遠程交互程序作業平臺、教與學研討交流平臺。

（1）教學資源平臺

教學資源平臺主要是發布教學相關的各種信息，主要有教學團隊、培養方案、課程章節簡介、電子教案、課堂錄像、教改項目與成果，并提供進入“遠程交互程序作業平臺”和“教與學研討交流平臺”鏈接入口。教學資源平臺提供C課程的基本學習資料信息，方便教學相關資料查閱、下載學習。

（2）遠程交互程序作業平臺

基于OJ內核的遠程交互程序作業平臺是針對程序作業的在線程序驗證環境（即遠程上機）。除了驗證數據結構、算法和程序的正確性外，該平臺還提供了求解精確性和執行效率信息，方便學生通過手機或PC機提交程序作業驗證程序及其效率，也減輕教師審閱學生程序工作量。可匯總學生的程序及其效率等信息，追蹤學生實踐能力。

（3）教與學研討交流平臺

教與學研討交流平臺提供課下研討、答疑網上環境，包括論壇、聊天、視頻、直播、筆記與評閱共享等功能。學生或老師作為發起者創建研討、答疑主題開展在線討論。平臺還提供各種疑難問題及其參照、解答資料的積累與共享。

通過整合教學網絡平臺，實現教學資源共享、程序作業實時提交運行驗證和研討交流，為提高教學質量起到十分重要的輔助作用。

（六）加強實踐教學，培養創新人才

通過每年3月份全?！坝嬎銠C技能大賽（C語言程序設計）”，強化實踐考核內容，檢驗、促進C語言教學，也為“藍橋杯”程序設計大賽、全國計算機等級考試等熱身，落實了第二課堂教學。通過大賽選拔實踐能力強、素質全面的學生組建科技創新團隊，配合團委“大學生科技創新行動計劃”，面向團中央“創青春”“挑戰杯”和教育部“互聯網+”“全國大學生計算機設計大賽”等賽事，開展應用性項目研發。學生不僅融會貫通C程序設計，而且延伸對問題處理方法探究、數據庫設計與實現、數據分析與可視化、系統設計集成乃至系統推廣應用。從C語言基礎教學、程序技能培養，到工程實踐、應用推廣提升，體現“學生為中心、學習為中心、能力為中心”的教學理念，突顯“教師主導教，學生主動學”，最大限度開展因材施教，更加符合創新精神、創新能力的人才培養，更加體現新工科教育核心內涵的實現。

三、機遇與挑戰

基于C語言優秀教學團隊，取得一些教學成績，但還面臨一些挑戰。在教學管理權限方面，完善教學團隊工作章程，增強教學團隊的課程管理權限，使得教學團隊更加團結一致。在網絡資源建設方面，進一步基于E？鄄Learning思想，建設C語言視頻資源，甚至開展MOOC教學作為第一課堂的有效補充，減輕教師工作強度。在教學模式上，探索MOOC相結合、翻轉課堂的混合教學模式，啟發、調動學生學習積極性和主動性。在教師評價方面，程序設計及其實踐類課程不僅要求掌握知識，更要掌握知識應用的實踐能力。學習主動性、相關基礎素質對程序設計及其實踐課程教學效果影響很大，學生對教師評教影響也很大。面向新工科的創新能力人才培養，計算機基礎教學還任重道遠。

四、結束語

創新實踐能力是新工科人才的基本素質。計算機應用實踐能力是計算思維重要核心，也體現新工科人才培養目標，而面向新工科的C語言課程可以成為創新和實踐能力的載體。通過C語言優秀教學團隊建設，規范教學和教研活動，有效提高教師教學水平。發揮團隊整體力量，深刻領會新工科和計算思維的內涵，充實完善課程和教學內容，建設特色教材，搭建教學網絡，豐富教學資源和實踐環境，一定程度上開展課堂教學和網絡教學相結合的混合教學模式，有效提高教學質量。通過第二課堂，延伸教學內容內涵，提高創新應用能力，對課堂教學具有很好的促進和示范作用。

參考文獻：

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[9]連遠鋒，李國和，趙建輝.C語言程序設計在石油相關專業中的教學實踐[J].計算機教育，2013（5）：1-5.

[10]連遠鋒，張秀美，李國和，趙建輝.卓越工程師培養模式與教學改革的思考——以C語言程序設計為例[J].石油教育，2012（6）：58-60.

作者簡介：

李國和（1965年-），男，博士，教授，博士生導師，研究方向為人工智能，數據可視化等。

吳衛江（1971年-），男，在職博士生，副教授，碩士生導師，研究方向為數據挖掘、數據庫開發技術等。

趙建輝（1972年-），男，碩士，講師，研究方向為數據庫開發技術等。

董丹丹（1990年-），女，河北滄州人，碩士，實驗員，研究方向為數據庫開發技術等。