非計(jì)算機(jī)專業(yè)C語言教學(xué)模式分析
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摘要：針對目前為非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)的C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出一種與專業(yè)相結(jié)合的S&C（Specialized&ComputationalThinking）式C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式，在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的同時(shí)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：C語言；專業(yè)相結(jié)合；計(jì)算思維
一、引言
目前很多高校都在推行為非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)的程序設(shè)計(jì)類課程改革，研究如何全面提高教學(xué)效果。將計(jì)算思維融入程序設(shè)計(jì)是當(dāng)前課程教學(xué)的研究熱點(diǎn)[1]；很多教育專家和一線教師都提出了以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo)的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革方案[2，3]。C語言程序設(shè)計(jì)屬于此類課程，在注重培養(yǎng)計(jì)算思維的同時(shí)，更重要的是將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生本專業(yè)相結(jié)合。因此，提出一種融入計(jì)算思維、與專業(yè)相結(jié)合（以下簡稱S&C）的C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式。
二、計(jì)算思維的專業(yè)化培養(yǎng)
計(jì)算思維是信息時(shí)代中的每個(gè)人都應(yīng)當(dāng)具備的一種思維方式，培養(yǎng)計(jì)算思維能力已成為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[4]。程序設(shè)計(jì)類課程屬于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系，但是學(xué)習(xí)的內(nèi)容和要求是相對的，對不同的人群應(yīng)該有不同的要求[5]。對非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，程序設(shè)計(jì)語言更像是一個(gè)工具，是其在從事本專業(yè)工作中可以使用的一個(gè)工具。因此，任課教師應(yīng)考慮到專業(yè)需求，將計(jì)算思維與專業(yè)應(yīng)用進(jìn)行融合，讓學(xué)生感受到利用計(jì)算思維求解問題過程中的魅力[4]。計(jì)算思維教育的目的是培養(yǎng)一種思維習(xí)慣，一種像計(jì)算機(jī)科學(xué)家思考問題那樣的習(xí)慣[6]，雖然計(jì)算本身也是一門學(xué)科，但是其具有促進(jìn)其他學(xué)科發(fā)展的作用，不應(yīng)該將計(jì)算思維局限于此，而是應(yīng)用于各專業(yè)領(lǐng)域。
三、C語言程序設(shè)計(jì)與專業(yè)相結(jié)合
為非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)的C語言程序設(shè)計(jì)課程，授課深度和廣度有別于計(jì)算機(jī)專業(yè)，很多高校將它作為一門通識(shí)課程，使用同一個(gè)教學(xué)大綱，難以與專業(yè)課程緊密銜接。實(shí)際上，隨著計(jì)算機(jī)的普及，程序設(shè)計(jì)語言的使用不再是IT人的專利，很多行業(yè)都會(huì)涉及到軟件開發(fā)、編寫應(yīng)用程序。如單片機(jī)等智能芯片的開發(fā)語言就是以C語言為主[7]，學(xué)生程序設(shè)計(jì)水平高低可能直接影響他們的就業(yè)和職業(yè)發(fā)展[8]。因此，有高校教師提出自動(dòng)化專業(yè)的C語言程序設(shè)計(jì)課程改由自動(dòng)化教研室承擔(dān)[9]。但這種做法是否有違開設(shè)C語言程序設(shè)計(jì)課程的初衷？C語言是程序設(shè)計(jì)的入門語言，最重要的是建立C語言與專業(yè)的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)一種獨(dú)特的處理問題的思維方式，更適合由計(jì)算機(jī)專業(yè)教師授課，在后續(xù)專業(yè)課程中再由專業(yè)課教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐。但教學(xué)內(nèi)容要向?qū)I(yè)靠攏，能夠認(rèn)識(shí)到專業(yè)課程和C語言之間的聯(lián)系點(diǎn)在哪里，并由此制定出相對獨(dú)立的教學(xué)大綱和專業(yè)化教學(xué)方案。
四、S&C式C語言教學(xué)模式
（一）課程設(shè)置
雖然學(xué)習(xí)C語言不需要什么必須的先修課程，但經(jīng)過授課教師分析[8]，與計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生不同，非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生只是孤立地學(xué)習(xí)C語言，建議將C語言與相關(guān)課程配套開設(shè)，以自動(dòng)化專業(yè)為例，在同一學(xué)期內(nèi)，先開設(shè)C語言程序設(shè)計(jì)，在課程中后期再開設(shè)單片機(jī)課程，這樣既可以加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，又使學(xué)生對C語言的學(xué)習(xí)目的和從業(yè)方向更加明確。
（二）教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容
C語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)體現(xiàn)基礎(chǔ)性與專業(yè)性?；A(chǔ)性是針對后續(xù)課程來講的，學(xué)生通過該門課程的學(xué)習(xí)掌握一定的算法和常用子程序，學(xué)會(huì)用C語言編寫程序，為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；專業(yè)性是指學(xué)生在掌握C語言的各種語法與程序結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不僅能夠根據(jù)實(shí)際問題設(shè)計(jì)算法、編寫出解決問題的程序，還可以運(yùn)用計(jì)算思維解決生活中或?qū)I(yè)領(lǐng)域的問題。計(jì)算思維主要不是靠講課得來的，而是在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)過程中培養(yǎng)的[5]，但理論依然是實(shí)踐的基礎(chǔ)。因此，應(yīng)將思維訓(xùn)練融入到教學(xué)內(nèi)容中，并將計(jì)算思維具體化為對以下幾項(xiàng)能力的培養(yǎng)。1.抽象。從本質(zhì)上講，程序設(shè)計(jì)語言是對人類問題求解過程的抽象，例如，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)類型、表達(dá)式、流程控制、函數(shù)等都是數(shù)據(jù)抽象、計(jì)算、邏輯推理以及問題約簡等人類問題求解思維方法的物化[10]。使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過程就是利用計(jì)算的手段求解問題的過程，這一過程中對問題定義和形式化，以及建立問題的邏輯模型就是對問題的抽象過程，而抽象是計(jì)算思維的基本方法。2.多樣性思維。C語言中變量的使用是編程的基礎(chǔ)，也是最基本的概念。C語言提供了多種數(shù)據(jù)類型，如整型、浮點(diǎn)型、字符型、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體及枚舉型等。在求解實(shí)際問題時(shí)，會(huì)涉及到各種各樣的數(shù)據(jù)，如整數(shù)、小數(shù)、字符，還有一些復(fù)雜的對象，如學(xué)生個(gè)人信息、考試成績等，為處理這些不同類型的數(shù)據(jù)，除了要分析數(shù)據(jù)的對象特征，還要了解各種數(shù)據(jù)類型之間的差異及其使用方法，通過大量練習(xí)掌握并靈活應(yīng)用這些數(shù)據(jù)類型，這對于訓(xùn)練學(xué)生多樣性思維有極大幫助。3.問題分解。C語言是一門模塊化程序設(shè)計(jì)語言，在求解一個(gè)復(fù)雜問題時(shí)，一般采用逐步分解、分而治之的方法，即將一個(gè)大問題分解成若干相對較易求解的小問題，再分別進(jìn)行求解。C語言的函數(shù)就是程序的基本組成單位，在編寫一個(gè)復(fù)雜程序時(shí)，將整個(gè)程序的功能劃分為若干功能較為單一的程序模塊，即用函數(shù)實(shí)現(xiàn)每個(gè)單一功能，然后再將所有函數(shù)像搭積木一般，組合起來。函數(shù)有其獨(dú)立性，即要保證高內(nèi)聚，低耦合；但卻不是孤立的，使學(xué)生理解調(diào)用函數(shù)和被調(diào)用函數(shù)的相關(guān)知識(shí)和二者之間的相關(guān)性。4.算法。算法是解決問題的方法和求解問題的步驟。解決同一問題會(huì)有不同算法，算法設(shè)計(jì)是C語言程序設(shè)計(jì)的核心。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用已有知識(shí)，學(xué)會(huì)從多個(gè)角度分析問題，采用不同的類型、結(jié)構(gòu)都能解決問題；同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析各算法的差異，不僅可以鞏固知識(shí)點(diǎn)，還能加深學(xué)生對不同數(shù)據(jù)類型、程序結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)內(nèi)容中設(shè)置一些與專業(yè)應(yīng)用相關(guān)的案例，增加趣味性的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)與本專業(yè)的聯(lián)系。5.遞歸。遞歸就是用自身定義自身的方法。C語言允許使用遞歸，以應(yīng)用遞歸求解的問題為例，使學(xué)生理解遞歸的工作原理。例如，利用公式n!=n×（n-1）!求一個(gè)自然數(shù)的階乘，可以用以下函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。intfact（intn）{if（n<=1）return1；elsereturnn*fact（n-1）；}跟蹤i=fact（3）這條語句的執(zhí)行過程，從中了解遞歸函數(shù)逐層調(diào)用和展開的過程。6.程序。程序是為實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)或解決特定問題而用計(jì)算機(jī)語言編寫的命令序列的集合，在系統(tǒng)的IPO模型中，程序是算法的實(shí)現(xiàn)。C語言以順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)作為基本的程序結(jié)構(gòu)。學(xué)生在求解問題時(shí)選取合適的程序結(jié)構(gòu)，練習(xí)使用相應(yīng)結(jié)構(gòu)的語句，訓(xùn)練其結(jié)構(gòu)化思維；編程過程中，為了實(shí)現(xiàn)程序的整體性功能，要考慮如何協(xié)調(diào)各類函數(shù)，從而強(qiáng)化一體性思維；任何程序，無論是簡單的還是復(fù)雜的，都按照一定秩序有序執(zhí)行，為解決不同問題要采用不同要素、結(jié)構(gòu)組成程序，這可以強(qiáng)化學(xué)生的有序性思維。7.動(dòng)態(tài)性思維。C語言中很多知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用都體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)思維。例如，根據(jù)計(jì)算對象的類型使用不同類型的變量，在多種類型數(shù)值進(jìn)行混合運(yùn)算時(shí)，其結(jié)果又能根據(jù)精度要求動(dòng)態(tài)地向高精度類型轉(zhuǎn)換；循環(huán)結(jié)構(gòu)中，循環(huán)變量值的變化是程序動(dòng)態(tài)性的最佳體現(xiàn)，在單步調(diào)試時(shí)，能夠清楚地觀察到循環(huán)變量及相關(guān)變量值的每一步變化；在函數(shù)定義中形參的設(shè)定也是訓(xùn)練動(dòng)態(tài)性思維的重要知識(shí)點(diǎn)，每次調(diào)用函數(shù)時(shí)，函數(shù)所接收到的實(shí)參都是不同的，只有具有動(dòng)態(tài)性思維，才能真正理解函數(shù)實(shí)參和形參的概念。
（三）教學(xué)方法
在課程教學(xué)中，教師應(yīng)具有不同的角色，課程前期，教師是講授者、主導(dǎo)者，以講授法為主，通過對比記憶等方法幫助學(xué)生接受C語言各種定義的方式和語法結(jié)構(gòu)；課程中后期，教師是協(xié)助者、引導(dǎo)者，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，讓學(xué)生成為課堂主體。教師應(yīng)設(shè)計(jì)好課前任務(wù)，及時(shí)獲得反饋以調(diào)整課上活動(dòng)；課上進(jìn)行分組討論和以專業(yè)性案例為主的任務(wù)拓展，引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，研究規(guī)律，掌握方法，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到C語言程序設(shè)計(jì)與專業(yè)學(xué)科的密切關(guān)系。翻轉(zhuǎn)課堂的有效實(shí)施需要一個(gè)過程，既是學(xué)生接受、適應(yīng)和主動(dòng)參與的過程，也是教師根據(jù)不同課程班逐步調(diào)整實(shí)施方案的過程。教學(xué)方法的有效性以學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性為前提，而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)似乎一直是教師與學(xué)生之間的較力。C語言與專業(yè)相結(jié)合可以在一定程度上提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，因?yàn)榇蠖鄶?shù)學(xué)生是依據(jù)自身興趣選擇專業(yè)的，但這還不夠。依據(jù)ARCS模型，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者動(dòng)機(jī)的四個(gè)要素：Attention、Relevance、Confidence和Sat-isfaction。在教學(xué)開始階段，引入一個(gè)C語言開發(fā)的專業(yè)案例吸引學(xué)生注意，激發(fā)學(xué)生想進(jìn)一步探究的好奇心；進(jìn)而建立C語言與專業(yè)學(xué)科的關(guān)聯(lián)，使學(xué)生清楚教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容的價(jià)值；在課前任務(wù)中布置一些較簡單的任務(wù)，以此增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，課堂上進(jìn)行任務(wù)拓展時(shí)提供一些有些難度而學(xué)生又能解決的問題，讓他們感覺到自己的能力“非凡”，最后讓學(xué)生明確自己取得的成果是自己具有能力并付出努力的成果；在實(shí)踐環(huán)節(jié)布置的項(xiàng)目任務(wù)為學(xué)生提供了在一種真實(shí)或模擬的情境中運(yùn)用知識(shí)的機(jī)會(huì)，感受到學(xué)習(xí)的價(jià)值、學(xué)習(xí)的快樂，從中獲得滿足；對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果提供反饋，如對課堂表現(xiàn)好的學(xué)生給予口頭表揚(yáng)，維持后續(xù)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，面對全班公布考核方式的評分標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生感受到教師評價(jià)的公平性。
（四）實(shí)踐環(huán)節(jié)
為了鼓勵(lì)學(xué)生積極進(jìn)行實(shí)踐，應(yīng)該不斷加強(qiáng)C語言實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，在校內(nèi)使用OJ（OnlineJudge）系統(tǒng)[11]。但要使OJ系統(tǒng)更好地發(fā)揮效用，教師必須對題目進(jìn)行正確描述和引導(dǎo)，以及對測試用例考慮充分，增加與專業(yè)聯(lián)系密切的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；布置合作式項(xiàng)目任務(wù)，并以此作為大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性項(xiàng)目，訓(xùn)練學(xué)生在實(shí)際工作中協(xié)調(diào)、合作和創(chuàng)造能力。學(xué)生還可以利用OJ系統(tǒng)進(jìn)行階段性測試，促進(jìn)自主性學(xué)習(xí)。
（五）考核方式
課程的考核方式?jīng)Q定著教師如何教這門課，也決定著學(xué)生如何學(xué)習(xí)。目前C語言程序設(shè)計(jì)課程的考核方式為“平時(shí)表現(xiàn)+期末考試”的形式，期末考試采用無紙化上機(jī)考試，是評定學(xué)生成績的主要方面，排除了考試各環(huán)節(jié)中人為因素的影響。試題庫涵蓋教學(xué)大綱規(guī)定的所有知識(shí)點(diǎn)，難度適宜、重點(diǎn)突出。但全面考核學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力不能僅依賴于期末考試，應(yīng)重視平時(shí)課堂和實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核，采用作業(yè)自評和同伴互評的評分機(jī)制。自評是學(xué)生比對評分標(biāo)準(zhǔn)自查；同伴互評是學(xué)生通過相互批改作業(yè)相互學(xué)習(xí)，是形成性評價(jià)的有效手段，能夠幫助學(xué)生更積極主動(dòng)地參與課程學(xué)習(xí)，增加了再次回顧知識(shí)、溫習(xí)知識(shí)和總結(jié)自身所得的機(jī)會(huì)，促進(jìn)更深層次的思考。為了使這一評分機(jī)制能有效開展，教師要制定一個(gè)好的評分標(biāo)準(zhǔn)，不同的“評委”依據(jù)這個(gè)評分標(biāo)準(zhǔn)對同一個(gè)作業(yè)進(jìn)行評判應(yīng)得出同樣的判斷；考慮到同伴互評中可能出現(xiàn)的問題，如學(xué)生不遵照評分標(biāo)準(zhǔn)打分等，做出相應(yīng)的對策，使學(xué)生能夠自覺以評分標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，高質(zhì)量地完成作業(yè)，然后根據(jù)評語對照評分標(biāo)準(zhǔn)修改完善自己的作業(yè)。
五、結(jié)語
應(yīng)用型大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育，應(yīng)以能力為導(dǎo)向，使學(xué)生具備在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力。作為應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，C語言程序設(shè)計(jì)能否學(xué)好關(guān)乎到后期專業(yè)課程學(xué)習(xí)的效果。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，采取與專業(yè)相結(jié)合的C語言教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生將計(jì)算機(jī)處理問題的思維方式運(yùn)用于本專業(yè)領(lǐng)域的能力，為各學(xué)科問題求解帶來一種思想、策略、方法和手段上的變化，促進(jìn)各學(xué)科的突破性發(fā)展。
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作者：欒若星 單位：遼寧工業(yè)大學(xué)計(jì)算中心
