真实问题为导向的C语言课程教学改革实践

王青松，张鑫琪，刘 建

(辽宁大学 信息学院，辽宁 沈阳 110036)

0 引言

《C语言程序设计》对于是否属于计算机专业的学生来说，都是一门基础技术课程，讲述了什么是C语言、有哪些数据类型及其使用技巧、程序流程控制、数组、函数、指针以及有关程序设计的方法等内容.通过本课程的学习，使学生更好地了解和应用计算机，培养学生应用计算机独立解决问题的能力，为学生今后进一步的学习奠定良好的、扎实的计算机语言基础[1].

该课程对于综合性、灵活性、逻辑性要求较高，规则多，对于学生学习和教师教学都具有较高难度.因此，探索《C语言程序设计》教学改革势在必行.传统的教学模式，即LBL(Lecture-Based Learning)模式，遵循教师课堂讲授，学生被动接受，形成学生机械性接受、缺乏自主性和创新性的局面，学生掌握理论和算法，却不知道在实践中如何应用.PBL(Problem-Based Learning)教学模式是以真实问题为导向，培养学生自主学习能力、实践能力和创新能力[2-4].根据多年《C语言程序设计》课程的教学经验，综合LBL和PBL两种教学模式的特点，在C语言程序设计课程的教学改革实践中，逐步引入PBL教学模式，提高学生综合素质.

1 PBL教学法

基于问题的教学方法(Problem-Based Learning，PBL)是一种问题驱动的教学模式.PBL不同于传统的教学方法，传统教学将重点放在教师课堂教学，先传授学生理论知识再解决问题，这种单向输出的模式下学生处于被动，缺乏主动性，难以对学习内容产生兴趣，理解浮于表面，不知道在实践中如何应用.PBL是以学生为主体，学生具备专业领域知识后，围绕真实问题自主寻求解决方案的一种学习模式.

在PBL教学模式中，教师的角色是问题的提出者、课程的设计者以及结果的评估者.首先，教师根据期望传授的知识提出问题，设置于有意义的问题情境中，同时，为防止打消学生探究的积极性，问题与情境的设置要难度适中、贴近现实、有趣味，激发学生的兴趣，引起学生的注意力；其次，教师根据问题难易程度以及结合学生个人知识掌握情况，进行分组和角色分配，学生活动主要是小组内部分工合作进行；学生通过查阅资料、请教老师等方法，自主探索解决问题，在解决问题的过程中实现知识的建构，在解决问题时真正完成对知识的综合运用，知识建构和综合运用这两个阶段是相辅相成的，不断调整、探讨才能达到新的知识体系[5]；最后，学生以小组为单位进行成果汇报，由教师和学生对整个教学过程、教学成果进行评价、总结.综上整个过程概括为：提出问题、角色分配、知识建构、综合运用、评价和总结[6-7]如图1所示.

2 PBL教学法在C语言中的应用

C语言以其简洁、灵活、表达力强、产生的目标代码质量高、可移植性好为基本特点而著称于世，在高校中各专业都会开设《C语言程序设计》作为一门技术基础课程，通过《C语言程序设计》的学习，启发学生掌握程序设计的基本思想和方法，培养学生在以后学习、工作中，都能融会贯通使用这种思想和方法的能力，在本科教学计划中占有举足轻重的地位和作用[8].

根据多年《C语言程序设计》课程的教学经验，发现许多学生在刚接触程序设计思想时存在困难，认为内容抽象难懂，在学习过程中难以认识到C语言的重要性，而且相对缺少对学生实践能力的训练.结合实际课时安排，采取LBL教学模式和PBL教学模式相结合的方法，对C语言程序设计课程进行教学改革.通过引入“真实问题”为导向的实施教学，帮助学生们真正掌握C语言的算法，激发学生编写程序的积极性，提高学生综合运用C语言解决问题的能力.

2.1 模式设计

结合中国国情和高校课时安排情况，采取LBL教学模式和PBL教学模式相结合教学.具体过程如图2所示.

1)课堂学习：学生理解教材基础知识为主.开设班级学习群，教师在群内及时共享课件，设置练习题，及时和学生形成互动，激发学生的学习热情.课堂学习：学生理解教材基础知识为主.开设班级学习群，教师在群内及时共享课件，设置练习题，及时和学生形成互动，激发学生的学习热情.

2)简单问题：先以教材习题为主，鼓励学生上机实践练习，让学生树立信心，找到成就感、满足感，把基础实践部分做好.

3)复杂问题：提升问题难度，可以由教师提出问题或者教师给定范围，由学生自主上网查找一些经典问题，通过双人合作的方式，在短期时间内解决.循序渐进，让学生积累程序设计和编程的经验.

在此过程中开始引入计算机专业一体化平台，将过去单一的试卷评价变成多元的学业评价方式，包括学生的网络编程作业、网络编程考试、实验成绩、最终试卷成绩综合评价.网络教学平台的引入，可以对学生实现多元学业成绩考核，并可根据学生的作业情况、平时测试情况对学生的学习状态进行分析和预警.可以布置网上作业包括真实问题的作业.学生编写代码按时提交源代码文件.提高与学生互动性，学生学习热情高涨，往往能够及时提交源代码，比直接布置课后作业完成率要高很多.同时有平台提供监督机制，未完成的作业和抄袭的作业都可以检查出来.

4)真实问题：PBL教学模式核心部分是问题和情境设置.教师设置情境，提出真实问题，学生通过小组合作的方式协作学习，查阅资料、询问老师等途径，在解决问题的过程中实现知识建构，最终实现知识的综合运用.

2.2 设计问题

在《C语言程序设计》课程的理论教学和基础实验基础上，通过开发规模较大的程序，使学生掌握应用计算机解决实际问题的基本方法；熟悉C程序开发的全过程，包括从分析问题开始，建立数据模型，划分功能模块，设计算法，编码，调试和测试程序，撰写文档等；提高综合应用C语言的能力，强化编程和调试能力.通过理论教学、基础实验、课程设计等理论和实践紧密结合的教学，为学生今后学习软件专业课程创建较轧实的理论和实践基础.

基于引起学生兴趣的目的，设计一个充满趣味又贴近生活的问题，比如在结构体、指针等模块学完后，让学生完成一个学生成绩管理系统.

实验的目的是让学生理解算法的基本概念；正确使用常量、变量、运算符与表达式、程序控制结构、数组、函数、编译预处理、指针、结构体与共用体及文件等C语言要素进行程序设计；熟悉在一种C语言开发环境下进行C程序设计的基本步骤；了解软件工程的设计方法，采用模块化设计.

2.3 分析问题

学生成绩管理系统对学生的成绩信息进行管理，其中包括学生信息、课程信息和选课信息.学生信息包括学号、姓名、性别和地址.课程信息包括课程号、课程名、学分和学时.选课信息包括学号、姓名、课程号、课程名、学期和成绩.教师可以适当地对学生给予提示：1)学生和选课信息可以使用结构体数组存储，课程信息使用链表存储；2)使用switch语句实现判断选择功能，控制流程的流转.

首先要明白，学生成绩管理系统的使用者是教师，因此在设计系统时，功能模块的设置的服务对象是教师；接下来，从功能模块设置的角度进行分析，系统要能够实现对学生信息、课程信息、选课信息的增、删、改、查，成绩管理要具有成绩的录入、删除和查询.图3给出了系统的功能结构图.

2.4 解决问题

经过教师的引导，对问题进行分析后，学生对于模块化设计思想有了知识建构，接下来，教师进一步提出画出业务流程图的要求，检查发现，大部分学生能够独立给出业务流程图，存在少数学生画出的流程图存在问题，但是通过引导能够将思路梳理清晰.最后，由教师给出正确的系统业务流程图见图4.

2.5 教学实践效果分析

按照传统教学模式下《C语言程序设计》课程的教学计划，本门课程的考核包含平时成绩和期末考试，占比分别为20%和80%，其中平时成绩指课堂考勤和实验作业.在基于“真实问题”为导向的教学模式下，引入计算机专业一体化平台，课程考核对于考核方式和考核因素的占比都有调整，考核方式新增小组答辩和程序提交(包含代码，课程设计文档)，成绩划分到平时成绩里面，由于PBL教学模式要求学生为主体，强化了学生在平时研究探讨问题的部分，所以提高平时成绩比重到30%，作为对学生们的激励，相应的期末成绩比重为70%.

参与PBL在C语言程序设计课程的教学改革实践的是辽宁大学信息学院2018级计算机科学与技术专业的本科生，通过对17级和18级学生同期《C语言程序设计》成绩对比发现，基于“真实问题”为导向的教学模式使得教学质量显著提升，学生的成绩有了明显提高，优秀率(≥90)和良好率(≥80)都显著高于17级学生，不及格率也明显降低.图5给出了17级和18级学生成绩分布对比情况.

对结果分析认为，优秀率和良好率都提高的原因包括两方面.一方面是由于引入了计算机专业一体化平台，可以及时分析和预警学生的学习状态，密切监督学生课后作业的完成率，同时对于未完成的作业、抄袭的作业都可以检查出来；另一方面和基于“真实问题”为导向的教学模式的实施是密不可分的，不仅调动学生学习积极性，而且给学生提供了将知识综合运用的机会，对所学掌握更牢固.

3 结束语

PBL教学模式以“真实问题”作为驱动，激发学生兴趣，调动学生积极性，以学生作为主体，教师作为引导，提高学生创新能力、实践能力和自主性，培养学生将教师讲授的知识自主梳理建构的习惯与能力，以及在将来实践中对知识综合运用的能力.但是，PBL教学模式的实施还是存在一定问题.PBL教学法对于学生的基本素质要求很高，学生对于知识的接触程度和接受能力存在差异，对新模式接纳存在缓慢现象；而且PBL教学过程中要求教师对学生各方面的指导，新模式要求教师有多年教学经验，能灵活应对学生出现的各种问题，能合理提出问题；新模式需要学校的全面支持，教学资源要求较高，教师精力有限，需要小班化教学、指导教师充足、增加课时等.

在后续的教学改革实践中，一方面，针对上述问题会进行适当调整，另一方面，期望将“真实问题”为导向的教学模式推广应用到更多的其他专业课程中去，探索使用数据挖掘等技术和挖掘关联规则的算法Apriori对每批次教学结果进行分析，科学地调整教学模式，达到更好的教学效果.