基于实践创新能力培养的C语言课程教学改革

李德川　方振国　梁霞

【摘要】在现代工程教育背景下，要求加强培养知行合一的高素质专门人才。文中以C语言软件设计教学为研究对象，通过对C语言教学现状的分析，提出用阶梯型目标对实验对象进行分级设计，解决学生参与度低、编程不积极和实验无效果的现象。在实验设计中，结合生活实际，利用学生思维活跃特点，充分发挥学生的个性特长，把知识的传授贯穿在程序设计中，将普及性教育与探究式教育相融合，探索提升实践创新能力的教学新模式。

【关键词】C语言  探究  新工科

【基金项目】安徽省“六卓越、一拔尖”卓越人才培养创新项目（2019zyrc056）;淮北师范大学教学研究项目（JY19003， JY19037）。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）08-0054-03

新工科是在建立国际竞争的新优势、加快我国经济发展和产业升级的迫切需求下提出的，建立适应国家战略发展的新型工程教育[1]。要站在国家战略层次上审视产业和未来的需求，以服务和引领行业发展为己任，培养高素质的工程技术人才[2]。在教书育人的实践中，要以立德树人为根本，遵循工程教育的发展规律，从实践出发，把教学内容与社会需求结合起来，坚持以学生为导向，尊重学生的个性发展，培养理论能力与工程能力交叉融合的创新型工程人才[1，3]。新工科背景下的人才培养要求我们从专业建设出发，紧密结合实践[4]，培养实践能力强、创新水平高和综合素质过硬的优秀毕业生[5]。在此背景下，我们从电子信息系的C语言程序设计的教学出发，探讨实验教学的新模式。C语言程序设计又称为高级语言程序设计，是大学生必修的一门基础课程[6]。学习程序设计既可以了解计算机的工作原理，也可以用来培养学生分析、总结和处理问题的能力。对于同一个问题，在C语言编程中可以有多种处理方法，程序的多重性可以极大地活跃学生的创造性思维。C语言实验作为应用的一个实践环节，在课程教学中占据非常重要的地位，如何在实验中保质保量地让每一位学生都能个性发展、最大限度地发挥所长，而不是完成基础训练，是目前实验教学中急需解决的一个问题。目前，实验教学项目的类型大部分以“验证”“设计”“综合”为主，学生配有实验指导书，学生课前预习和编写程序，上机来验证，然后，教师根据实验报告上学生验证的情况给以评判。对于学习能力强的学生，上机验证这个过程很快完成，挑战性不高，导致学习兴趣下降;而对于基础稍差的同学，通过整节课的学习和调试也能完成。在实验报告上，基础好的同学和基础差的同学调试内容几乎没有什么区别，在得分上也很接近，没有区分度。本文从C语言实验教学的设计出发，把实验设计为含有基础应用和高级应用两个层次，把验证、设计和综合等环节融入到实验设计中去，以此来探讨实验教学的改革模式，实现对教学对象的全覆盖，并能够对学生个体进行差异化培养。

本文以“点菜系统”的设计为例，把选择结构作为必须掌握的基础知识，把循环结构作为提高部分，实现实验教学的层次设计。

1.基础知识的理解和应用

在教学中，基础知识为学生必须掌握的部分，要求全部学生能够了解和运用。在基础应用这个层次，学生只要能够正确运用选择结构的相关知识，实现点菜，即可认为达到了实验目的。

在课程的具体实施中，可以把该部分分为以下几个环节：基础知识的掌握情况、程序设计的讨论阶段和程序的实施。

1.1基础知识的理解

在基础知识的掌握环节，可以通过学生主动回答，其他同学补充，教师总结的形式来巩固基础知识。通过问答，學生可掌握选择结构的类型和使用条件。如选择的两种语句：if（）和switch（）语句;

if语句为两分支语句，含有3种形式：

第一种形式：无else部分

if（表达式）   语句;

第二种形式：标准格式

if（表达式）  语句1;

else   语句2;

第三种形式：嵌套

if（表达式1）  语句1;

else if（表达式2）  语句2;

…

else if（表达式n）  语句n;

else 语句n+1;

switch语句为多分支语句：

switch（表达式）

{case 常量1：语句1;

case 常量1：语句1;

…

case 常量n：语句n;

default： 语句n+1;   }

在学生了解语句格式时，提醒学生语句使用的语法规则，如在if语句中，表达式的类型可以为关系、逻辑、数值等不同形式。但在switch语句中，表达式的类型必须为整型或字符型。这一部分大约用时5分钟。

1.2程序结构设计的多样性

在程序设计的讨论环节，引导学生用不同的语句实现选择功能，放飞学生的思维定式。比如用if语句怎么实现？用if-else if-else语句怎么实现？用switch语句怎么实现？在讨论后，总结用哪个语句写程序更简洁，更美观。而在程序的具体语句形式上不指定格式，充分给予学生自主选择权。而在分支语句的表达式上，既可以用数字，也可用字符来代替某菜名，示例如下：

用整型变量n代表选择的某菜名。

if（n==1）   printf（"番茄鸡蛋＼n"）;

if（n==2）   printf（"红烧排骨＼n"）;

…

或用if—else if—else表示

if（n==1）   printf（"番茄鸡蛋＼n"）;

else if（n==2）   printf（"红烧排骨＼n"）;

…

或用switch表示

switch（n）

{ case 1： printf（"番茄鸡蛋＼n"）;break;

case 2： printf（"酸辣土豆丝＼n"）;break;

…

}

若用字符ch代表选择的某菜名。

if（ch== 'a'）   printf（"番茄鸡蛋＼n"）;

if（ch== 'b'）   printf（"红烧排骨＼n"）;

…

或用if—else if—else表示

if（ch== 'a'）      printf（"番茄鸡蛋＼n"）;

else if（ch== 'b'）   printf（"红烧排骨＼n"）;

…

或用switch表示

switch（ch）

{ case  'a'： printf（"番茄鸡蛋＼n"）; break;

case  'b'： printf（"酸辣土豆丝＼n"）; break;

…

}

经过上述的讨论，学生在程序的多样性上有了一个直观的认识，对选择结构又多了一分认识。这一部分大约用时10～15分钟。

1.3程序的设计与指导

在程序的实施环节，学生选择1～2种形式来完成剩下的部分，让学生体会程序的编辑-执行过程。同时，随机将学生运行的结果展示在大屏幕上，提高学生的参与感和自豪感，增强学习动力。

在本环节完成后，教授分支语句的任务已经圆满完成，在这一环节中，参加实验的每一位学生都可以实现预期结果，实验目的已经达到，保证了人人参与，人人会用，实现了大众教育。

对于学习能力强、计算机操作熟练的学生，如何抓住他们的兴趣点，让他们有所收获，是我们在教学中需要考虑的个性化培养的问题。

2.程序的高级运用

在上述用分支语句实现点菜的过程中，每次运行只能得到一个菜名，功能性有一定的局限性。我们可以对该程序进行难度升级，例如点菜时，实现想点几道菜就点几道菜，想结束点菜就结束点菜。在这一部分的训练中，用问题的难度升级进行精英化教育。

2.1项目任务的分解

要解决上述问题，首先，如何实现任意多次点菜？其次，如何在不想点菜的时候，结束程序？把这两个问题分解出来抛给学生，引发学生的思考，引导学生认识循环语句、循序结束的条件，以及循环内部的循环方向。经过讨论，可以得知循环既可以用for语句，也可以用while语句;循环结束的语句可以用特定字符来判断;是否循环可以在循环内部设置接收新字符的函数。

2.2关键语句

循环语句的选用，例如用当选择特定字符Q时，退出点菜，则该表达式为ch！= 'Q';用while语句嵌套分支语句，表示为while（ch！= 'Q'）。此时，还有一点一定要学生体会的是，循环体内的循环执行方向，ch=getchar（）; 若该条语句缺失，程序将怎样运行？如何修正？引导学生积极思考，掌握C程序的运行逻辑，提高学生分析问题、解决问题的能力。

2.3示例演示

点菜系统的实现有很多种方法，我们以其中一种switch为例，演示点菜系统的全过程，用程序运行结果与学生编程进行相互验证。

#include <stdio.h>

void main（）

{ char ch;

ch=getchar（）;

while（ ch！= 'Q'）

{switch（ch）

{   case 'a'： printf（"番茄鸡蛋＼n"）;break;

case 'b'： printf（"酸辣土豆丝＼n"）;break;

case 'c'： printf（"红烧排骨＼n"）;break;

default： printf（"請选择其他可口菜肴！＼n"）; putchar（'＼a'）;}

}

ch=getchar（）;

}

printf（"thanks！＼n"）; }

从参考程序上来看，程序非常简单，但是若少了一些关键点，程序很难正确执行，例如我们去除循环执行方向的语句：ch=getchar（），则结果是无限循环，始终显示第一个分支，即第一道菜“番茄鸡蛋”;若含有ch=getchar（）;语句，则运行结果完全正常，循环方向随着输入的变化而不断变化。通过以上述两种结果的对比，提醒学生在程序体嵌套的过程中要时刻注意程序的走向，通过对程序的预分析，提高自己的应用水平。

2.4程序的输出优化

这一部分以课外作业的形式留给学生，让学生有充分的锻炼和选择的机会。如在选择前，分行显示所有菜名及其对应的字符编号，菜名是否用分割符分开等等，提高学生改进程序的热情。

3.结论

本文以C语言的上机实验为研究对象，对实验的内容和实施方式进行分级量化，在基础知识掌握环节，面向全员，实现基础知识教育的全覆盖，实现大众化教育;在知识进阶环节，面向学习和动手能力强的同学，重点提高，充分发挥学生学习的主观能动性，实现精英化教育。在实验教学活动中，始终坚持以学生的发展为中心的教育理念，把学生个性化的认知融入到教学活动中，把教学实践与社会需求结合起来，培养学生终身学习的能力，以实际行动探索新工科背景下的人才培养模式。在该模式下，通过对实验教学的实施，我们发现学生对基础知识理解得更深入，学生更愿意动手设计自己的个性化程序，教学效果明显提升。在今后的教学中，将进一步考虑把生活实例与C语言编程结合起来，探讨新的实验教学模式，以满足新形势下的实验教学需求。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：7-12.

[2]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]顾菊平，堵俊，华亮.新工科视域下综合性大学电气类创新型人才培养的路径选择[J].中国大学教学，2018（1）：56-60.

[4]李正良，廖瑞金，董凌燕.新工科专业建设：内涵、路径与培养模式[J].高等工程教育研究，2018（2）：20-24.

[5]林健.新工科建设：强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究，2017（3）：13-20.

[6]谭浩强.C语言程序设计[M].北京：清华大学出版社， 2013.

作者简介：

李德川（1985年-），男，安徽怀远人，副教授，博士，研究方向：电子技术。