摘要：基于“最近發(fā)展區(qū)”理論，借鑒ACM國際程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的形式，提出旨在激發(fā)學(xué)生編程興趣、不斷突破自我的C語言教學(xué)方法，闡述如何在打牢語法知識(shí)和調(diào)試能力基礎(chǔ)的前提下分階段組織教學(xué)內(nèi)容，在每階段末尾進(jìn)行突擊能力提升的課堂測(cè)試、測(cè)試用例與語法示例統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，最終通過類ACM式的測(cè)試方法有效提高學(xué)生編程解決較難實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：C語言；教學(xué)設(shè)計(jì)；最近發(fā)展區(qū)；ACM；程序設(shè)計(jì)

1 背景

維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論指出學(xué)生的發(fā)展存在兩種水平，即通過基本學(xué)習(xí)能夠獨(dú)立完成一定任務(wù)的“現(xiàn)有發(fā)展水平”和在教師啟發(fā)下經(jīng)過自身努力可能達(dá)到的“潛在發(fā)展水平”，兩者之間的差距就是“最近發(fā)展區(qū)” 。基于這一理淪，教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，通過合理的教學(xué)設(shè)計(jì)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)其潛能，從而加深其對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，鍛煉解決實(shí)際問題的能力。

由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)主辦的始于1970年的ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽（簡(jiǎn)稱ACM）是一項(xiàng)旨在展示大學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)精神和在壓力下編寫程序、分析和解決問題能力的年度競(jìng)賽，已經(jīng)成為最具影響力的世界性大學(xué)生計(jì)算機(jī)競(jìng)賽，并成為一種全新的發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)頂尖人才的途徑 。

C語言作為典型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，因其豐富的數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算功能和控制結(jié)構(gòu)，高效的代碼生成與執(zhí)行效率，較好的可移植性，已經(jīng)成為高等院校首選的入門級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。針對(duì)C語言教學(xué)方法的研究一直是教改工作的熱點(diǎn)之一，其中不乏基于“最近發(fā)展區(qū)”理論和ACM競(jìng)賽模式的研究。前期基于“最近發(fā)展區(qū)”理淪的C語言教學(xué)主要關(guān)注教師如何通過在授課時(shí)設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)的問題啟發(fā)學(xué)生理解并使用相關(guān)語法知識(shí) ?；贏CM模式的程序設(shè)計(jì)教學(xué)則側(cè)重使用ACM式的程序設(shè)計(jì)實(shí)踐替代傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)，從而鍛煉學(xué)生實(shí)踐編程解決問題的能力 。

上述兩種方法分別從課上知識(shí)講授和課下實(shí)踐動(dòng)手兩方面對(duì)程序設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，筆者將二者相結(jié)合，提出基于“最近發(fā)展區(qū)”理論的類ACM式教學(xué)方法，將由易到難的問題求解貫穿于理論知識(shí)講授和實(shí)踐技能訓(xùn)練的全過程，并以類ACM式的課堂測(cè)試完成跨越“最近發(fā)展區(qū)”的關(guān)鍵一步。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

“最近發(fā)展區(qū)”理論的一種通俗表述就是“跳一跳，摘桃子”。本節(jié)基于這一表述對(duì)第一作者在國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)從事C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)過程中的教學(xué)設(shè)計(jì)展開介紹。

2.1 先下蹲——打牢語法和調(diào)試基礎(chǔ)

“最近發(fā)展區(qū)”的基礎(chǔ)是學(xué)生的“現(xiàn)有發(fā)展水平”，該水平的高低直接決定了“最近發(fā)展區(qū)”的起點(diǎn)與難度。第一作者在C語言語法知識(shí)點(diǎn)講授的過程中，一直堅(jiān)持文獻(xiàn)所給出的注重計(jì)算思維的啟發(fā)式教學(xué)方法：語法與算法并重、從基礎(chǔ)見思維，并針對(duì)各種語法規(guī)則設(shè)計(jì)相應(yīng)的啟發(fā)式案例，讓學(xué)生深刻理解C語言定義各個(gè)基本語法規(guī)則的原因和形式，為其熟練使用正確的語法解決實(shí)際問題奠定基礎(chǔ)。

提高編程解決實(shí)際問題的能力是C語言教學(xué)的最終目的，調(diào)試是加深知識(shí)點(diǎn)理解和提高編程能力的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)教學(xué)中，師生都可能存在因重結(jié)果輕過程而忽略調(diào)試能力訓(xùn)練的現(xiàn)象。在本文所述教學(xué)設(shè)計(jì)中，自開始編程完成作業(yè)起，就要求學(xué)生使用VC++6.0工作環(huán)境的調(diào)試功能：首先通過單步執(zhí)行觀察程序的執(zhí)行流程；而后在遇到具體問題時(shí)，通過調(diào)試執(zhí)行發(fā)現(xiàn)并糾正程序錯(cuò)誤。

通過上述方法，學(xué)生可以打牢語法知識(shí)和調(diào)試能力基礎(chǔ)，為后續(xù)在老師的引導(dǎo)下進(jìn)一步激發(fā)潛能實(shí)現(xiàn)“跳一跳，摘桃子”做好準(zhǔn)備。

2.2 再起跳——跨越“最近發(fā)展區(qū)”

有了高起點(diǎn)的“現(xiàn)有發(fā)展水平”，如何設(shè)計(jì)合理的“最近發(fā)展區(qū)”成為課程教學(xué)的關(guān)鍵。原則上，該區(qū)的跨度既要讓大多數(shù)學(xué)生擁有經(jīng)自身努力能夠順利通過的信心，又要讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)真正的跨越從而提高自身能力，為此，我們做了專門的教學(xué)設(shè)計(jì)。

首先，結(jié)合所使用教材《C++程序設(shè)計(jì)（第2版）》的章節(jié)編排 ，將C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容劃分為圖1所示的3個(gè)階段，在完成每個(gè)階段的正常課上學(xué)習(xí)和課下作業(yè)實(shí)踐后，專門利用兩學(xué)時(shí)（50分鐘/學(xué)時(shí)）時(shí)間進(jìn)行課堂測(cè)試，適當(dāng)提高測(cè)試題的難度，測(cè)試成績(jī)計(jì)入課程平時(shí)成績(jī)。這樣做的目的首先是及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在基本知識(shí)學(xué)習(xí)中的問題，避免問題的積累，另一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)“最近發(fā)展區(qū)”的跨越。

具體而言，第1階段主要包括數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符和表達(dá)式，輸入輸出，控制結(jié)構(gòu)，函數(shù)4章內(nèi)容，其中前兩章為基本知識(shí)點(diǎn)，主要通過課下作業(yè)進(jìn)行練習(xí)。在完成控制結(jié)構(gòu)和函數(shù)兩章的學(xué)習(xí)后，學(xué)生應(yīng)該已經(jīng)具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的算法和編寫?yīng)毩⒊绦蚰K的能力，為此，教師很有必要為該階段設(shè)計(jì)具有一定難度的問題，引導(dǎo)學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識(shí)提升程序設(shè)計(jì)能力。第2階段主要包括數(shù)組和指針兩章內(nèi)容，這兩章是C語言學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，因此該課程的啟發(fā)式教學(xué)力求在將相關(guān)語法知識(shí)講透徹的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)專門的課堂測(cè)試，求解相對(duì)較高難度的問題以提高學(xué)生理解和使用數(shù)組指針的能力。第3階段主要包括結(jié)構(gòu)、鏈表和文件3章內(nèi)容，這3章的知識(shí)既可以起到鞏固前兩階段知識(shí)的作用，又利于用程序表示客觀世界。因此，教師也為此階段設(shè)計(jì)了專門的課堂測(cè)試，以提高學(xué)生編程解決實(shí)際問題的能力。

其次，在設(shè)計(jì)本課程各階段的測(cè)試題時(shí)遵從循序漸進(jìn)的思路，將課上講授語法知識(shí)點(diǎn)所使用的案例和測(cè)試所需要的案例聯(lián)系起來，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，力求做到讓學(xué)生感到熟悉但不簡(jiǎn)單。具體來說，測(cè)試案例的設(shè)計(jì)力爭(zhēng)做到以下3個(gè)層次：銜接課上知識(shí)點(diǎn)原案例，鞏固對(duì)已有知識(shí)的理解；又不同于原案例，使學(xué)生能觸類旁通；加大難度或多種知識(shí)組合，突擊提高程序設(shè)計(jì)能力，超越自我。

2.3 摘桃子——類ACM式課堂測(cè)試

除了高起點(diǎn)的“現(xiàn)有發(fā)展水平”和階段性的“最近發(fā)展區(qū)”測(cè)試案例，課堂測(cè)試的組織形式也是課程設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。好的課堂測(cè)試應(yīng)能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，利用有限的課時(shí)突擊鍛煉學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，為此，課程借鑒ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的形式，精心設(shè)計(jì)了類ACM式的課堂測(cè)試組織方法。

類ACM式的課堂測(cè)試一方面保留ACM競(jìng)賽的基本形式，即要求參賽選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成給定問題的編程；另一方面，結(jié)合課上測(cè)試時(shí)間和學(xué)生編程水平的實(shí)際情況，對(duì)競(jìng)賽的題量、組隊(duì)、評(píng)分、判題等形式進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。標(biāo)準(zhǔn)ACM競(jìng)賽與類ACM課堂測(cè)試比較見表l。

如表1所示，由于受到課時(shí)限制，類ACM測(cè)試將測(cè)試時(shí)間從5小時(shí)縮減為2學(xué)時(shí)，相對(duì)應(yīng)的題量也由10道縮減至2或3道；測(cè)試形式由3人組隊(duì)變?yōu)閭€(gè)人完成，這是因?yàn)閷?duì)于C語言程序設(shè)計(jì)的初學(xué)者而言，首先需要訓(xùn)練個(gè)人能力，而不是訓(xùn)練其團(tuán)隊(duì)協(xié)作編程能力；評(píng)分形式則是由整題汁分變?yōu)榘袋c(diǎn)計(jì)分且各小點(diǎn)計(jì)分之和大于滿分，這是因?yàn)闇y(cè)試案例大多包含由淺人深的幾個(gè)子問題，按點(diǎn)計(jì)分有助于激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，也利于引導(dǎo)學(xué)生完成較難問題的求解，而小點(diǎn)計(jì)分之和后大于滿分也有利于學(xué)生獲得較好的平時(shí)成績(jī)。閱卷、判題根據(jù)教學(xué)平臺(tái)的不同既可以選擇機(jī)器判題，又可以選擇人工判定。對(duì)于2學(xué)時(shí)的測(cè)試時(shí)問，我們進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)分，第1學(xué)時(shí)由學(xué)生獨(dú)立完成測(cè)試并計(jì)分，第2學(xué)時(shí)先由教師對(duì)題目進(jìn)行講解和必要的程序演示，再留半小時(shí)給學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，但此時(shí)通過測(cè)試所獲得的分值將有所降低。

3 “最近發(fā)展區(qū)”案例

基于第2節(jié)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)，本節(jié)重點(diǎn)對(duì)基于“最近發(fā)展區(qū)”理論的類ACM式C語言教學(xué)方法中貫穿授課與測(cè)試的主體——案例展開介紹。篇幅所限，筆者只選取兩個(gè)代表案例，介紹其考核的知識(shí)點(diǎn)、分點(diǎn)計(jì)分的各個(gè)小點(diǎn)、在語法知識(shí)講授時(shí)的鋪墊以及解題的基本思路.，

3.1 長(zhǎng)整數(shù)求“根”

求數(shù)“根”測(cè)試要求主函數(shù)從鍵盤讀人一個(gè)整數(shù)，求出該整數(shù)的“根”，即對(duì)該整數(shù)的各位數(shù)字相加求和，若得到的和大于9，則對(duì)該結(jié)果的各位數(shù)字再次相加求和，直到結(jié)果小于10為止，這個(gè)小于10的整數(shù)就是長(zhǎng)整數(shù)的“根”，如整數(shù)12345的“根”為6，因?yàn)?+2+3+4+5=15，而1+5=6。該案例主要用于考查學(xué)生對(duì)控制結(jié)構(gòu)的理解，但學(xué)生也可以通過遞歸函數(shù)知識(shí)編寫出正確的代碼。案例設(shè)計(jì)了3個(gè)層次的計(jì)分點(diǎn)，難度逐步加大，具體如下：①輸入整數(shù)的長(zhǎng)度固定為7位；②輸入整數(shù)的長(zhǎng)度不定，但不超過9位；③輸入整數(shù)的長(zhǎng)度不定，但不超過100位。

作為鋪墊，授課教師應(yīng)在課堂舉例或布置作業(yè)時(shí)將計(jì)分點(diǎn)1作為一個(gè)獨(dú)立問題，給出編程思路交由學(xué)生思考求解，如先使用一個(gè)for循環(huán)進(jìn)行定數(shù)循環(huán)，求解7位整數(shù)的和；再利用一個(gè)while循環(huán)判定和是否小于10，大于10則重復(fù)第一個(gè)求和的過程，小于10則輸出結(jié)果。有了這一鋪墊，進(jìn)行類ACM式課堂測(cè)試時(shí)學(xué)牛就比較容易理解題目要求，并能夠較順利地編寫程序求解計(jì)分點(diǎn)l。對(duì)于計(jì)分點(diǎn)2，輸入整數(shù)可直接存儲(chǔ)在一個(gè)整型變量中，教師應(yīng)在測(cè)試時(shí)提示學(xué)生使用兩次while循環(huán)，即外層循環(huán)控制當(dāng)?shù)臄?shù)是否小于10，內(nèi)層循環(huán)用于求各位數(shù)字之和。計(jì)分點(diǎn)3的輸入整數(shù)已超過整型的表示范圍，教師可以提示學(xué)生先使用getchar函數(shù)，邊讀取輸入整數(shù)邊做一次按位求和，從而將計(jì)分點(diǎn)3的問題轉(zhuǎn)變成計(jì)分點(diǎn)2的問題。

3.2 基于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的掃雷

掃雷是類似Windows操作系統(tǒng)白帶扣雷游戲的案例，主要考查學(xué)生對(duì)數(shù)組和指針的理解、掌握與使用情況，同樣分為3個(gè)層次的汁分點(diǎn)：①掃雷邊界區(qū)域固定為20×20的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格有雷的概率固定為0.2，要求程序能夠在屏幕I：輸出雷的二維分布情況，即顯示一個(gè)20行20列的字符信息（有雷打‘X’，無雷打‘O’）；②在計(jì)分點(diǎn)1的基礎(chǔ)上，要求在無雷處輸出該網(wǎng)格周圍雷的個(gè)數(shù)，即與Windows系統(tǒng)游戲類似的規(guī)則；③在計(jì)分點(diǎn)2的基礎(chǔ)上，要求雷區(qū)的網(wǎng)格規(guī)模是動(dòng)態(tài)輸入決定的。

作為鋪墊，教師在課上講解隨機(jī)數(shù)生成并基于隨機(jī)數(shù)進(jìn)行概率判定的方法，且在課件中給出詳細(xì)代碼，學(xué)生可以直接拷貝使用。在課堂測(cè)試時(shí)，針對(duì)計(jì)分點(diǎn)1的提示是用一個(gè)20×20的二維數(shù)組存儲(chǔ)隨機(jī)數(shù)結(jié)果，并根據(jù)隨機(jī)數(shù)結(jié)果在屏幕上輸出‘X’或‘0’；計(jì)分點(diǎn)2的提示是使用一個(gè)22×22的二維數(shù)組，邊界元素均賦值為無雷，從而簡(jiǎn)化中間區(qū)域無雷網(wǎng)格的周邊雷數(shù)計(jì)算過程；計(jì)分點(diǎn)3則提示學(xué)生使用指向指針的指針進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，需要說明的是指向指針的指針使用方法教師也已在課上舉例時(shí)通過其他案例進(jìn)行了介紹，學(xué)生只需要模仿編程即可。

通過上述兩個(gè)案例的介紹，可以看出測(cè)試案例均具有一定難度。在傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，對(duì)于沒有編程基礎(chǔ)的大一新生，往往很少能夠接觸到具有上述難度的習(xí)題，但本課程的實(shí)踐結(jié)果表明，基于“最近發(fā)展區(qū)”理論，有了測(cè)試前課堂教學(xué)時(shí)的相關(guān)示例鋪墊，學(xué)生對(duì)上述測(cè)試表現(xiàn)出了濃厚的興趣，并能夠在有限的課堂測(cè)試時(shí)間內(nèi)顯著加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高程序設(shè)計(jì)水平。

4 教學(xué)成效

2014年春季，筆者在給國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)大一新生高級(jí)班2班（高級(jí)班學(xué)員是通過以選擇題為主的摸底考試選拔出來的，僅能反映其對(duì)計(jì)算機(jī)的理解較好，即大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)掌握較好，但并不代表其具備編程基礎(chǔ) ，如高級(jí)班2班僅4人在高中階段接觸過程序設(shè)計(jì)）講授計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程時(shí)使用了基于“最近發(fā)展區(qū)”理論的類ACM式C語言教學(xué)方法。期末機(jī)試成績(jī)見表2。

如表2所示，在學(xué)期末的機(jī)試考核中，高2班的平均分達(dá)到84.25分，及格率100%，優(yōu)秀率39.39%，并有2人獲得滿分，各項(xiàng)指標(biāo)均大幅高于全校整體水平（全校整體成績(jī)數(shù)據(jù)已扣除高2班的人員影響），也明顯高于另兩個(gè)高級(jí)班。值得注意的是高1班的及格率低于全校整體的及格率，這也在一定程度上反映出高級(jí)班的學(xué)生在課程學(xué)習(xí)之前并不一定具有更好的編程基礎(chǔ)這一事實(shí)。

上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)尤其是平均分和優(yōu)秀率數(shù)據(jù)表明，在同樣的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)，基于筆者所提出的C語言教學(xué)方法可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生跨越“最近發(fā)展區(qū)”，顯著提高編寫程序解決實(shí)際問題的能力。

5 結(jié)語

筆者結(jié)合在國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)從事程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，提出基于“最近發(fā)展區(qū)”理論，借鑒ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽模式的C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法——分階段教學(xué)，進(jìn)行類ACM式的階段課堂測(cè)試，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)課上語法知識(shí)示例與課堂測(cè)試用例。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，使用該方法教學(xué)的高級(jí)班學(xué)生具備更好的通過編寫程序解決實(shí)際問題的能力；在學(xué)期末的程序設(shè)計(jì)機(jī)試考核中，該班各項(xiàng)成績(jī)指標(biāo)都大幅領(lǐng)先全校以及其他高級(jí)班的學(xué)生。