江 燕

(南京審計大學金審學院,江蘇 南京 210033)

0 引言

響應(yīng)國家號召科創(chuàng)精神,落實省科協(xié)的“科創(chuàng)江蘇”三年計劃,江蘇省計算機學會于2021年4月24日舉辦了“基于信息技術(shù)國有自主可控科教實踐創(chuàng)新”產(chǎn)教融合研討會,會議強調(diào):緊扣科技自立自強,著力解決“卡脖子”問題,加快建立自主可控的產(chǎn)業(yè)鏈體系是當務(wù)之急。會上南京知名高校教授先后做了精彩的報告,提出了“基于信創(chuàng)平臺構(gòu)建培養(yǎng)系統(tǒng)能力的課程體系和實踐體系”,指出了人才的培養(yǎng)是實現(xiàn)國有自主可控最有效的方法。而當前高等教育存在的問題是培養(yǎng)的學生缺乏解決復雜問題的能力。一方面學生有些眼高手低,另一方面是大部分教學內(nèi)容缺乏高階性和創(chuàng)新性,需要進一步改進。因此,為了讓學生能更好地掌握和運用專業(yè)知識,會遷移知識,會創(chuàng)新,對大學專業(yè)課程進行改革有著重大的意義。“C語言程序設(shè)計”是計算機相關(guān)專業(yè)學生入學后學習的第一門編程類課程,是后續(xù)各種編程類課程的基礎(chǔ)。然而,學生普遍覺得 C語言理論性強,內(nèi)容抽象,知識點零碎,難以掌握。因此,“C語言程序設(shè)計”課程改革,對提高教學質(zhì)量和培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才具有十分重要的意義。

1 課程定位

“C語言程序設(shè)計”是普通本科計算機科學與技術(shù)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的教學和學習,要求學生掌握C語言的基本概念、各種數(shù)據(jù)類型的特點及使用技巧和各種語句的用法,掌握以函數(shù)、指針為特征的C語言模塊化設(shè)計方法,熟悉文件的操作和使用,達到具有運用C語言進行程序設(shè)計的能力。

“C語言程序設(shè)計”的前導課程是“大學計算機基礎(chǔ)”“計算機導論”,后續(xù)課程有“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“編譯原理”等,它起到承上啟下的橋梁作用。

2 課程存在的問題及解決方法

“C語言程序設(shè)計”課程具有“內(nèi)容抽象,理論性強,實踐要求高”的特點,對學生的邏輯思維能力要求高,學生學習難度較大,采用以往單一的線下課堂教學模式,較難達到滿意的教學質(zhì)量,出現(xiàn)的問題有以下幾個方面。

2.1 學生課后復習不充分,教師指導不充分、不及時

對于編程類的課程,普遍存在這樣的問題:線下課堂受課時限制,無法對課程進行充分的針對性輔導和作業(yè)反饋。針對這一問題,可以考慮利用MOOC平臺上的在線課程,幫助學生完成知識點復習、習題解析、編程題演示及自主練習環(huán)節(jié)?？紤]到學生學習時間的安排和自覺性,MOOC課程構(gòu)建建議采用“串講復習視頻+易錯題講解+練習題+答疑討論”的形式,避免與線下授課內(nèi)容高度重合,讓學生能更高效率地完成相關(guān)知識點的復習和強化,而不會產(chǎn)生乏味的、對付的情緒。

線上的串講視頻可幫助學生梳理知識點,把握重難點；更關(guān)鍵的是線上的OJ自動批改功能,可實現(xiàn)學生代碼題的批改和調(diào)試錯誤的顯示,能有效地延展了線下課堂的教學時間,彌補線下指導存在的不足。

2.2 出現(xiàn)“中途自我放棄”的現(xiàn)象

在以往的教學過程中發(fā)現(xiàn)有部分學生會中途自我放棄,究其原因,大致有以下兩個方面:

(1)這部分學生大多是學習過程中出現(xiàn)問題而又不主動解決問題,積壓問題跟不上講授進度而中途產(chǎn)生畏難心理,自我放棄。

(2)若這部分學生占比較大,就要考慮課程內(nèi)容安排是否合理。如果內(nèi)容安排不太符合一般認知規(guī)律,讓學生一開始就覺得困難重重,無法掌握,產(chǎn)生消極心理也是可以理解的。

針對這一現(xiàn)象,一方面要想辦法提高學生的學習興趣,另一方面教師也應(yīng)對授課內(nèi)容以及課時安排和順序做適當?shù)恼{(diào)整。

根據(jù)多年的任課經(jīng)驗,內(nèi)容分為基礎(chǔ)和進階兩個部分比較合適?；A(chǔ)部分包括: “第一個C程序”,基本數(shù)據(jù)類型、運算符及表達式、基本流程結(jié)構(gòu)、自定義函數(shù)、變量作用域、指針、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體；通過基礎(chǔ)部分的學習,學生能完成一個簡單的成績管理系統(tǒng)設(shè)計,學生小有成就感的同時,也已初步了解開發(fā)一個小系統(tǒng)的過程；在此基礎(chǔ)上,教師再從學生已設(shè)計的簡單系統(tǒng)提出優(yōu)化方案,引入進階部分的內(nèi)容。進階部分包括:動態(tài)分配存儲空間、鏈表、文件的讀入、導出和讀寫操作。學生通過這部分的學習,逐步優(yōu)化自己之前設(shè)計的系統(tǒng),達到教學目的和要求。

除了課程內(nèi)容調(diào)整之外,練習題的設(shè)置也很關(guān)鍵。如果一開始就讓學生覺得每道題都很難,無從下手,那樣會很大程度打擊他們的積極性?？梢钥紤]設(shè)置階梯式的練習,從易到難,逐步加大難度,讓學生有種“升級打怪”的成就感,讓學習過程顯得輕松一些；另外,也建議選取一些趣味性強或貼近生活的練習題,避免出現(xiàn)一個成績管理系統(tǒng)一路走到黑的乏味現(xiàn)象。比如,練習銀行存款利率的計算、超市商品價格的打折計算、雞兔同籠問題、富翁與陌生人打賭之類的題目,就比求數(shù)學公式的根、尋找素數(shù)、輸出楊輝三角形這類抽象問題,更有吸引力,學生更愿意去思考和動手。

2.3 學生普遍覺得

C語言理論性強,內(nèi)容抽象,知識點零碎,難以掌握,這可能與習慣了宏觀思維,初次接觸編程,一時無法建立編程思維有關(guān)。從教師的角度看,可以考慮從以下幾方面進行改善。

2.3.1 選擇合適的教材，注重知識的系統(tǒng)性、習題的趣味性和實用性

教材是學生學習課程的第一手資料,好的合適的教材能讓學習事半功倍。目前覺得高等教育出版社出版的、蘇小紅等主編的《C語言程序設(shè)計(第4版)》,兼具趣味性和實用性,教材以應(yīng)用為背景,案例內(nèi)容緊密結(jié)合實踐,舉一反三,融會貫通,尤其側(cè)重錯誤案例的分析和講解[1],而且每個章節(jié)上都有視頻二維碼,供學生手機掃碼觀看和學習。另外,第4版也在第3版的基礎(chǔ)上增加了章節(jié)知識點梳理和安全編碼的內(nèi)容,使得教材更貼合目前的需求。

2.3.2 注重問題求解思路的分析

在演練中側(cè)重培養(yǎng)學生的邏輯思維和解決問題能力,而不是單純的碼代碼。盡可能采用“一體化”的教學手段,教師講完知識點后,能演示典型例題的求解,先幫助學生理清求解的思路,再演示如何把算法變成代碼,然后再設(shè)置練習題讓學生自己動手練習,這樣學生邊學邊練,及時鞏固掌握知識點,效果會比較好。

2.3.3 讓課件內(nèi)容“隨時可見”

現(xiàn)在學生普遍使用智能手機,可以借此便利,讓學生課后能隨時通過手機翻閱課件查看內(nèi)容。個人感覺雨課堂還不錯,不僅可以發(fā)布附帶講解語音的手機課件,也能發(fā)布客觀題試卷,定時收卷自動判分。一來學生隨時可以翻閱復習,梳理知識點,理清知識脈絡(luò)。二來學生也可以隨時查看之前的考題答案及解析。

2.3.4 鼓勵多實踐多思考

要掌握一門語言關(guān)鍵還在于練習。線上資源無論是慕課的還是雨課堂的,設(shè)置足夠多的練習,鼓勵學生多多練習,從練習中鞏固、加深知識點,并從實踐中不斷的修正自己的認知。

3 課程內(nèi)容的調(diào)整

隨著我國“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃的實施,社會對復合型人才的需求越來越大,對高校人才培養(yǎng)也提出了更高的要求。因而,課程授課內(nèi)容也要考慮增加或加強,接軌社會需求。

3.1 嵌入安全編碼思維

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下,越來越多的系統(tǒng)連接到公網(wǎng)上對外提供服務(wù),這些系統(tǒng)面臨著來自各方的攻擊,系統(tǒng)中的安全漏洞就會逐漸被暴露并被加以利用。據(jù)國家安全漏洞庫(CNNVD)發(fā)布的漏洞通報顯示,目前系統(tǒng)漏洞數(shù)量呈逐年上升態(tài)勢[2]。信息系統(tǒng)的安全受到危害,必然會危害到存在于信息系統(tǒng)之中的信息的安全。而據(jù)統(tǒng)計,平均1 500行代碼就會有一個漏洞。而且,目前超過30%的軟件安全漏洞都由緩沖區(qū)溢出導致。緩沖區(qū)溢出漏洞的成因是程序員忽略了數(shù)組的邊界檢查、向小塊內(nèi)存區(qū)域填入過多的內(nèi)容,造成相鄰區(qū)域被意外覆蓋而導致的[2,3]。預(yù)防緩沖區(qū)溢出屬于程序設(shè)計課程的范疇,在教學中應(yīng)向?qū)W生講解緩沖區(qū)溢出的危害以及黑客利用該漏洞發(fā)起攻擊的方式和過程,引入安全編碼規(guī)范的內(nèi)容,引導學生編寫具有高安全質(zhì)量的程序。

信息不能脫離它的載體而孤立存在,信息系統(tǒng)的安全受到危害,必然會危害到存在于信息系統(tǒng)之中的信息的安全。因而,培養(yǎng)學生整體安全觀的安全思維至關(guān)重要。

3.2 進一步增加題庫試題數(shù)量,提高試題多樣性

增加計算機程序設(shè)計競賽類試題、游戲設(shè)計類試題、解決日常生活問題類試題等[4],提高程序的實用價值,也提高學生對C語言編程技能的認可度和學習興趣。

進一步地結(jié)合密碼學和網(wǎng)絡(luò)空間安全的知識[2],設(shè)置練習題,讓學生樹立具有網(wǎng)絡(luò)安全意識,在編程過程中,盡量減少或避開可能出現(xiàn)的代碼安全漏洞。

3.3 增加微控制器編程初階

引入單片機C編程[5],將位運算和字節(jié)運算應(yīng)用到流水燈等開關(guān)量控制,用仿真軟件展現(xiàn)流水燈和LED數(shù)碼管的動態(tài)控制結(jié)果(仿真結(jié)果見圖1、圖2),形象生動,一方面加深對位運算、字節(jié)運算和程序流程結(jié)構(gòu)的知識,一方面也能激發(fā)學生對該課程的學習興趣。

圖1 原理

圖2 運行結(jié)果顯示

動態(tài)逼真的仿真現(xiàn)象,能激發(fā)學生學習興趣,一方面,鞏固C程序設(shè)計課程的基本知識,另一方面,契合物聯(lián)網(wǎng)時代對綜合人才的需求,拓展學習C在微機控制上的應(yīng)用,進一步提高學生的實踐能力和解決實際問題的能力。

3.4 重視課程設(shè)計周

有不少學生都在課程設(shè)計周才真正搞懂C語言的語法、規(guī)范和函數(shù)參數(shù)的傳遞問題。甚至有學生夸張地說“我學一學期,還不如這3天學得多”。

為激發(fā)他們的自主思考、遷移知識的潛能,課程設(shè)計周的設(shè)計,可以考慮給予學生適當?shù)淖杂砂l(fā)揮空間。內(nèi)容可以考慮“多題選一”的方式,每個題目只設(shè)定必須達到的基本功能,學生在完成基本功能后,可以自行添加額外的功能。這樣不拘泥于一格,一方面不會出現(xiàn)大批雷同系統(tǒng),另一方面能有效梳理知識和完成課程知識的初階遷移。

3.5 以賽促學

鼓勵學生參加“藍橋杯”等競賽,進一步調(diào)動學生的學習積極性和培養(yǎng)其知識遷移的能力。

4 實踐意義

“C語言程序設(shè)計”是面向計算機相關(guān)專業(yè)學生的一門專業(yè)核心課程,學生普遍覺得 C語言理論性強,內(nèi)容抽象,知識點零碎,難以掌握。采用線上線下融合,課堂延展性強；注重知識的系統(tǒng)性、習題的趣味性和實用性,選擇合適的教材,按照一般的認知規(guī)律設(shè)置課程講授內(nèi)容和講授順序,有利于提高學生的學習積極性和持久性；將網(wǎng)絡(luò)編程安全意識融入授課設(shè)計,培養(yǎng)學生整體安全觀的安全思維；引入單片機C編程案例,拓展學習,對接“萬物互聯(lián)”的社會需求。