邢遠(yuǎn)秀

武漢科技大學(xué)理學(xué)院，湖北 武漢 430081

本科數(shù)學(xué)類專業(yè)都需要具有較強(qiáng)的算法設(shè)計、分析與編程能力，能熟練使用計算機(jī)（包括掌握常用語言、工具及一些數(shù)學(xué)軟件），具有編寫簡單應(yīng)用程序的能力，因此，程序設(shè)計基礎(chǔ)成為數(shù)學(xué)類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。通過對武漢科技大學(xué)（簡稱“我?！保┬畔⑴c計算科學(xué)專業(yè)16 級到19 級學(xué)生共247 份調(diào)查問卷進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，45.7%的學(xué)生在大學(xué)一年級學(xué)習(xí)該課程時認(rèn)為該課程對本專業(yè)用處不大，17.4%的學(xué)生表示不清楚其專業(yè)用處，這說明學(xué)生在學(xué)習(xí)時對該課程在專業(yè)中的地位不夠明確。這是因?yàn)樵谝酝膶?shí)際教學(xué)中，大多數(shù)任課教師仍沿用計算機(jī)專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容與方法，并未體現(xiàn)出數(shù)學(xué)類專業(yè)的特點(diǎn)，造成該課程的教學(xué)內(nèi)容與數(shù)學(xué)專業(yè)教學(xué)體系脫節(jié)、實(shí)踐教學(xué)效果不佳、學(xué)生對該課程不了解不重視等問題。可見，數(shù)學(xué)類專業(yè)針對程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)進(jìn)行改革十分必要。

一、現(xiàn)狀

現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)本科院校都開設(shè)有數(shù)學(xué)類專業(yè)，這些專業(yè)都開設(shè)有程序設(shè)計基礎(chǔ)這門課程。C 語言近20年在TIOBE編程語言排行榜中一直位居前三，并在2019年再次成為年度編程語言，主要是因?yàn)槠浔磉_(dá)能力強(qiáng)、使用靈活方便、應(yīng)用面廣、目標(biāo)程序效率高、可移植性好，其他一些計算機(jī)類課程比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C++所選用的教材基本上都是以C 語言為基礎(chǔ)來進(jìn)行描述的。選用C 語言作為程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容可以有效銜接后續(xù)專業(yè)課程，有些學(xué)校直接將這門課程開設(shè)為C 語言程序設(shè)計。對于數(shù)學(xué)類專業(yè)的學(xué)生來說，該課程既是本專業(yè)后續(xù)數(shù)學(xué)建模、數(shù)值分析等課程的實(shí)踐基礎(chǔ)，也是Python、Matlab等其他和數(shù)據(jù)分析關(guān)系較為密切的編程語言的基礎(chǔ)。

目前針對數(shù)學(xué)類專業(yè)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)的改革與實(shí)踐，都是只針對課程本身的知識點(diǎn)，集中在教學(xué)方法的改進(jìn)上，有研究采用綜合訓(xùn)練（大型作業(yè)）的方式進(jìn)行教學(xué)，或者是改革上機(jī)操作的實(shí)踐環(huán)節(jié)，或者是進(jìn)行課件制作，實(shí)施多媒體教學(xué)，也有提出項(xiàng)目式教學(xué)法的，但是站在專業(yè)的高度將該課程納入整個人才培養(yǎng)體系中進(jìn)行教學(xué)改革的不多。

二、教學(xué)改革的思路與措施

（一）將課程內(nèi)容與專業(yè)有機(jī)結(jié)合起來，打通課程孤島

計算機(jī)最早被研制出來的目的就是要解決數(shù)學(xué)運(yùn)算等問題，數(shù)學(xué)與程序設(shè)計語言的聯(lián)系非常緊密，因此應(yīng)該將程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容與數(shù)學(xué)專業(yè)的其他專業(yè)課程結(jié)合起來，形成橫向交叉、縱向貫通的課程教學(xué)體系，使學(xué)生充分了解程序設(shè)計類課程在專業(yè)中的作用，再通過對實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計，使教學(xué)內(nèi)容不再孤立，讓學(xué)生學(xué)得明白，提高教學(xué)質(zhì)量。從武漢科技大學(xué)信息與計算科學(xué)專業(yè)課程體系（見下圖）可以看出，其專業(yè)課程主要分為三大類：一類是數(shù)學(xué)專業(yè)的專業(yè)類課程，一類是計算機(jī)類相關(guān)課程，還有一類是實(shí)踐類課程。程序設(shè)計基礎(chǔ)課程屬于計算機(jī)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，后續(xù)課程包括C++程序設(shè)計、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論、算法分析與設(shè)計、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程，平行課程包括數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)與解析幾何等課程，相應(yīng)的實(shí)踐類課程為C 程序課程設(shè)計。這些課程的內(nèi)容存在貫通性和交叉性，教師在做程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)設(shè)計時，要考慮本課程與這些課程之間的聯(lián)系，這樣有利于學(xué)生了解本課程在專業(yè)中的定位，認(rèn)清學(xué)習(xí)本課程的目的，有助于學(xué)生進(jìn)行更有針對性的學(xué)習(xí)。例如在講授指針的應(yīng)用這個知識點(diǎn)的時候，可以結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表一起來講解，這樣學(xué)生就能夠知道指針可以用來做什么，也了解了本課程與其他課程的關(guān)系，學(xué)習(xí)起來會更有興趣。

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)加大案例教學(xué)的比例，突出程序設(shè)計語言的工具屬性。程序設(shè)計語言是實(shí)現(xiàn)算法、解決問題的工具，因此要盡量選用真實(shí)案例。例如在講授分支結(jié)構(gòu)switch語句的時候使用將百分制的成績轉(zhuǎn)換為等級制的例子，學(xué)生更容易理解和掌握。

（二）將課程資源建設(shè)與專業(yè)教學(xué)資源庫建設(shè)融合起來，打造主課與輔課相結(jié)合的教學(xué)模式

應(yīng)自上而下建立有機(jī)結(jié)合的專業(yè)教學(xué)資源庫，而不是簡單地將每個課程的教學(xué)資源整合到一起形成專業(yè)教學(xué)資源庫。在建設(shè)專業(yè)教學(xué)資源庫前要做好整體規(guī)劃，從專業(yè)的角度設(shè)計每門課程的教學(xué)資源。利用教學(xué)資源庫開展教學(xué)模式改革，采用主課與輔課有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式。講授程序設(shè)計基礎(chǔ)課程時，這門課程即為主課，與之相關(guān)聯(lián)的專業(yè)課如下圖所示的數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)與解析幾何等課程即為輔課。由于程序設(shè)計基礎(chǔ)課程學(xué)時有限，教師難以系統(tǒng)講授輔課內(nèi)容，因此要豐富輔課教學(xué)資源。輔課學(xué)習(xí)以自學(xué)教學(xué)資源為主，這樣可以彌補(bǔ)主課教學(xué)時間與教學(xué)廣度不足的缺點(diǎn)。我校目前尚未建成數(shù)學(xué)專業(yè)教學(xué)資源庫，筆者在教學(xué)的時候?qū)⒕W(wǎng)上教學(xué)資源作為補(bǔ)充內(nèi)容，取得了很好的效果。比如筆者講到指針時結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表來講解，因課時有限而無法在課堂中詳細(xì)講解鏈表有關(guān)知識，便借用學(xué)堂在線上華南理工大學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程視頻，讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)鏈表的有關(guān)知識，再到課堂中結(jié)合鏈表講解指針的知識，取得很好的教學(xué)效果。

大學(xué)數(shù)學(xué)課程具有內(nèi)容的高度抽象性、思維的邏輯嚴(yán)密性、方法的靈活多樣性等特點(diǎn)，不僅需要教師花費(fèi)較多的課時進(jìn)行講解，同時也需要學(xué)生課下花費(fèi)足夠的時間進(jìn)行鞏固，因此可以進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法的探索。2020 年上半年受疫情的影響，停課不停學(xué)，教師們普遍采用網(wǎng)上教學(xué)的模式，這樣必然對傳統(tǒng)教學(xué)模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。不管是學(xué)生還是教師，都對在線學(xué)習(xí)有了深刻的認(rèn)識?；謴?fù)正常的教學(xué)活動后，教師會主動將線下教學(xué)與線上教學(xué)結(jié)合起來。筆者該學(xué)期的線上教學(xué)效果明顯，經(jīng)統(tǒng)計，學(xué)生在線上教學(xué)的到課率為98.8%，作業(yè)完成率為95.1%，這說明線上教學(xué)完全可以成為線下教學(xué)的重要補(bǔ)充。不僅課堂教學(xué)可搬到線上，實(shí)踐教學(xué)也可搬到線上，筆者采用線上教學(xué)平臺講解、指導(dǎo)實(shí)踐，利用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)幫助學(xué)生解決難題、檢查實(shí)踐教學(xué)結(jié)果，都取得了很好的教學(xué)效果。

（三）將課程教學(xué)和數(shù)學(xué)建模大賽等學(xué)科競賽結(jié)合起來，以賽促學(xué)

學(xué)科競賽具有探索性、創(chuàng)造性和科學(xué)性，能夠培養(yǎng)大學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和獨(dú)立工作的能力，讓大學(xué)生學(xué)習(xí)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，對增強(qiáng)大學(xué)生的意志力、進(jìn)取心、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力都有很大的幫助。目前本科學(xué)生可以參加的全國性比賽有全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、挑戰(zhàn)杯大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽等，這些比賽在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力上起到了重要的推動作用，對人才培養(yǎng)模式改革的引領(lǐng)作用非常明顯。所以，教師在日常教學(xué)中，應(yīng)注意將課程教學(xué)與數(shù)學(xué)建模等大賽相結(jié)合，一方面為大賽挖掘、培養(yǎng)種子選手，另一方面將大賽與課程教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相融合，提高學(xué)生的專業(yè)水平，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力。

在將課程教學(xué)與學(xué)科競賽結(jié)合起來方面，我們采取的做法主要有以下三點(diǎn)。

一是將學(xué)科競賽內(nèi)容與課堂教學(xué)結(jié)合起來。比如全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的舉辦目的在于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性，提高學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問題的綜合能力，這就要求學(xué)生不僅能夠設(shè)計算法，還必須掌握程序設(shè)計語言來完成數(shù)學(xué)建模。因?yàn)閹熘蟹庋b了棧、隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及查找、排序等算法，所以學(xué)生平時在掌握建模中的一些常用算法的同時，還要學(xué)會運(yùn)用C 的標(biāo)準(zhǔn)模板庫，這就要求學(xué)生熟練掌握使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計。教師在講授C語言時結(jié)合數(shù)學(xué)建模競賽的相關(guān)內(nèi)容，可以提高學(xué)生興趣，讓學(xué)生將數(shù)學(xué)和C 語言程序設(shè)計結(jié)合起來，有助于以賽促學(xué)。

二是將學(xué)科競賽與實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)合起來，主要圍繞學(xué)科競賽內(nèi)容來設(shè)計實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加創(chuàng)新性、設(shè)計性的實(shí)踐內(nèi)容，減少驗(yàn)證性、結(jié)論性的實(shí)踐內(nèi)容，重點(diǎn)設(shè)計課程設(shè)計實(shí)踐項(xiàng)目，突出鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。比如2019 年“高教社杯”全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的A 題為“高壓油管的壓力控制”，為了保持壓力和噴油量的穩(wěn)定，必須建立數(shù)學(xué)模型和設(shè)計算法來確定從高壓油泵進(jìn)入高壓油管和從高壓油管噴出的燃油量，從而確定單向閥的開啟時長、凸輪的轉(zhuǎn)速、減壓閥的控制策略。由于學(xué)生此時對如何建模和算法并不熟悉，因此我們在程序的流程控制實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，將該題目改為根據(jù)輸入的壓力值判斷壓力值所在區(qū)間：根據(jù)輸入的壓力值x，判斷當(dāng)x 等于100MPa 時，輸出“壓力穩(wěn)定在100MPa”；當(dāng)x 大于100 MPa 并小于等于150 MPa 時，輸出壓力的具體值，即x 的值；當(dāng)x 大于150MPa 時，輸出x的值，并提示“壓力已大于150MPa”。學(xué)生可以通過if…else 語句或者case 語句來實(shí)現(xiàn)，這樣一方面可以使學(xué)生熟悉數(shù)學(xué)建模的實(shí)例，另一方面也可以鍛煉學(xué)生對選擇結(jié)構(gòu)的理解和應(yīng)用能力。

三是將學(xué)科競賽與第二課堂結(jié)合起來。課堂教學(xué)在育人過程中具有不可替代的作用，但僅靠課堂教學(xué)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到教書育人的目的。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)更多的是開展知識傳授和專業(yè)技能訓(xùn)練。所以有必要充分利用第二課堂活動，將其作為課堂教學(xué)活動的輔助手段，以彌補(bǔ)課堂教學(xué)活動在知識拓展、實(shí)踐能力鍛煉、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的不足。從大一新生入學(xué)開始，我們就組織學(xué)生成立學(xué)習(xí)興趣小組，課后堅持給學(xué)生開放實(shí)訓(xùn)室，組織學(xué)生參加各類課外學(xué)習(xí)活動，并針對學(xué)科競賽進(jìn)行定期的集中培訓(xùn)和不定期的個別輔導(dǎo)，將學(xué)科競賽與第二課堂活動結(jié)合起來，有效地提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

（四）加強(qiáng)師資培養(yǎng)，提高任課教師的數(shù)學(xué)素質(zhì)

師資是教學(xué)質(zhì)量的決定性因素，要想程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)與數(shù)學(xué)專業(yè)得到更好結(jié)合，就必須注重提高其任課教師的數(shù)學(xué)素質(zhì)。我校目前講授該課程的教師主要是計算機(jī)專業(yè)畢業(yè)的教師，或者是來自本校計算機(jī)學(xué)院的專業(yè)教師，這些教師的計算機(jī)水平較高，但數(shù)學(xué)基礎(chǔ)略顯薄弱，所以要提高他們的數(shù)學(xué)素質(zhì)?？梢酝ㄟ^以下幾個途徑來實(shí)現(xiàn)：（1）安排新進(jìn)教師當(dāng)數(shù)學(xué)專業(yè)教師的助手。不論新進(jìn)教師的專業(yè)是數(shù)學(xué)專業(yè)還是計算機(jī)專業(yè)，在他們講授程序設(shè)計基礎(chǔ)課程前，都為其指定一位數(shù)學(xué)專業(yè)的老教師，讓其在熟悉教學(xué)活動的同時，了解程序設(shè)計和數(shù)學(xué)的關(guān)系，了解怎樣用程序設(shè)計語言解決本專業(yè)的數(shù)學(xué)問題。（2）定期舉辦學(xué)習(xí)研討班。研討班由專業(yè)或教研室組織，目前很多高校每周都有教研室活動，利用教研室活動舉辦定期或不定期的學(xué)習(xí)研討班，數(shù)學(xué)教師和計算機(jī)教師在一起就教學(xué)問題進(jìn)行探討，彼此增進(jìn)對相關(guān)專業(yè)知識的了解融通，可有效提高計算機(jī)專業(yè)出身的教師的數(shù)學(xué)素質(zhì)。（3）以賽促教。充分發(fā)揮大賽“以賽促教”的作用，由計算機(jī)專業(yè)的青年教師擔(dān)任指導(dǎo)教師，讓其在指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽的過程中，不斷提高自身的知識水平和業(yè)務(wù)能力，教學(xué)相長，促進(jìn)青年教師的快速成長。

（五）加強(qiáng)評價機(jī)制改革，豐富、優(yōu)化評價手段

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性強(qiáng)，因此其考核方式不能只采用期末筆試，應(yīng)注重學(xué)生平時學(xué)習(xí)的過程性考核，而且過程性考核方式應(yīng)該多樣化，突出考核學(xué)生的實(shí)踐動手能力。

采取“過程性考核+終結(jié)性考核”的方式評定課程學(xué)習(xí)成績。其中C 語言中的理論知識部分，仍需采用筆試的方式進(jìn)行，但需要減小其權(quán)重，同時需要加大對平時實(shí)踐能力的評價權(quán)重。平時成績不能只看上課簽到和課后作業(yè)完成情況，還要看平時上機(jī)的成績，這樣才能全面考查學(xué)生的綜合能力。

三、結(jié)語

程序設(shè)計的發(fā)展越來越趨向于體現(xiàn)其工具性，并滲透到各行各業(yè)的應(yīng)用中，在不同行業(yè)的應(yīng)用也各有側(cè)重。程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)應(yīng)能體現(xiàn)程序設(shè)計在數(shù)學(xué)專業(yè)中的具體應(yīng)用，用程序設(shè)計語言解決數(shù)學(xué)中常見的問題，使課程教學(xué)能夠更有效地將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，將本門課程與其他相關(guān)專業(yè)課程聯(lián)系起來，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的專業(yè)知識水平和創(chuàng)新實(shí)踐能力。