李素君 周波清

摘要：以新工科對新時代理工科大學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)與要求為準(zhǔn)繩，結(jié)合地方應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)定位及計(jì)算機(jī)類專業(yè)對人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，從C程序設(shè)計(jì)課程的開課目標(biāo)與對象著手，以課程主要知識點(diǎn)為載體，詳細(xì)介紹了其主要教學(xué)過程設(shè)計(jì)中內(nèi)容的梯度設(shè)計(jì)方法、課程思政的巧妙融入方法及取得的成效。

關(guān)鍵詞：C程序設(shè)計(jì)；教學(xué)設(shè)計(jì)；課程思政；工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力

中圖分類號：TP391? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-3044（2023）36-0142-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

2016年，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個根本問題。要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[1]。2017年以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》等系列文件。與傳統(tǒng)的工科人才不同，新工科人才需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才[2]。C語言作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的分析建模、程序開發(fā)及核心素養(yǎng)能力，在日常教學(xué)中若能較好地融入課程思政，引導(dǎo)學(xué)生在掌握程序設(shè)計(jì)思想與方法的同時，提升其綜合能力，便能實(shí)現(xiàn)育人育心的協(xié)同效應(yīng)[3]。

1 C程序設(shè)計(jì)的開課目標(biāo)與開課對象

對于一般普通高校來說，C程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，其開課目標(biāo)主要包括以下三個方面。

1.1 認(rèn)知目標(biāo)

1）使學(xué)生了解高級語言程序設(shè)計(jì)和面向過程程序設(shè)計(jì)的基本概念。

2）使學(xué)生熟練掌握C程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識、語法和使用方法。

3）使學(xué)生熟練掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本方法和技能。

1.2 能力目標(biāo)

1）使學(xué)生能正確使用C語言的數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體等及能熟練使用三種基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

2）使學(xué)生不僅能熟練閱讀程序，且具有分析和設(shè)計(jì)算法的能力。

3）使學(xué)生具有使用C語言解決常見典型實(shí)際問題的能力。

1.3 情感目標(biāo)

1）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣，提高學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知度。

2）激發(fā)學(xué)生的愛國情懷和投身國產(chǎn)IT生態(tài)自主可控事業(yè)的使命感。

3）培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神，牢固樹立關(guān)注工程與社會、環(huán)境的大工程觀思維，培養(yǎng)工程師的責(zé)任感。

4）培養(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)合作精神、服務(wù)社會意識，提升學(xué)生服務(wù)社會的能力。

C程序設(shè)計(jì)課程的開課對象一般是大一剛?cè)雽W(xué)的新生。對于普通的二本院校來說，大部分學(xué)生不僅編程基礎(chǔ)薄弱、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)欠扎實(shí)，且學(xué)習(xí)能力與耐力都欠理想。該課程語法規(guī)則繁多、內(nèi)容抽象，初學(xué)者很容易因?yàn)榉稿e而失去學(xué)習(xí)熱情和積極性[4]。因此，若想通過64個標(biāo)準(zhǔn)課時的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)與要求，首先必須構(gòu)建高效課堂，而構(gòu)建高效課堂的前提是進(jìn)行高效的教學(xué)設(shè)計(jì)，以與現(xiàn)實(shí)生活緊密相關(guān)的典型案例為切入點(diǎn)，靈活生動地引入相關(guān)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，層層遞進(jìn)，并依據(jù)新時代新工科的培養(yǎng)目標(biāo)與要求，巧妙地融入課程思政，以實(shí)現(xiàn)在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和程序設(shè)計(jì)能力的同時，提升其核心素養(yǎng)，為個人的終身發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。

2 新工科背景下融合課程思政的C程序設(shè)計(jì)教學(xué)過程設(shè)計(jì)

以新工科對新時代理工科大學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)為準(zhǔn)繩，將C程序設(shè)計(jì)的課程教學(xué)與思政教育進(jìn)行巧妙融合，高效實(shí)用的教學(xué)過程設(shè)計(jì)便是第一步。好的教學(xué)設(shè)計(jì)是構(gòu)建高效課堂的前提。而高效課堂的構(gòu)建必須基于高效學(xué)習(xí)，即在課堂上充分調(diào)動學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這就要求教師在備課和教學(xué)過程設(shè)計(jì)等過程中要注意教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法相得益彰，要注重寓教于樂、寓道于教和寓德于教[2]。

下面將以C程序設(shè)計(jì)課程的主要知識點(diǎn)為載體，以案例驅(qū)動法、分析法、演示法、總結(jié)法等為主要教學(xué)手段，以厚植愛國主義情懷和培養(yǎng)大國工匠精神為課程思政的切入點(diǎn)，以類比法或引導(dǎo)法為主要手段適時無縫地融入課程思政，詳細(xì)介紹主要教學(xué)過程的設(shè)計(jì)思路與方法。

模塊一：C程序的基本組成與開發(fā)過程。例如，介紹C程序的基本組成，通過如下簡單的案例程序引入：

#include <stdio.h>

int main（ ）

{? printf（“This is my first C program.＼n”）;

}

首先，讓學(xué)生自主觀察上述程序，并找一位同學(xué)用自己的話概括上述程序的組成特點(diǎn)。然后教師根據(jù)回答情況通過引導(dǎo)法讓全體學(xué)生明白C程序組成的基本框架與特點(diǎn)。接下來，現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行程序，讓學(xué)生自主體會運(yùn)行結(jié)果與源程序的區(qū)別。然后采用加減法，依次去掉程序中的某個部分或某一行，分別給出調(diào)試或運(yùn)行結(jié)果。通過這個過程讓學(xué)生深層次明白C程序的基本特點(diǎn)及程序中每個語句的作用。接下來在此基礎(chǔ)上給出如下課堂思考題：如何在屏幕上打印輸出一個5行5列，四周由“*”組成，中間是空心的正方形。以實(shí)現(xiàn)對所學(xué)內(nèi)容的鞏固。叫一位學(xué)生上臺現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)，其余同學(xué)在下面實(shí)現(xiàn)。然后教師充分利用現(xiàn)場互動與討論，對答題情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)與鼓勵?？偨Y(jié)時以引導(dǎo)法啟發(fā)學(xué)生思考，剛才為了讀懂別人程序所采用的加減法，在日常生活中，它在哪些情況下也是可行的呢？學(xué)生的參與度高，答案基本集中在如下觀點(diǎn)的周圍：當(dāng)遇到復(fù)雜或棘手的事情時，可以先采用減法，把不太重要的細(xì)枝末節(jié)去掉，把關(guān)鍵的問題給解決，之后再采用加法，按照一定的規(guī)則順序把剩下的細(xì)枝末節(jié)給一一解決；同樣，當(dāng)在學(xué)習(xí)中碰到難題或難以堅(jiān)持時，也可以采用上述方法。此外，通過程序設(shè)計(jì)在人工智能領(lǐng)域的重要作用，引入中國在無人機(jī)、5G、機(jī)器學(xué)習(xí)、人臉識別、自然語言處理等領(lǐng)域取得的重大突破，以增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心和自豪感；最后，給出課后思考題：已知a=2，b=3，請編程輸出2+3=5到屏幕。以實(shí)現(xiàn)對所學(xué)內(nèi)容的提升及下次課知識點(diǎn)的引入。

模塊二：C程序的基本數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符和表達(dá)式。首先以上次課留下的課后作業(yè)作為引例，總結(jié)答題情況并現(xiàn)場編程實(shí)現(xiàn)兩種典型的方法。進(jìn)而在此基礎(chǔ)上請同學(xué)們思考完成：如何編程實(shí)現(xiàn)求給定半徑所對應(yīng)的圓的面積。從而引入本堂課的第一個教學(xué)內(nèi)容：數(shù)據(jù)類型、常量、變量的定義與使用。有了量，便可以進(jìn)行運(yùn)算。緊接著給出下述表達(dá)式：3-4+5和3-4×5，詢問學(xué)生上述表達(dá)式的結(jié)果。接著提問：上述表達(dá)式的結(jié)果為什么不是-6和-5呢？由此問題的解答可引導(dǎo)學(xué)生得出表達(dá)式的計(jì)算要根據(jù)運(yùn)算符的優(yōu)先級和結(jié)合性。然后根據(jù)關(guān)鍵詞優(yōu)先級和結(jié)合性，引導(dǎo)學(xué)生探討在現(xiàn)實(shí)生活中，什么時候也要注意兩者的應(yīng)用。接下來給出課堂思考題：①判別閏年的表達(dá)式；②a和b不同時為0;③三個數(shù)的最大值，以實(shí)現(xiàn)對所學(xué)內(nèi)容的鞏固與提升?？偨Y(jié)時根據(jù)本章內(nèi)容是整個C語言的基石，自然引入：基礎(chǔ)不牢，地動山搖。最后給出課后思考題：①計(jì)算機(jī)是怎么實(shí)現(xiàn)表達(dá)式的計(jì)算的？②請編程輸出一個數(shù)的相反數(shù)。以挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能與下次課知識點(diǎn)的引入。

模塊三：C程序的控制結(jié)構(gòu)。本知識模塊的重點(diǎn)內(nèi)容是選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，其中選擇結(jié)構(gòu)由上次所留的課后思考題：“請編程輸出一個數(shù)的相反數(shù)。”引入。根據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行總結(jié)并給出根據(jù)所學(xué)知識：使用條件運(yùn)算符的程序?qū)崿F(xiàn)方法。然后以條件運(yùn)算符的本質(zhì)功能為切入點(diǎn)，引入新知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)：選擇結(jié)構(gòu)。接下來便通過定義與實(shí)例相結(jié)合，詳細(xì)介紹C語言中選擇結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法與注意事項(xiàng)。并在此基礎(chǔ)上給出課堂思考題：“如何編程實(shí)現(xiàn)如下成績等級制的打?。?0分以下輸出不合格，60-80輸出合格，80-100輸出優(yōu)秀?！弊寣W(xué)生自主思考實(shí)現(xiàn)。然后依據(jù)答題情況，通過現(xiàn)場互動與討論，得出兩種典型的實(shí)現(xiàn)方法。接下來進(jìn)行總結(jié)?？偨Y(jié)時通過類比法引入毛主席晚年的兩次重大抉擇的重要性，讓學(xué)生明白在面臨選擇時要慎重，要以大局、集體利益為重，選擇之后必須要用力堅(jiān)持的道理。整個過程學(xué)生參與度高，積極性也很高。最后給出如下課后思考題：①請編程實(shí)現(xiàn)從鍵盤輸入四個數(shù)，請按從小到大的順序輸出；②請編程實(shí)現(xiàn)二元一次方程根的求解。以實(shí)現(xiàn)對所學(xué)內(nèi)容的提升與實(shí)際應(yīng)用。

循環(huán)結(jié)構(gòu)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)可由如下引例引入：

#include <stdio.h>

int main（ ）

{

int i=1;

while（i<=6）{

printf（“%d “，i）;

i++;

}

}

讓學(xué)生自主思考并猜測上述程序的運(yùn)行結(jié)果。緊接著現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行程序，給出運(yùn)行結(jié)果。讓學(xué)生體會運(yùn)行結(jié)果，并總結(jié)出該程序的功能。然后在此基礎(chǔ)上給出課堂思考題：“請對上述程序進(jìn)行最小的改動，打印輸出1-100以內(nèi)所有能被5整除的整數(shù)?！苯^大部分同學(xué)都能較好地完成。接下來按梯度再給出思考題：“請編程求解S=1+2+3+...+100?！弊寣W(xué)生自主實(shí)現(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生的解答方法主要有兩種：逐項(xiàng)累加法和高斯法。然后現(xiàn)場給出兩種典型方法的實(shí)現(xiàn)過程，并引導(dǎo)學(xué)生分析兩種實(shí)現(xiàn)方法的區(qū)別與效率，進(jìn)而讓學(xué)生明白程序設(shè)計(jì)不只是問題得到解決就行，還要注意尋求諸多解決方法中的最優(yōu)解。自然引入并實(shí)踐大國工匠、精益求精的精神。接下來總結(jié)是由1.01的100次方的結(jié)果和0.99的100次方的結(jié)果的差異，引導(dǎo)學(xué)生明白：不積跬步，無以至千里；不積小流，無以成江海。最后給出課后思考題：編程實(shí)現(xiàn)S=1+（1+2）+（1+2+3） +...+（1+2+3+...+100）的求解。以提升其編程素養(yǎng)及下次課內(nèi)容的引入：多重循環(huán)程序設(shè)計(jì)。

模塊四：數(shù)組的定義與使用。前面已經(jīng)編程實(shí)現(xiàn)四個整數(shù)的排序輸出，請思考：要對10個整數(shù)或更多的整數(shù)進(jìn)行排序，該怎么實(shí)現(xiàn)？讓學(xué)生自主思考并找2到3位同學(xué)說出自己的實(shí)現(xiàn)思路與方法。然后通過現(xiàn)場互動與討論，以分析總結(jié)的方法引入新知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)：數(shù)組。由數(shù)組的定義與特點(diǎn)，通過類比法引導(dǎo)學(xué)生懂得：物以類聚、人以群分，近朱者赤、近墨者黑的道理。然后詳細(xì)介紹引例的兩種實(shí)現(xiàn)方法，選擇法和冒泡法。接下來對兩種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行比較，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步理解其中的差異及具體的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)。最后通過如下案例：

#include <stdio.h>

int main（ ）

{

int a[5]={1，2，3，4，5}，i，t;

for（i=0;i<2;i++）//for（i=0;i<5;i++）;

{? t=a[i]; a[i]=a[5-1-i];a[5-1-i]=t;}

for（i=0;i<5;i++） printf（“%d “，a[i]）;

return 0;

}

讓學(xué)生自主分析上述兩個程序的運(yùn)行結(jié)果，通過類比法引導(dǎo)學(xué)生懂得：在生活中很多時候都要注意畫蛇添足、過猶不及等尷尬局面。最后給出課后思考題：如何實(shí)現(xiàn)兩個較大整數(shù)（1 000位左右）的加法運(yùn)算？通過對此問題的解答，讓學(xué)生更進(jìn)一步理解數(shù)組的使用方法與使用場合。

模塊五：函數(shù)的定義與使用。該模塊的重難點(diǎn)內(nèi)容是遞歸函數(shù)設(shè)計(jì)。該內(nèi)容可通過以下引例引入：

#include <stdio.h>

void f（int n）

{? if（n>1）

f（n-1）;

printf（“%d，“，n）;

}

int main（ ）

{ f（5）;

}

提醒學(xué)生認(rèn)真觀察上述程序中的函數(shù)f（ ）與以前所學(xué)函數(shù)的區(qū)別，并模仿計(jì)算機(jī)的執(zhí)行過程給出程序的運(yùn)行結(jié)果。接下來詳細(xì)分析上述程序運(yùn)行的兩個階段，遞推與回歸，讓學(xué)生明白遞歸程序的本質(zhì)及設(shè)計(jì)方法。接下來要求學(xué)生對上述程序進(jìn)行改造，使得程序的輸出結(jié)果為5，4，3，2，1。緊接著，讓學(xué)生依照階乘的數(shù)學(xué)定義，用遞歸算法實(shí)現(xiàn)求解10！。讓學(xué)生進(jìn)一步理解遞歸函數(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。接下來引入漢諾塔問題的求解，通過分析讓學(xué)生深入理解遞歸函數(shù)的設(shè)計(jì)方法與使用場合。由對漢諾塔問題求解的分析：64個盤子的移動次數(shù)引入課程思政：如果這個工作由人類來完成，假設(shè)每移動一次盤子只需要1秒鐘，那么移完64個盤子也需要5 800億年。我們知道地球的壽命約為96億年，可見，這個問題通過人類來解決是完全不可能的。但如果通過我國自主研發(fā)的超級計(jì)算機(jī)神威太湖之光來完成的話，只需約3分鐘，因?yàn)樗姆逯敌阅苣苓_(dá)到12.5億億次每秒，持續(xù)性能也能達(dá)到9.3億億次每秒。由中國在超算方面取得的傲人成就繼而引入：在短短的 70 多年時間里，新中國在經(jīng)濟(jì)、科技、軍事等領(lǐng)域取得巨大成績，以幫助學(xué)生牢固樹立和自覺踐行“四個自信”和“四個意識”。最后給出課后思考題：設(shè)有n級臺階，你可以一步跨1級，也可以一步跨2級，也可以一步跨3級，問從最底層開始走完全部臺階共有多少種走法？要求用遞歸函數(shù)實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)對所學(xué)技能的實(shí)踐、創(chuàng)新與提升。

模塊六：指針的定義與使用。這部分內(nèi)容的抽象性更強(qiáng)，所以講解時方法顯得尤為重要，首先通過引例：int a; int *p；讓學(xué)生由前面所學(xué)知識領(lǐng)會兩個語句的區(qū)別，從而領(lǐng)會指針變量的本質(zhì)及使用方法。接下來引入數(shù)組名與指針的區(qū)別，進(jìn)而通過典型例題的設(shè)置例梯度性地介紹一重指針和一維數(shù)組，二重指針和二維數(shù)組的區(qū)別與聯(lián)系。本模塊的重點(diǎn)是函數(shù)的參數(shù)為指針。通過以下典型案例引入：

#include <stdio.h>

void Swap（int a，int b）

{

int t; t=a;a=b;b=t;

}

int main（ ）

{? int a=3，b=4;

Swap（a，b）;

printf（“%d %d＼n”，a，b）;

}

#include <stdio.h>

void Swap（int *a，int *b）

{

int t; t=*a;*a=*b;*b=t;

}

int main（ ）

{? int a=3，b=4;

Swap（&a， &b）;

printf（“%d %d＼n”，a，b）;

}

讓學(xué)生自主分析上述兩個程序的運(yùn)行結(jié)果。進(jìn)而讓學(xué)生明白函數(shù)的參數(shù)為普通變量和指針變量的區(qū)別。分析過程中通過類比法引導(dǎo)學(xué)生懂得：要實(shí)現(xiàn)新時代新目標(biāo)，我們必須團(tuán)結(jié)在黨中央周圍，聽從黨的指揮，舉國上下思想行動必須團(tuán)結(jié)一致。最后給出課后思考題：寫一函數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩個字符串的比較。函數(shù)原型為：int strcmp（char *p1， char *p2）;。以實(shí)現(xiàn)對所學(xué)知識的具體實(shí)踐與鞏固。

模塊七：結(jié)構(gòu)體的定義與使用；模塊八：文件的讀寫。這兩模塊的知識由于教學(xué)時長的關(guān)系，在實(shí)際教學(xué)安排中是老師略講與學(xué)生自學(xué)為主相結(jié)合。其中結(jié)構(gòu)體部分，在介紹鏈表的特點(diǎn)及其與數(shù)組的區(qū)別時，通過類比法引入課程思政：每個人都有自己的長處與短處，平時注意揚(yáng)長避短，人生就會越來越精彩。在介紹文件的相關(guān)知識時，基于文件長期存儲的特點(diǎn)引入課程思政：知識與技能的長期存儲是平時大量地練習(xí)與實(shí)踐的結(jié)果。

綜上所述，不難看出，上述教學(xué)過程設(shè)計(jì)不僅緊緊圍繞新時代新工科的培養(yǎng)目標(biāo)，而且思政元素與知識點(diǎn)的耦合度也非常高，能讓學(xué)生在掌握專業(yè)知識與技能的同時潛移默化地厚植其家國情懷、提升其思想境界與核心素養(yǎng)。

3 新工科背景下融入課程思政的C程序設(shè)計(jì)典型教學(xué)效果

上述教學(xué)模式與方案自2021年以來于本院進(jìn)行了實(shí)施。在此期間，學(xué)生獲得藍(lán)橋杯C/C++組競賽成果如表1所示。從表中不難發(fā)現(xiàn)：隨著課堂溫度的提升，學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)有了顯著提升。

4 結(jié)束語

課程教學(xué)設(shè)計(jì)以新工科背景下對新時代理工科大學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)及要求為準(zhǔn)繩，對原有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化與深化，對原有的教學(xué)方法與理念進(jìn)行了深層次的改革，以課程主要知識點(diǎn)為載體，講解時采用典型案例導(dǎo)入，注重學(xué)生的參與度、學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐創(chuàng)新能力，巧妙地融入課程思政，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)獲得感、學(xué)習(xí)能力與工程實(shí)踐能力，更提升了學(xué)生的核心素養(yǎng)與社會責(zé)任感，育人育心效果顯著。

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【通聯(lián)編輯：梁書】