賈金芳

摘要：C++程序設(shè)計課程作為計算機專業(yè)本科生必修的專業(yè)核心課程之一，實驗教學(xué)是課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生通過編程解決實際問題的能力和邏輯思維方面起重要作用。針對課程實驗教學(xué)過程存在的問題分析，對課程實驗教學(xué)方法、考核評價方式等方面進行多元化、過程化改革，構(gòu)建“以賽促學(xué)，以賽促練”的教學(xué)體系，有助于進一步培養(yǎng)和提升學(xué)生的編程實踐能力、競賽能力和綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： C++程序設(shè)計；實驗教學(xué)；教學(xué)改革；實踐能力

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）08-0146-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

0 引言

C++程序設(shè)計是計算機專業(yè)學(xué)生需要重點掌握的一門程序設(shè)計課程，其主要講授C++編程語言，介紹面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法，培養(yǎng)面向?qū)ο缶幊趟季S。該課程的先導(dǎo)課程是C語言程序設(shè)計，C語言是一種面向過程的編程語言，從C語言到C++語言的過渡， 也是面向過程思維向面向?qū)ο笏季S的跨越。

C++程序設(shè)計課程包括理論課和實驗課兩部分，二者相輔相成，缺一不可。俗話說：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！?，程序設(shè)計類課程除了讓學(xué)生掌握基本語法和編程思想等基礎(chǔ)知識外，更重要的是要通過課程學(xué)習(xí)讓學(xué)生掌握編程方法，具備動手編程解決實際問題的能力[1]。因此，實驗教學(xué)是程序設(shè)計類課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，在理論知識點學(xué)習(xí)和將理論應(yīng)用于實踐中起到橋梁作用，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、自主分析能力和解決問題的思維能力[2]。然而，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法單一、技術(shù)手段相對滯后，無法完全調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果和學(xué)習(xí)成效不佳。為改善這些問題，及時調(diào)整教學(xué)手段，探索新的教學(xué)模式和方法顯得非常重要。

1 課程實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

C++作為計算機專業(yè)學(xué)生接觸的第二門程序設(shè)計語言，基于前期C語言學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，學(xué)生的編程能力參差不齊，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法無疑是達不到平衡需求的。經(jīng)總結(jié)分析，C++程序設(shè)計課程實驗教學(xué)存在的挑戰(zhàn)主要有以下幾個方面。

1） 忽略實踐的重要性。實驗課程是注重實踐能力鍛煉的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，大多數(shù)上機實驗內(nèi)容為對理論課堂講解實例或教材上例題的練習(xí)，或?qū)σ恍├碚撝R點的調(diào)試和驗證。實驗題目難度低，沒有與實際問題相關(guān)的針對性或綜合性訓(xùn)練，只是對所學(xué)知識點的分散理解，沒有做到融會貫通，不能達到熟練應(yīng)用水平。同時，缺乏與實際應(yīng)用聯(lián)系的實驗，限制了學(xué)生對編程在實際應(yīng)用中的理解和應(yīng)用。此外，學(xué)生參加程序設(shè)計類競賽很少，如ACM、藍橋杯、天梯賽等大范圍開展的程序設(shè)計大賽，其題目難度較大，也需要全面的知識儲備。學(xué)生在這方面了解不深，未能及時掌握行業(yè)發(fā)展需求，沒有真正理解學(xué)會編程的重要性。

2） 未考慮學(xué)生能力的差異性。經(jīng)過前期對C語言課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對編程的了解和掌握程度不可避免地會存在差異性，有些學(xué)生可能更擅長分析和解決復(fù)雜的編程問題，而另一些學(xué)生可能需要更多的指導(dǎo)和幫助，這種差異對實驗教學(xué)的設(shè)計和組織提出了挑戰(zhàn)。一般來說，學(xué)習(xí)能力強的學(xué)生會表現(xiàn)出較強的邏輯思維，容易接受新知識、新觀念，但是，正所謂尺有所短，寸有所長[3]。傳統(tǒng)實驗教學(xué)中所有學(xué)生所做實驗內(nèi)容一樣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)好的學(xué)生覺得沒有任何挑戰(zhàn)，長此以往學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣逐漸降低，而基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生不能獨立完成或完成有一定難度，無法達到預(yù)期的教學(xué)效果。因此，實驗教學(xué)應(yīng)提供不同層次和難度的實驗任務(wù)，以滿足學(xué)生的不同需求。

3） 考核方式單一。傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法傾向于以結(jié)果為導(dǎo)向，重視實驗的正確性和完成度。這種評價方式忽略了學(xué)生實驗過程中思考能力和創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生限于完成實驗任務(wù)，不重視解決問題的思考過程，無法有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。另外，傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法受限于實驗設(shè)備、軟件環(huán)境和教師人力等資源的限制，學(xué)生的實驗時間和機會受到限制，無法充分探索和實踐。

2 課程實驗改革思路

計算機專業(yè)課程的教學(xué)與實驗及實踐環(huán)節(jié)密不可分，動手編程能力在程序設(shè)計課程中具有不可替代的重要地位，是培養(yǎng)、提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要組成部分。

理論是實踐的基礎(chǔ)，實踐是理論的應(yīng)用，二者相輔相成，缺一不可。只有將課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，課內(nèi)教學(xué)和課外實踐相結(jié)合，才能扎實掌握一門編程語言。

針對以上課程現(xiàn)狀，C++程序設(shè)計課程組在計算機系的大力支持下，以培養(yǎng)學(xué)生編程實踐能力為基礎(chǔ)，培養(yǎng)計算思維為核心，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力為目標[4]，主要從實驗教學(xué)方法和考核方式兩方面進行了多元化、過程化的改革嘗試，具體改革思路如下。

2.1 教學(xué)方法

首先，對于加強編程實踐能力方面，根據(jù)學(xué)生的能力和學(xué)習(xí)進度，提供個性化的實踐指導(dǎo)。一些學(xué)生可能需要更多的支持和指導(dǎo)，而另一些學(xué)生可能希望有更大的挑戰(zhàn)。這部分需要增加輔導(dǎo)人力投入，引入了“高年級助教”機制。其次，在學(xué)生能力差異性問題方面，課程以培養(yǎng)學(xué)生動手編程能力為基礎(chǔ)，貫徹“一提升，二突出，三層次”的實驗教學(xué)指導(dǎo)思想，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)目標開設(shè)不同層次的驗證、綜合類實驗，每次實驗題型主要包括編程題，題目難度從易到難提升，考點從基礎(chǔ)到綜合，部分章節(jié)內(nèi)容會增加附加題目，以利于滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，突出學(xué)生自主性。此外，多元化教學(xué)方法不應(yīng)該僅用于理論教學(xué)中，實驗教學(xué)也同樣適用，如小組學(xué)習(xí)機制、項目實踐練習(xí)等，利用現(xiàn)代化技術(shù)和在線學(xué)習(xí)平臺，提供交互式學(xué)習(xí)資源和實踐環(huán)境，使學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)和探索。

2.2 考核方式

課程考核方式改革一直是高等教育改革的重要組成部分[5]。傳統(tǒng)考核方式主要以學(xué)生提交的實驗作業(yè)為主，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果很難完全得到體現(xiàn)，成績差距不明顯。為改善傳統(tǒng)實驗定性評價方式，引入了過程化考核方式，將CSP認證考試成績以20%的比例納入課程考核中。CSP考試有固定的考試周期和時間，不僅考查學(xué)生對計算機基礎(chǔ)知識的掌握，還注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、問題解決能力和實踐能力，是對學(xué)生綜合能力的考驗，沒有平時的長期練習(xí)和知識、技術(shù)積累，很難取得好的成績。因此，過程化考核方式的改革既有效評估了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，又促進了綜合能力的提升。

3 課程實驗教學(xué)改革與探索

基于上述改革思路，課程實驗教學(xué)主要改革在以下幾方面體現(xiàn)。

3.1 引入助教機制

為了提高實驗教學(xué)質(zhì)量，盡可能輔導(dǎo)到每一位同學(xué)，課程組引入“高年級助教”機制。助教通過課程組發(fā)布助教招聘公告后，由高年級優(yōu)秀同學(xué)自愿報名，然后經(jīng)過課程組面試選拔選出，每個班級分配1名助教輔助任課教師完成實驗教學(xué)。

這些高年級助教通過前期的學(xué)習(xí)和實踐，對該門課程有一定的掌握和經(jīng)驗。他們可以與學(xué)生進行更密切的互動，同時也更容易理解學(xué)生們的學(xué)習(xí)困難和疑惑，并結(jié)合自己學(xué)習(xí)的過程和經(jīng)驗提供個性化的指導(dǎo)和建議，促進與學(xué)生間的思維碰撞。另外，助教可以給學(xué)生分享優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)經(jīng)驗和學(xué)習(xí)方法，幫助學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。助教也可以通過分享自己的編程經(jīng)驗和實踐案例，激發(fā)學(xué)生對程序設(shè)計的興趣，有趣的編程項目和應(yīng)用案例，幫助學(xué)生看到編程的實際應(yīng)用和潛在價值，從而增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

3.2 分層實驗設(shè)計

根據(jù)理論教學(xué)及學(xué)生對知識點掌握情況自行編寫實驗卡，設(shè)計多道實驗題目，難度從易到難，難度依次遞增。將實驗任務(wù)分為不同的層次和難度，學(xué)生可根據(jù)自己的能力水平選擇適合的實驗任務(wù)，這樣可以滿足不同學(xué)生的需求，提高實驗教學(xué)的個性化和針對性。為了與競賽等編程環(huán)境保持一致，實驗題目主要以測試用例模式為準。為防止學(xué)生直接復(fù)制粘貼快速抄襲，給學(xué)生留有充分的做實驗時間，原則上學(xué)生將在課堂上完成所有題目，若有不能完成的同學(xué)，課后也會有3天左右時間繼續(xù)完成，學(xué)生完成作業(yè)后將作業(yè)壓縮包在限定截止日期前提交至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，等待教師批閱。

3.3 發(fā)揮學(xué)生主體作用

實驗課堂上，強調(diào)學(xué)生的主體作用。課前教師會將每道題目需要解決的問題闡述清楚，然后由學(xué)生自由發(fā)揮，自主完成代碼編寫、調(diào)試等，期間若有不能自主解決的問題，老師和助教也是以引導(dǎo)、激勵的方式指導(dǎo)。

批改完作業(yè)后，整體分析學(xué)生作業(yè)情況，并在下次上課前半個小時內(nèi)對大部分同學(xué)沒有完全掌握的題目由任課教師或助教現(xiàn)場實時編程講解。

3.4 小組學(xué)習(xí)機制

將班級學(xué)生按照4-5人/組劃分成多個小組，以“好帶差，小組幫扶制”為原則，學(xué)生自由組合，并推出組長的形式來分組。學(xué)生可以在小組中分享自己的理解和經(jīng)驗，解答彼此的疑問，互相幫助和支持，這種互動可以加深學(xué)生對知識的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動力。同時，通過小組討論和合作完成編程任務(wù)，學(xué)生可以相互借鑒和學(xué)習(xí)其他同學(xué)的思路和方法，促進共同進步和提升，也有助于提高學(xué)生的團隊合作能力和溝通能力，使成員個體感受到在團隊中的價值，增強團隊認同感，幫助學(xué)生樹立“團結(jié)、和諧、進取”的社會價值觀[6-7]。

3.5 引入OJ平臺

引入在線評測系統(tǒng)OJ（Online Judge） 作為實驗課程的一部分，任課教師可以根據(jù)理論教學(xué)進度和知識點范圍設(shè)計題目并在OJ平臺開放，這些題目可設(shè)置較長的時間范圍，方便學(xué)生課后隨時練習(xí)。如圖1所示為學(xué)習(xí)面向?qū)ο笕筇匦云陂g的一次練習(xí)題目，通過答題情況來看，練習(xí)題目也切實做到了分層設(shè)計。一方面，OJ提供實時的程序評測和反饋功能，學(xué)生提交代碼后，可以立即得到結(jié)果和反饋，這種實時性的評測和反饋有助于學(xué)生快速發(fā)現(xiàn)和修正代碼中的錯誤，提高調(diào)試和錯誤處理的能力。另一方面，基于OJ系統(tǒng)學(xué)生需要按照特定的編碼規(guī)范和要求完成編程任務(wù)，這有助于培養(yǎng)學(xué)生編寫規(guī)范、可讀性強的代碼的能力，提高代碼的質(zhì)量和可維護性。同時通過學(xué)習(xí)和練習(xí)各種編程技巧和方法，提高學(xué)生的算法設(shè)計和解決問題的能力，做到與程序設(shè)計類競賽較好的銜接。

3.6 CSP機制

中國計算機學(xué)會（CCF） 計算機軟件能力認證（Certified Software Professional， CSP） 是CCF聯(lián)合華為、360、滴滴等10余家知名IT企業(yè)以及清華、北航、國防科大等15所著名高校于2014年推出CCF CSP認證標準，用于評價業(yè)界人士的計算機軟件能力。

計算機軟件能力認證以被測試者熟練掌握程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法，通過一定范圍內(nèi)自選的通用編程語言，在指定時間空間內(nèi)，熟練、準確地完成對給定問題的編程和調(diào)試為認證標準。編程語言允許使用C/C++、Java或Python。所編程序的正確性由計算機系統(tǒng)根據(jù)事先給定的數(shù)據(jù)進行測試，通過者得分，否則不得分。測試的問題覆蓋大學(xué)計算機專業(yè)所學(xué)習(xí)的程序設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法，以及相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，并關(guān)注編程技巧的使用、性能的優(yōu)化，以及異常情況的正常處理。

通過準備和參加CSP認證考試，學(xué)生不僅可以提升在軟件開發(fā)領(lǐng)域的專業(yè)技能，包括算法設(shè)計、編程語言等方面的知識[8]；取得高成績的CSP證書也可以為學(xué)生在求職和升學(xué)時提供有力的證明，增強學(xué)生的競爭力；通過考試內(nèi)容還可以使學(xué)生了解實踐應(yīng)用和行業(yè)發(fā)展需求，發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和不足，及時彌補知識和技能的漏洞，有效優(yōu)化后期學(xué)習(xí)計劃。

構(gòu)建“以賽促學(xué)，以賽促練”的教學(xué)體系，在C++課程中，除了實驗成績外，將CSP以20%的比例計入考核方式。學(xué)生學(xué)習(xí)完C語言課程后即被要求參加CSP認證考試，通過實時體驗競賽模式、考題形式、考試內(nèi)容，及對所學(xué)知識的實時應(yīng)用，清楚對知識的掌握情況，明確后續(xù)學(xué)習(xí)的努力方向。課程具體考核方案如表1所示，可以看出，課程考核方案更注重過程學(xué)習(xí)效果，實現(xiàn)以考促學(xué)、以考促教，以賽促學(xué)、以賽促練的模式。通過CSP認證要求盡早培養(yǎng)和提升學(xué)生程序設(shè)計能力，部分學(xué)生在第一學(xué)年CSP成績就可以達到200分左右水平。平時也鼓勵學(xué)生參加ACM、藍橋杯、天梯賽等程序設(shè)計類競賽，獲得了多項佳績。

綜上，通過多種實踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生更好地理解課堂教學(xué)內(nèi)容，拓展知識面，延伸和擴展了課堂教學(xué)。全面地培養(yǎng)了學(xué)生的素質(zhì)，提高了學(xué)生的抽象能力、邏輯思維能力、及動手編程能力等，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

通過綜合運用課程助教、分層實驗設(shè)計、小組學(xué)習(xí)、OJ平臺、CSP認證等教學(xué)手段，為學(xué)生提供了更豐富、多樣化和個性化的學(xué)習(xí)體驗，幫助學(xué)生全面發(fā)展和成長。同時，也能夠更好地滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。綜合來看，這些教學(xué)方式可以全面提升學(xué)生的編程能力、解決實際問題的能力、團隊合作能力和專業(yè)素養(yǎng)，對學(xué)生在編程領(lǐng)域的發(fā)展和未來的職業(yè)發(fā)展都具有重要意義。

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【通聯(lián)編輯：王 力】