張彥航, 蘇小紅, 侯俊英

(哈爾濱工業(yè)大學 計算機科學與技術學院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

基于自助式虛擬作業(yè)系統(tǒng)及考試系統(tǒng)的C語言實踐教學

張彥航, 蘇小紅, 侯俊英

(哈爾濱工業(yè)大學 計算機科學與技術學院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

針對當前高校非計算機專業(yè)C語言程序設計教學中普遍存在的學生學習興趣不高、編程能力差等問題,提出一種基于虛擬實踐平臺的教學模式,通過改革考試方式以及借助自主開發(fā)的自助式虛擬作業(yè)系統(tǒng)及考試系統(tǒng)等多種手段,對非計算機專業(yè)的C語言實踐教學進行改革,將主動式學習模式引入到教學中。經(jīng)過2個學期的實際運作,學生的學習興趣明顯提高,自主學習能力及編程能力均獲得了有效提升,取得了良好的教學效果。

虛擬實踐教學； C語言； 非計算機專業(yè)

C語言程序設計是高校的一門公共基礎課,也是國內(nèi)外大部分高校非計算機專業(yè)學生的必修課。經(jīng)過課程學習能夠熟練運用C語言進行程序設計,是在校大學生必須掌握的一項計算機技能。然而調(diào)查顯示,大多數(shù)非計算機專業(yè)的學生普遍感覺“編程太難”,甚至畏懼編程,因此,上課消極、逃課、考試不及格等現(xiàn)象屢屢發(fā)生,C語言程序設計課也在學生中間留下了“難學”的惡名。

如何消除學生畏懼編程的心理,激發(fā)學習興趣、提高學生的編程能力和自信心,引領學生步入精彩紛呈的編程世界,使學生達到或超過對自己的期望值,是現(xiàn)階段非計算機專業(yè)C語言實踐教學工作急需解決的一個重要問題。

近年來,隨著虛擬仿真技術的興起,一種全新的教學模式開始走進國內(nèi)外各大高校的課堂[5-9]。這種依托于計算機及網(wǎng)絡技術、有別于傳統(tǒng)模式的“教”與“學”給高等教育帶來了機遇和挑戰(zhàn),為高校的教學改革注入了新的活力,使置身其中的教師和學生都在各自的崗位中悄然發(fā)生著改變。從2015年春季開始,對新教學模式進行實際改革運作,學生的學習興趣明顯提高,自主學習能力及編程能力均獲得了有效提升,取得了良好的教學效果。

1 非計算機專業(yè)C語言教學狀況

在C語言程序設計課程以往的教學中,學生總是處于一種被動式的學習。以我校為例,在2015年以前,面向非計算機專業(yè)的C語言程序設計課程主要包括以下幾個教學模塊:課堂教學、上機實驗(占總成績的10%)、課后作業(yè)(占總成績的10%)、期中考試(占總成績的20%)和期末考試(占總成績的60%),如圖1所示。

圖1 改革前非計算機專業(yè)C語言課程教學模塊構成

在這種教學模式下,對學生編程能力的培養(yǎng)和訓練往往是在課堂學習之后,借助于有限幾次上機課的編程實驗,以及教師給學生布置的大量的課后作業(yè)來完成的。然而,在非計算機專業(yè)中,一個不容忽視的現(xiàn)象是一個班里的學生對計算機編程語言的學習能力和計算機操作能力參差不齊。能力稍強的學生在高中階段通過參加各種級別的信息競賽,積累了一些編程基礎,而少數(shù)的普通學生可能僅僅了解一點常識,大多數(shù)學生基本上是零基礎。對所有學生不加區(qū)分地對待,就會導致出現(xiàn)尖子生吃不飽、普通學生很吃力、基礎差的學生跟不上的狀況。由于學生自身學習能力的差異,這種一刀切的做法顯然不能適應學生的個性學習需要,難以照顧到各個層次學生的狀況。

2 借助虛擬實踐教學平臺的C語言實踐教學模式改革

基于信息化、虛擬化環(huán)境下的教學方式是高等教育的一個重要的發(fā)展趨勢[10-12]。為此,從2015年春季學期開始,我們針對非計算機專業(yè)的C語言程序設計課程進行了改革,改革后的課程教學模塊構成如圖2所示,主要包括:

(1) 上機實驗。上機實驗總共8次,每周一次,每次150 min。在這8次上機課中,學生除了要在自主開發(fā)的虛擬作業(yè)系統(tǒng)中獨立完成教師規(guī)定的實驗項目(占總成績的10%),還必須參加6次隨堂上機考試(占總成績的50%)。

(2) MOOC教學。學生通過MOOC視頻教學進行課前預習、課后復習,同時參加課后討論以及完成MOOC在線編程練習(占總成績的10%)。

針對上述問題，在新一輪改進方案中進一步優(yōu)化該擴孔鉆頭的橫向不平衡力系數(shù)，使它降至0.05左右，并在擴孔鉆頭領眼段設置后備切削齒，以提高其抗失效的能力。改進后進行第二輪鉆頭現(xiàn)場應用，共使用4個鉆頭。

(3) 課堂教學。課堂教學主要集中解決一些復雜算法及難點問題,其中也包括課堂討論環(huán)節(jié)。

(4) 課后作業(yè)。學生在虛擬作業(yè)系統(tǒng)中選擇作業(yè)題目,在課程結束時獲得作業(yè)成績(占總成績的20%)。

圖2 改革后非計算機專業(yè)C語言課程教學模塊構成

2.1 基于獎勵機制的自助式虛擬作業(yè)系統(tǒng)

傳統(tǒng)教學模式下的課后作業(yè)一般是由教師指定具體的題目,要求學生在指定時間內(nèi)完成。然而,這些作業(yè)涵蓋的部分知識有些學生可能已經(jīng)掌握，不需要再進行反復練習，而有部分學生并沒有掌握，需要練習。在新的教學模式下,自助式虛擬作業(yè)系統(tǒng)允許學生自主選擇作業(yè)題目和作業(yè)數(shù)量。學生可以根據(jù)自己的情況自主選擇章節(jié)和知識點進行在線練習,不受時間和章節(jié)以及具體題目的限制,可以只針對學習中的薄弱環(huán)節(jié)集中精力和時間加強訓練,做到有的放矢。而基礎較好的學生則不需要用過多的時間去做課后作業(yè)。

為避免學生在課程結束前集中突擊做題,系統(tǒng)規(guī)定每個學生每天最多可做10道編程題。假如從第一天開課起到課程結束總共為40天,則每個學生最多能做400道編程題。如果等到第40天才開始做作業(yè),則該學生只剩下10道編程題可做。作業(yè)系統(tǒng)中的每個編程題要求必須在30 min之內(nèi)完成,允許多次提交。

為提高學生的學習興趣,在此基礎上設立了“多勞多得”的獎勵機制,具體為:

(1) 作業(yè)總成績超過600分的學生將有資格獲得加權附加分(最高為10分)。權值大小根據(jù)學生的做題數(shù)量從0.6取值到1.0。

(2) 作業(yè)成績在本班排名前5的學生將有資格獲得加權附加分(最高為5分)。權值大小按照學生的排名依次取值為0.2、0.4、0.6、0.8和1.0。

作業(yè)系統(tǒng)中每道編程題的分值不超過10分,作業(yè)總成績超過600分意味著某個學生至少完成了超過60道的編程題。

經(jīng)過2個學期的試行,“多勞多得”的作業(yè)獎勵機制得到了學生的認可和歡迎。以2015年秋季學期為例,總共有9個自然班共235名學生選課。到課程結束,一共有32名學生獲得了6分至10分的附加分,如表2所示。經(jīng)統(tǒng)計,學生的作業(yè)平均成績?yōu)?78分,這意味著每個學生的平均編程量為30道題左右。

表1 2015年秋季學期學生獲得加權附加分的統(tǒng)計情況(總成績≥600分)

2.2 基于錯誤原因分析的隨堂上機考試

改革前,面向非計算機專業(yè)的C語言程序設計課每個學期有2次上機考試:期中考試(占總成績的20%)和期末考試(占總成績的60%),要求學生在1.5個小時的時間里至少完成4道編程題?？荚嚱Y束后,大多數(shù)學生只關心自己的分數(shù),并不關心自己錯在哪里,為什么錯，因此,僅僅讓學生考試是不夠的,還應該讓學生更多地了解考試背后存在的深層問題。為此,我們對考試重新做了調(diào)整,將以往的2次上機考試拆分為6次隨堂上機考試,具體為:

(1) 從第3次實驗課開始,總共6次隨堂上機考試,每次滿分10分。

(2) 前5次為普通考試,考試內(nèi)容包括3道選擇題和1道編程題,考試時間為30 min。每次考試內(nèi)容要求至少覆蓋以下知識點中的一個:分支、循環(huán)、函數(shù)、數(shù)組、字符串和指針。

(3) 最后一次為綜合性考試,考試內(nèi)容要求至少覆蓋上述知識點中的5個,具體包括1道普通編程題、1道程序改錯題和1道復雜編程題,考試時間為40 min。

在新的考試模式下,對于前5次考試,如果學生在某次考試中沒能得到滿分,則需要在考試后提交錯誤分析報告。報告內(nèi)容包括錯誤類型分析(語法錯誤、概念錯誤、數(shù)學公式錯誤還是邏輯錯誤等)和運行完全正確的程序。如果學生遞交的報告合格,在課程結束的時候,可以去掉前5次考試中的一個最低分。隨堂考試的總分按照下面2個公式計算:

(1)

(2)

如果前5次考試中去掉了最低分,隨堂考試的總分按照公式(1)計算,否則按照公式(2)計算。前5次考試主要考查學生最近一周內(nèi)學過的新知識,考試后的錯誤原因分析和問題修正,有利于師生及時發(fā)現(xiàn)學習中存在的問題,從而避免了問題的積累。

3 教學效果

經(jīng)過2015年2個學期的改革試行,是否取得了預期的教學效果？我們設計了問卷調(diào)查,如表2所示。根據(jù)收到的213份反饋結果可以看出,89%的受訪者對改革后的C語言程序設計課程非常感興趣,只有11%的受訪者表示稍感興趣或不感興趣。有超過半數(shù)的學生感覺學習這門課程比較輕松,有69%的受訪者表示這門課程有助于提高他們的學習興趣。

表2 問卷調(diào)查的統(tǒng)計情況 (共213 名受訪者)

表2(續(xù))

統(tǒng)計結果還顯示,有95%的受訪者認為這門課程在很大程度上提高了自己的編程能力,只有5%的受訪者表示自己的編程能力沒有得到明顯提升。此外,分別有42% 和56%的受訪者認為自己的學習效率或考試成績得到了顯著提高。表2中的數(shù)據(jù)還顯示,改革后的C語言程序設計課受到了學生的普遍歡迎,有97%的受訪者表示愿意向其他人推薦該課。

為進一步評價基于虛擬實踐教學平臺C語言實踐教學改革的效果,我們對改革前后的學生成績按A、B、C、D、E 5個等級進行了統(tǒng)計和對比,如表3所示。

在2014年春季和秋季學期分別抽取了4個自然班(共226人),在2015年春季和秋季學期分別抽取了5個自然班(共264人)作為統(tǒng)計對象。這18個自然班的學生主要來自化學、信息管理、交通設備與控制工程及自動控制等專業(yè)。表3中的數(shù)據(jù)顯示,2014年學生的平均成績不超過71.2分,成績?yōu)镈的學生接近30%。2014年春季學期不及格學生的比例一度達到了23%。到了2015年春季學期,情況開始有所好轉,首先,不及格學生的比例明顯下降。到了2015年秋季學期,僅有5.4%的學生沒能通過課程。其次,成績?yōu)锳、B和C的學生比例都有所增加。尤其是2015年春季學期,有29.4%的學生獲得了C。到2015年秋季學期,學生的平均分數(shù)已經(jīng)達到78.4分,比2014年同期高出7.2分。以上數(shù)據(jù)表明,經(jīng)過有針對性和層次性的C語言混合教學模式的教學訓練,學生的學習興趣和編程能力都得到了進一步提高,取得了令人滿意的教學效果。

表3 4個學期的學生成績統(tǒng)計 (2014年春季學期—2015年秋季學期)

4 結語

針對非計算機專業(yè)學生C語言編程基礎參差不齊、差異較大的特點,提出基于虛擬實踐教學平臺的實踐教學模式。通過改革考試方式、采用自助式虛擬作業(yè)系統(tǒng)及考試系統(tǒng)等多種手段,有效提高了學生的學習興趣、編程能力及自主學習能力。盡管目前已經(jīng)取得了一些令人滿意的教學效果,未來仍然有很多工作需要進一步深入,如進一步探索本文提出的教學模式是否也適用于其他課程,或者是否適合在其他院校普遍開展。

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Practical teaching of C language programming based on virtual practical teaching platform and examination system

Zhang Yanhang, Su Xiaohong, Hou Junying

(School of Computer Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Programming with C language is one of the computer skills that a non, computer professional college student must master. Aiming at the problems of students’ learning interest not high, programming ability poor and other issues existing in the C language programming teaching of current college non-computer majors, a teaching mode based on virtual practice teaching platform is proposed. Reform of C language programming practical teaching for non computer majors was executed successfully through multiple methods, including reform of the examination methods, applying self-service virtual experiment system and examination system. Furthermore, the active learning mode was introduced into current teaching. Good teaching effect has been obtained after two semesters of practical operation. The students’ learning interest, independent learning ability and programming ability are also significantly increased.

virtual practical teaching; C language; non-computer major

10.16791/j.cnki.sjg.2017.03.002

2016-10-14

張彥航(1971—),女,吉林大安,博士,副教授,研究方向為信息融合及多目標檢測.

E-mail:zhangyanhang@hit.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)3-0004-04