C语言程序设计在石油相关专业中的教学实践

更新时间:2024-03-09 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:34659 浏览:159071

摘 要:在“卓越计划”的背景下,针对石油相关专业C语言程序设计课程教学中存在的问题,在探讨课程教学主线的基础上,从教学内容、教学方法及教学手段等多个方面对课程改革的措施进行详细阐述,提出培养学生的计算思维、创新意识以及工程能力的方法.

关 键 词:C语言程序设计;卓越计划;计算思维;教学实践;创新;研究型;工程能力

0.引言

2010年我国教育部联合其他有关部委,共同制定了“卓越计划”的培养目标及实施方案,其目的是加速我国由工程教育大国向工程教育强国的转变.为贯彻落实“卓越计划”及《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》的有关精神,培养学生创新意识和自主学习能力,中国石油大学(北京)从2010级开始,在石油工程、地质工程、化学工程等专业中新增了两种重要的人才培养模式:创新班和卓越班.其目的是尝试进行研讨式、交流式小班授课,通过大量的课堂互动,强化学生的实习、设计和实践能力.C语言程序设计作为学校的一门重要公共基础课,在石油专业的本科教学中占有重要地位.由于学生在学习该课程之前,缺乏严格的程序设计训练,传统的教学模式也由于缺少有效的沟通而无法激发学生的学习兴趣,导致学生的抽象思维能力和动手实践能力都出现一些问题.为了适应石油行业发展对高素质人才多样化的需求和贯彻研究型教学的要求,有必要针对创新班和卓越班学生的特点,制订出更加切实可行的研究型的C语言程序设计教学内容和实践方案.

1.课程教学存在的问题

传统的C语言程序设计教学存在以下问题:

1)教育模式单一.

C语言概念多,应用灵活,传统的教学方法注重讲解C语言的基本语法,教师所选编程实例大多用于语法规则的验证和说明,学生很难将所掌握的理论知识应用到实践中.


2)缺乏计算思维.

石油专业学生对计算机课程的学习方法还不太适应.由于学生编程的逻辑思维方法还没有形成,很难正确理解计算机学科的基础概念,更不要说灵活运用各种思想、方法和技术解决实际能源行业的问题了.

3)师生之间缺乏实时沟通平台与手段.

师生交流多局限在课堂上围绕课程进行,对学生在课后的学习和实践缺乏有效指导.学生遇到问题不能及时解决会严重影响学习进度,甚至影响学习的积极性.

4)课堂教学与专业背景脱节.

石油行业各相关专业的教育对信息技术的要求越来越高,而行业内不同专业之间对信息基础教育的需求又存在着较大的差异.作为大学公共基础课程的C语言程序设计是一门理论性和实践性很强的课程,如何适应石油行业内各类专业要求,做到与专业背景尽可能“无缝连接”,是亟待解决的特殊课题.

针对上述问题,如何培养石油专业学生将计算机科学知识运用到专业实践中去?需要我们在教学中将理论与学生专业背景相融合,让学生结合专业知识加深对语言功能的理解,使他们真正体会到该课程是为专业实践怎么写作的.由于计算机在石油科技中的应用范围十分广泛,几乎涉及石油科技领域的各个方面,作为石油专业本科生的C语言程序设计课程就必须涉及这些内容.因此,在理论和实验课中如何联系实际,激发石油专业学生的学习兴趣,是教学改革的一个重点.同时,如何培养学生的计算思维,使他们将这种思维有效地运用在专业实践中,也成为教学内容改革的指南和研究重点.

2.确立C语言教学主线

C语言基础是语法,学生只有掌握了必要的语法知识,才能进行后续算法的学习.面对繁杂的C语言语法知识,教师如能将各章节的知识点串联起来,形成一个“教学主线”,再配合计算机的内存变化,就可以帮助学生理解和记忆各知识点.因此,“教学主线”是纲,紧紧抓住“内存变化”这个主要矛盾,就可以达到“纲举目张”效果.

C语言的核心内容有三个:数组、指针和函数.因此,在教学中只要抓住“数组一函数一指针”这条主线,通过示意图描述数据在内存中的存储和变化,就可以将纷繁的知识点化简规约,从而形成清晰的知识脉络.数组是具有相同数据类型的变量的集合.函数在程序设计过程中的主要任务是可以分解成多个功能独立的模块来实现,这体现了“分而治之”的思想.函数的参数可以是普通变量、数组名或指针变量.当在函数间传递数字或字符的集合时可以采用数组名或指针变量作为函数参数进行地址传递,这样实参与形参组合形式可以表达为:

①实参(数组)——形参(数组);

②实参(数组)——形参(指针);

③实参(指针)——形参(数组);

④实参(指针)——形参(指针).

通过编写经典的交换数据函数Swap就可以将函数调用以及数组和指针变量的4种组合形式联合起来.

C语言最大的特点是程序能够直接对内存地址进行操作.而对内存的操作主要是通过变量来实现的,变量代表了内存中具有特定属性的一个存储单元,用来存放程序运行期间的数据,即变量的值.要正确推算到程序运行的结果,就必须掌握程序运行过程中内存空间值的演变过程,即变量值的变化过程.为此,我们在教学中采用样例程序(如图1所示)结合变量内存空间分配(如表1所示)的方式讲述变量在内存中的变化状态,取得了较好的教学效果.

3.丰富教学方法与手段

德国教育学家第斯多惠曾说过:“教学的艺术不在于传授本领,而在于激励、呼唤和鼓舞.”基于“卓越计划”的学生创新意识和自主学习能力的培养需经过一个长期的训练过程.创新班和卓越班提供了一种探究式人才培养模式,其特点是促进人才培养模式由以课本和课堂为中心转向以学习和学生为中心.在教学过程中,教师除了讲授基本知识和程序设计方法外,更要注重培养学生的计算思维.在教学中如何引导学生的学习兴趣,实现由“学会”到“会学”的转变,是创新班和卓越班教学改革的主要目的.为此,我们采取以下几方面措施.3.1注重启发引导

创新班和卓越班的教学目标应从注重知识传授转到注重智能的培养上来.在讲授具体的知识点时,要注意加强前后知识的连贯性,对重点、难点问题要举一反三,从多角度、多侧面去阐述,将知识点扩展为知识面,扩大学生的思维空间.在此过程中,计算思维的培养是核心问题.通过多提问、鼓励一题多解等措施,启发学生运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计信息系统,并在此基础上促使他们了解信息技术在能源领域的广泛应用,为将来创新性地解决石油行业问题奠定基础.

3.2实行导师制

创新班和卓越班实行导师引导式培养方式,教师和学生实行双向选择,学生根据所在专业教师的研究方向和特点选择相应的指导教师,指导老师也可以根据学生的能力和素养指定所带学生.指导教师按照“传帮带”的培养方式,提出典型问题,让学生进行抽象、分析和归纳,培养思维方式,凝练专业问题,提高掌握本学科前沿知识的能力,使其尽早进入科研状态.同时,创新班实行小班上课模式,以利于学生和教师之间的良好互动.

3.3采用榜样示范教学法

在C语言程序设计课程中,榜样示范教学法是提高学生分析和解决问题能力的有效办法.大学生的行为习惯多源于模仿他人,由于处在确立“事业观”的关键时期,榜样的力量对他们尤为重要.为此,我们邀请企业资深的工程师、校软件协会的优秀学生以及中国石油大学(北京)毕业的学长为学生做讲座,探讨C语言在石油领域的应用方向,以及企业需求和学校教学在C语言上的差异,为学生进一步学习指明了目标.如我院与中关村信息产业园中的许多公司建立良好的合作关系,就程序代码编写规范以及C语言实训等内容进行了广泛的交流合作.从分析实际应用问题开始,到对问题的解决进行整体规划,在需求分析、系统设计到系统实现、系统测试等多个方面,锻炼学生实际动手能力.在教学中融入软件工程思想,使学生在掌握C语言的基本语法知识的同时,更深入理解程序设计的最终目的是解决实际应用问题.

3.4面向ACM程序大赛,构建研究型、小组讨论的学习模式

为了能够及时、全面地关注到每位学生的学习状态,充分调动学生的积极性,我们采取分组方式进行教学控制和管理.4名学生构成1组,每组设组长1名,组长由组员轮流担任,每人任期4周.老师每周抽出固定时间对组长进行培训,让他们做一些ACM程序大赛训练中难度较高、与实际生活接近的题目,并加以辅导,引导他们掌握良好的编程思想,选拔其中的优秀组参加ACM程序大赛.在课堂研讨和实践课时间,由组长全权负责本小组的学习探究,这有利于培养学生的组织领导才能以及团结协作精神.这种变被动接受为“自主研究”型的学习模式,满足了学生学习方式的个性化.

3.5实施项目驱动教学法

为提升学生运用计算思维处理专业问题的创新综合能力,在实践教学环节,我们采用结合学生专业的项目驱动模式,根据学生具体专业设置选取适当的项目,从编写简单的小程序逐步过渡到解决一定难度的实际问题上.为了最大限度地涉及专业内容,我们在实验指导书中简要介绍了常用石油仪器的实际采集数据格式,对石油数据处理方法应用进行一定深度的展开,并在具体数据以及数据之间的关系上进行广度的拓展.同时,对石油科技中用到的计算模型进行了分类归纳,引导学生将同类问题放在一起进行分析比较.每类模型充分体现了计算思维的思想并经过有限次操作就能够完成,有利于提高学生实际处理问题的能力,培养其敏锐的思维能力.

4.改革教学条件与环境

4.1融合Prezi与FreeMind的教学方式

多种教学手段相互补充,适时融入特点突出的教学手段.多媒体教学方式的特点是信息量大,图文直观,便于算法的动态演示.目前,比较主流的辅助手段是运用Powerpoint制作课件,但Powerpoint不能很好地体现人的思维过程,学生在单页中得到的只是具体的信息,想要理清课件的基本思路,需要繁琐的翻页操作,不利于学生对教学内容的宏观理解和整体把握.为此我们制作了基于Prezi的教学辅助课件,在一页当中呈现全部的授课内容以及授课的基本思路,以一种符合人类思维习惯的呈现方式与学生进行交互.同时,把C语言程序设计课程的逻辑思维图中各个知识环节按照概念导图的方式进行组织、关联和铺展,由此形成了基于FreeMind的思维导图.它包括一个课程逻辑思维图和多个章节知识结点的逻辑思维图,可以让整张思维导图“活”起来,随着授课过程可以任意地伸展每一个关键分支.

4.2常规教学与“教学网站+飞信”互动教学相结合

以常规教学满足大多数学生的学习需求,在保留传统的教师与学生面对面答疑方式的基础上,以“教学网站+飞信”交流平台作为课堂教学和实验教学的有益补充.平台支持在线答疑方式,使答疑不受时间和空间的限制,很好地支撑了学生的自主学习.

4.3搭建基于Sloodle的C语言综合网络管理平台

Sloodle平台整合了多用户分布式虚拟学习环境SecondLife和Moodle学习管理系统,为学生和教师提供了逼真、直观、沉浸式的学习环境.将基于Sloodle的部分虚拟现实技术应用到C语言程序设计课程的教学活动中,可丰富教学环境,突破传统教科书和某些硬件设施短缺的限制,多角度地展示教学内容.如在中海油工程专业,教师为了展示海上石油钻井平台的结构和构造,不可能将真实的整套井架系统拆开来讲解和示范,但是基于Sloodle平台,教师用3D虚拟世界展示实物配件,将实际操作中的海上平台控制模块映射到虚拟现实世界里.为了完善Sloodle平台的Moodle学习管理部分,使之具有在线程序测试评价功能,我们开发了程序在线评测插件,除了用于ACM大赛以及学校或学院举办的程序设计竞赛外,还具有程序教学辅助功能.教师通过查看学生提交的代码长度、执行时间、占用内存值和提交时间等信息,能快速地发现代码拷贝现象.同时通过观察学生提交的正确的和错误的代码,总结出一般性问题,在课堂上有针对性地讲解,以达到更好的教学效果.该平台经过进一步完善,还将被引入到C语言的后续课程,如高级语言程序设计、数据结构、算法分析等实践教学中.

5.结语

石油行业“卓越计划”是高等工程教育满足国家能源战略需求,强化学生主动怎么写作石油企业思想,完善校企联合培养人才机制的新型教改课题.我们通过改革教学方法与手段、改善教学条件来培养石油院校学生的计算思维和工程意识,教学实践表明,这些改革措施有利于学生深入了解和掌握与本专业相关的计算机知识和技能,大大激发了他们的求知欲.当然,作为新生事物的“卓越计划”的实施仍然任重道远,还需要不断完善并建立科学的实践教学体系.我们将继续在C语言程序设计的教学改革上拓展新的领域,在能源行业寻求新的信息化切入点,将课程的理论教学和工程实际应用更协调、更紧密地结合起来,培养出更多适应信息化社会的能源类复合型、应用型人才.

(编辑:彭远红)

相关论文范文