２Ｏ１ ５年５月 第２Ｏ期 教育教学论坛 ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵＭ Ｍａｙ ２０１ ５ ＮＯ．２０ 《程序设计与问题求解》实验教学方法探讨 缪裕青，刘少兵，俸（桂林电子科技大学皓，朱细平，杨兵，刘洪波 桂林５４１００４） 计算机科学与工程学院，广西摘要：《程序设计与问题求解》课程强调以实际问题驱动，学生通过大量实验来解决实际问题，从而提高编 程能力。在实验方式上，提出以分组完成综合性习题方式训练学生团队协作和实践动手能力；在实验验收上， 尝试引入斯坦福大学的Ｍｏｓｓ系统来甄别实验抄袭，引导学生独立完成实验。通过实际教学效果验证了对该门 课程实验教学改革是值得借鉴和推广的。 关键词：Ｃ语言；程序设计；实验教学改革；Ｍｏｓｓ系统 中图分类号：Ｇ６４２．４１ 一文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—９３２４（２０１５）２０—０１５８—０２ 、背景 《程序设计与问题求解》（以下简称《求解》）是 ２００７年我校对ＩＥＥＥ／ＣＳ和ＡＣＭ任务组给出ＣＣ２００５报告 和ＣＳ２００１核心课程进行研究之后为计算机科学与技 术等相关专业新开的一门专业基础必修课程，这门课 程的前身是《ｃ语言程序设计》『１１。 《求解》课程教学采取实际问题驱动方式，通过大 量实例讲授程序设计的基本概念、基本方法，把重点 放在解题思路上。即通过针对实际问题进行分析，构 课题组的集体讨论和教学实践，形成一个高效合理的 教学方案，具有很紧迫的现实意义。因此改革势在必 行。 目前，国内的多所高校已经早于我校开展了《求 解》这门课程，但总体上说，对这门课程的教学还都处 在实践和探索的阶段，因此，进行《求解》这门课程的 教学改革研究，具有更广泛的实际意义。关于《求解》 理论教学的方法探讨请参考笔者的第一篇参考文献。 本文主要讨论实验教学。 二、实验教学内容改革 当前，计算机软件方面的实验课程大多都已经按 照规范文本罗列出了实验目标、实验内容、实验报告 等组成元素。采用了教师辅导、学生主导一人一机独 立完成实验相结合的方式进行授课，已经得到大家的 共识和学生的认可。 但本课题组认为，对待《求解》这门特别强调学生 的动手能力的课程，要有更高的要求：那就是学生通 过本课程的学习，应该具备有解决综合问题的编程能 力。而限于实验学时有限，学生很难在规定的２个小时 完成实验内容，从而不能客观地评价学生。这样导致 很多实验内容显得知识点单一，考核内容单一，不能 充分调动学生的学习积极性，学生最后的动手能力不 能得到充分的挖掘和开发。 某班期末考试科目为数学（ＭＴ）、英语（ＥＮ）和物理 （ＰＨ），有最多不超过３０人参加考试。考试后要求：①计 算每个学生的总分和平均分；②按总分成绩由高到低 排出成绩的名次；③打印出名次表，表格内包括学生编 号、各科分数、总分和平均分；④任意输入一个学号，能 够查找出该学生在班级中的排名及其考试分数。 应该说上面的实验题基本满足了对数组知识的 建数学模型，设计算法，最后通过Ｃ语言编程实现这一 过程来训练学生程序设计的能力。 经过６年多的教学实践，取得良好的效果，但发现 存在以下问题。 １．学生对理论知识的理解和掌握不够，具体体现 在作业完成情况较差，考试成绩不理想（卷面考试成 绩不及格率大于１５％，勉强及格学生比例高达２０％）。 ２．不能按要求完成实验内容。过半数的学生不能 按时独立完成实验，收获较小。 ３．实验抄袭现象严重，导致后续课程学习上的困 难。 鉴于上述问题，如果再不对《求解》教学尤其是实 验教学进行改革，那么培养出来的学生势必是缺乏竞 争力的。任课教师已经发现了这门课程在教学学时、 教学内容安排、理论与实验教学的比例分配以及采用 什么语言工具进行教学等方面存在的问题，正在探索 更加有效合理的方案。 那么，是什么导致了上述问题呢？这是项目组这 次研究的主要课题，通过对上面问题的研究，找出问 题的症结，探讨方案，讨论和更新教学大纲和实验大 纲，更新实验指导书，提出新的教学方式和方法。通过 基金项目：桂林电子科技大学校级教育教学改革基金项目（ＪＧＢ２０１４０７） 作者简介：缪裕青（１９６６一），女，副教授，博士，硕士生导师，主要从事数据挖掘、隐私保护挖掘、生物数据挖掘、并行与分布式挖掘、云挖掘 等研究。 １５８— ２Ｏ１ ５年５月 教育教学论坛 Ｍａｙ ２０１ ５ 第２０期 ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵＭ ＮＯ．２０ 学习和实践编程要求。不足之处也是显见的：一方面 题，学号尾数是１０ ４０２、０６的强制做第二题，以此类推。 是考核的知识点单一，主要是数组；二是考核的题目 三、实验验收方法：尝试引入斯坦福大学的Ｍｏｓｓ 太模型化，学生的建模能力不能得到很好的锻炼；三 系统。甄别抄袭现象 是不适合小组形式合作完成，学生如果不能完成，但 １．Ｍｏｓｓ系统简介。斯坦福大学的Ｍｏｓｓ（Ｍｅａｓｕｒｅ Ｏｆ 为了拿学分，必然导致抄袭过关；四是题目太少，全班 Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ）Ｐ］系统是一个简单易用的编程语言 学生做相同的题目，一人做出，全班做出的局面很常 雷同检测系统。它主要用于计算Ｃ、ｃ＋＋、Ｊａｖａ、Ｐａｓｃａｌ、 见。 Ａｄａ、ＭＬ、Ｌｉｓｐ等一些形式化语言所编写的程序之间的 为了较好地解决上述不足，课题组提出从函数这 相似性。哈工大计算机学院已经成功地运用Ｍｏｓｓ在一 一章之后，每次实验的内容至少包含１道综合实验题， 些程序设计类课程中检测学生程序之间的雷同［４１。该 一个综合题包括３～４个模块，由一个小组（建议每个 系统目前只用于教学系统，是一个免费的系统，因此 小组３—４人）来共同完成。 不会增加成本。 还是拿数组这一章的实验举例，比如可以引入 ２．电子作业抄袭比书面作业抄袭更可怕。当前，作 “验证哥德巴赫猜想”作为一道综合实验题。哥德巴赫 业雷同现象很普遍：“抄袭”会让所有教学手段失去效 猜想的概要流程图可参考文献［２】。 能。程序拷贝抄袭他人作业比书面抄袭带来的危害更 这里可以用数组ＰｒｉｍｅＬｉｓｔ［］来存放生成的素数。用 大，通过拷贝方式在抄袭者脑海里所留下的知识点印 函数ＣｒｅａｔＰｒｉｍｅＬｉｓｔ（ｉｎｔ ＰｒｉｍｅＬｉｓｔ［］）来生成素数表；用 象更弱，而且拷贝的获取更容易，很容易培养出“惯 ＮｅｘｔＰｒｉｍｅＮｕｍｂｅｒ（ｉｎｔ Ｐ，ｉｎｔ ＰｒｉｍｅＬｉｓｔ［１）来生成下一个 犯”，从而导致教育的失败。【５Ｊ因此，严打雷同作业必须 素数；用ｍａｉｎ（）函数来完成主流程编程并对上面两个 作为实验验收时非常重要的手段来督促学生认真独 模块进行调用ｔ２］，从而完成实验内容。 立地完成实验内容。 这样把一个大的问题分成若干小的模块，该题可 引入了Ｍｏｓｓ系统后，可以采用如下的制度来严打 以由３个同学协作完成，一人完成一个模块，由于绝对 抄袭作业现象［６３：雷同双方当次作业记０分；两次雷同 工作量的减少，学生能够在２个小时的实验时间完成； 以往作业成绩全部清零；三次以上雷同，所有作业成 又是团队合作，学生的自信心会明显增强，而在完成 绩全部清零。所谓“严师出高徒”，通过严打雷同作业， 任务的过程中的相对工作量和知识点没有减少，不影 往往会有意想不到的收获。激发潜能：“我”居然能把 响知识的学习和应用。 作业做出来了！为了作业不雷同，“我”想到了一种特 这样的实验内容安排有以下优点：（１）让学生更 别的方法等。维持诚信：这是当今社会正在缺失的特 好地体会“自顶向下，逐步取精”的结构化程序设计方 质。 法。（２）题目综合性强，模块化结构明显，适合分工协 当然，简单的实验作业可能由于巧合存在很多误 作。可以讨论共同完成，克服单兵作战的恐惧心理。 判雷同的情况，这点需要任课老师区别对待。 （３）考核的知识点全面，内容涉及数组、函数、循环、算 四、结论 法等几乎前面所学的所有知识点。（４）综合习题的完 到完成这篇论文之前，课题组成员已经尝试用上 成带来更大成就感，从而增强学生的学习兴趣，形成 述教学方法进行了实验指导书的部分更新并按照新 良性循环。（５）培养了大学生之间的协作能力，有效地 的实验指导书来指导学生实验。但对于实验作业的雷 降低了学生大面积抄袭行为。 同部分，限于时间原因，由于要比对雷同作业要将每 具体方法如下：一是合理利用网络资源。ｃ语言已 一批次的作业上传到斯坦福大学网站进行比对而暂 经是除英语、高数、政治理论等课程之外开设最广的 时还没有进行。这是本课题组后面要大力积极推进的 一门课程，开设历史悠久，因而相应的资源很容易从 重点内容。目前已经完成了１个学年的《求解》实验教 网上获得。每一章实验找Ｎ３道左右供学生选做的综 学任务，表１给出了采用上述教学方法后的实验考试 合题是完全可以实现的；二是实验题目要多，采用学 成绩分布，还有通过后续课程教师的反馈来看，基本 生学号２位尾数（比如除４）求余数的方式做对应的实 上比较客观地反映出了这样的教学方法还是值得大 验题来规避大面积抄袭的风险。比如一次实验的基本 家借鉴的。当然，每门课程都有各自的特点，因材施 题出４道题，那么学号尾数是０１、０５、０９的强制做第一 教，因课施教，是不断摸索和积累的过程。 表１《求解》实验考核成绩统计（任课教师：刘少兵，课号：１３１８２８，不含重修） —、学年＼．＼分数区间 １００￣９０分 ８９￣８０分 ７９￣６０分 ＜６０分 ２０１３年（总数６Ｏ人） ３６．７％（２２人） ２０％（１２人） ３０％（１８人） ３．３％（２人） 参考文献： 【３］ｈｔｔｐ：／／ｔｈｅｏｒｙ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／～ａｉｋｅｎ／ｍｏｓｓ／ 【１】刘少兵，等．《程序设计与问题求解》理论教学方法研讨叶 【４］ｈｔｔｐ：／／ｃｍｓ．ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｃｏｕｒｓｅ／ｖｉｅｗ．ｐｈｐ？ｉｄ＝４４ 科学时代，２０１０，（２２）：１０６—１０７． ［５］ｈｔｔｐ：／／ｃｍｓ．ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｍｏｄ／ｆｏｒｕｍ／ｓｅａｒｃｈ．ｐｈｐ？ ［２】罗建军，等．ｃ＋＋程序设计教程ｆＭ】 二版．北京：高等教育 ｉｄ＝４４＆ｓｅａｒｃｈ＝ＭＯＳＳ 出版社．２００７：１８７—１９０． ［６］ｈｔｔｐ：／／ｓｕｎｎｅｒ．ｃｎ／ｌｅｃｔｕｒｅｓ／ 一１５９—