工程教育專業(yè)的程序設(shè)計課程改革

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摘要：分析計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（C++）課程的教學(xué)實際，基于“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念，結(jié)合工程教育專業(yè)認證的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，介紹課程教學(xué)改革過程，從重構(gòu)課程體系、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、改進課堂教學(xué)方法、加強實踐教學(xué)方面提出具體實施措施。

關(guān)鍵詞：畢業(yè)要求；復(fù)雜工程問題；課程體系；實踐環(huán)節(jié)

1課程教學(xué)中存在的主要問題

目前,高校計算機專業(yè)的面向?qū)ο?a href="http://www.baojiexiang.com/lunwen/gcjylw/125460.html" target="_blank">程序設(shè)計課程的教學(xué)中存在著諸多問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。（1）教學(xué)內(nèi)容上C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的前導(dǎo)課程是C語言程序設(shè)計，兩門課程的教學(xué)內(nèi)容沒有有效地進行銜接。導(dǎo)致有些學(xué)生由于C語言基礎(chǔ)較差，特別是對函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體等內(nèi)容理解不夠清晰透徹，而對C++的學(xué)習(xí)造成了一些障礙。另外，學(xué)生在學(xué)習(xí)C++時，容易受C語言面向過程編程模式的影響，很難轉(zhuǎn)變到用面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ饺ソ鉀Q問題。面向?qū)ο蟮幕靖拍钍恰胺庋b”和“類”，需要學(xué)生能夠針對實際生活中的各類對象，對其特征進行數(shù)據(jù)抽象和功能抽象，而學(xué)生的思維停留在面向過程的程序設(shè)計思維方式上，無法很好地理解類的抽象、對象和類的關(guān)系等。（2）傳統(tǒng)的教學(xué)方法不利于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握相關(guān)知識。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以語法為核心，教材設(shè)計的例題多半也是為了鞏固相關(guān)的語法，很少有實際應(yīng)用相關(guān)的例子，不利于學(xué)生運用面向?qū)ο蟮乃季S方式理解和解決問題。（3）課程實驗效果較差。實驗內(nèi)容的設(shè)計針對性和實用性不強，實驗以驗證型實驗為主，不能有效地激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新意識。

2基于工程教育專業(yè)認證的課程改革實施

2.1重構(gòu)課程體系

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程改革的第一步，就是根據(jù)工程教育專業(yè)認證要求下新的培養(yǎng)目標優(yōu)化課程體系，調(diào)整各門課程的教學(xué)內(nèi)容。課程組將原有的程序設(shè)計基礎(chǔ)能力培養(yǎng)相關(guān)的課程整合為計算機科學(xué)與編程導(dǎo)論、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3門課程，這3門課程在內(nèi)容上緊密銜接。計算機科學(xué)與編程導(dǎo)論的課程內(nèi)容側(cè)重計算機科學(xué)與編程方面的專業(yè)基礎(chǔ)知識，并且能夠應(yīng)用C語言編寫程序，具有基本的編寫和調(diào)試程序的能力，同時掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，初步具備應(yīng)用高級語言設(shè)計程序以解決實際問題的能力。計算機科學(xué)與編程導(dǎo)論以順序表的實現(xiàn)作為課程內(nèi)容的綜合性小結(jié)。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計側(cè)重“面向?qū)ο蟆钡幕靖拍詈退季S方式，以及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的開發(fā)方法和技術(shù),語言采用C++。在具體教學(xué)內(nèi)容上以順序表的C語言實現(xiàn)為基礎(chǔ)，引入抽象、類的封裝、數(shù)據(jù)屬性、成員函數(shù)等概念，重新對順序表進行封裝，實現(xiàn)一個順序表類。由于學(xué)生對順序表的基本功能在上一門課程中已經(jīng)熟悉并實現(xiàn)，所以在這門課程中只需側(cè)重于面向?qū)ο笙嚓P(guān)的概念和實現(xiàn)即可。然后引導(dǎo)學(xué)生思考順序表在實際應(yīng)用中的局限性，從而引入動態(tài)數(shù)組、模板、繼承與多態(tài)等內(nèi)容，并以鏈表類模板及基于該模板的棧、隊列的實現(xiàn)作為課程內(nèi)容的綜合性小結(jié)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，再進一步介紹樹、圖等結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，并能夠針對實際問題選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計出結(jié)構(gòu)清晰、正確易讀、復(fù)雜性較優(yōu)的算法。這樣，在3門課程學(xué)完后，學(xué)生就能夠運用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的方法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識求解實際中的工程應(yīng)用問題。在此基礎(chǔ)上，通過相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)課學(xué)習(xí)，能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識用于解決計算機領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，從而達到本專業(yè)制定的畢業(yè)要求。

2.2優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)內(nèi)容是課程教學(xué)大綱的主體部分，而課程教學(xué)大綱又是指導(dǎo)課程教學(xué)的綱領(lǐng)性文件。根據(jù)工程教育專業(yè)認證的要求，課程教學(xué)大綱明確指出課程教學(xué)目標要對專業(yè)認證中哪些畢業(yè)要求項提供支撐。因此，按照學(xué)院制定的專業(yè)認證畢業(yè)要求，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的課程組結(jié)合本專業(yè)教學(xué)實際對各章節(jié)知識點的重要程度進行了多次討論，將對各項畢業(yè)要求的支撐細分到每一章節(jié)，同時給出每一章節(jié)知識點的掌握程度和相應(yīng)的教學(xué)手段，進一步明確課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求。以湖北工業(yè)大學(xué)為例，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程支撐的畢業(yè)要求有4個：①具備扎實的計算機工程基礎(chǔ)知識，了解通過計算機解決復(fù)雜工程問題的基本方法并遵循復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的工程化基本要求；②能夠根據(jù)給出的實際工程案例提出問題及分析問題；③在充分理解計算機軟硬件及系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠設(shè)計針對計算機領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計或開發(fā)滿足特定需求和約束條件的軟硬件系統(tǒng)模塊或算法流程，并能夠進行模塊和系統(tǒng)級優(yōu)化；④能夠在計算機領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的預(yù)測、建模、模擬或解決過程中，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、軟硬件及系統(tǒng)資源、現(xiàn)代工程研發(fā)工具，提高解決復(fù)雜工程問題的能力和效率。

2.3改進教學(xué)方法

課堂教學(xué)不再以教師為中心，針對不同的教學(xué)內(nèi)容可以采用不同的教學(xué)方法，如案例式、問題驅(qū)動式等。例如，在講解面向?qū)ο笞罨A(chǔ)的概念“類的封裝”時，以日常生活中的各種時鐘對象為案例[1]，讓學(xué)生思考各種不同外觀的時鐘具有哪些共同的、必需的數(shù)據(jù)，以及需要完成哪些基本的功能。當學(xué)生歸納出基本的數(shù)據(jù)和功能后，讓學(xué)生體會類的封裝的實質(zhì)，然后結(jié)合C++的語法講解類的具體實現(xiàn)。當時鐘類實現(xiàn)后，可以在應(yīng)用程序中創(chuàng)建該類的一個對象，然后像日常生活中的時鐘一樣顯示具體的時間信息。通過這個案例教學(xué)，學(xué)生可以結(jié)合實際生活中最常見的例子體會抽象、封裝、類、對象、實例化等面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本概念。然而，在課堂中,案例教學(xué)并不適用于所有的教學(xué)內(nèi)容。有些教學(xué)內(nèi)容，如果案例較小，學(xué)生會認為案例不實用，因而沒有興趣思考和完成。如果案例過大,涉及的知識和技術(shù)過多，教學(xué)內(nèi)容的重點就不突出。這種情況可以考慮問題驅(qū)動式教學(xué)方式。具體實施時，學(xué)生按照老師預(yù)先給出的學(xué)習(xí)的內(nèi)容以及相關(guān)的參考書籍和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源進行自主學(xué)習(xí)[2]。在學(xué)習(xí)過程中如果遇到困難，建議首先采用網(wǎng)上搜索和同學(xué)之間相互討論交流來解決問題。如果還有無法解決的問題，可以通過QQ等方式與教師討論交流，教師在解決個別問題的同時也可以掌握學(xué)生的難點問題，在課堂教學(xué)時即可有針對性地突出重點難點。采用這種教學(xué)方式，學(xué)生通過課前的知識學(xué)習(xí)和討論，在課堂上就能夠更好地帶著重點和難點聽講，并能夠跟隨老師的節(jié)奏互動和提出問題，而在解決問題過程中與同學(xué)和老師的討論交流，可以讓學(xué)生體驗自主學(xué)習(xí)的樂趣，更能激發(fā)不同學(xué)生個體的學(xué)習(xí)興趣和成就感，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性，同時還可以培養(yǎng)交流能力和表達能力。

2.4加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

按照工程教育專業(yè)認證的要求，實踐教學(xué)的目的不僅僅是驗證已知的理論，訓(xùn)練基本實驗技能，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生具有實踐動手能力，以及根據(jù)所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題的能力。目前面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)仍采用兩種方式：上機實驗和課程設(shè)計。但是實踐內(nèi)容已進行了改革，在不同層次上培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。上機實驗分成驗證型和設(shè)計型實驗。驗證型實驗強調(diào)學(xué)生編寫測試程序、調(diào)試程序的能力。在此基礎(chǔ)上完成設(shè)計型實驗，該類型的實驗以實際項目基礎(chǔ)部分的實現(xiàn)作為實驗內(nèi)容。最后，將設(shè)計型的實驗項目擴展成課程設(shè)計，實踐內(nèi)容的復(fù)雜性和綜合性逐步遞增，不斷提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。仍以“繼承與多態(tài)”章節(jié)對應(yīng)的實驗為例，驗證型實驗要求學(xué)生測試教材上的雇員“Employee”類的例子[3]，并給出不同的數(shù)據(jù)完成調(diào)試，理解繼承與多態(tài)的基本概念和實現(xiàn)。設(shè)計型實驗的題目則是參考這個例子，實現(xiàn)一個人員基類，包括屬性姓名、性別、年齡，再由該基類派生出教師類和學(xué)生類，教師類增加工號、職稱和工資，學(xué)生類增加學(xué)號、年級、專業(yè)和入學(xué)成績。要求完成應(yīng)用程序，利用vector存放一組“人員”類指針，并根據(jù)人員類型的不同顯示不同的內(nèi)容，如教師除了顯示姓名、性別和年齡外，還要顯示工號、職稱和工資，學(xué)生則除了顯示姓名、性別和年齡外，還要顯示年級、專業(yè)和入學(xué)成績。以此實驗的完成為基礎(chǔ)，學(xué)生可以將其擴展成一個人員管理信息系統(tǒng)，并作為課程設(shè)計的內(nèi)容。為了彌補實驗教學(xué)學(xué)時的不足,進一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、團結(jié)合作和創(chuàng)新的能力,本課程也開設(shè)了課程設(shè)計。通過課程設(shè)計可以使學(xué)生加深理解所學(xué)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的相關(guān)知識,并培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。針對不同學(xué)生的興趣，課程設(shè)計的題目分成三大類：管理信息系統(tǒng)類、應(yīng)用類和游戲類[4]。

3結(jié)語

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)中非常重要,近3年進行的教學(xué)改革，將案例教學(xué)、問題驅(qū)動式教學(xué)方法付諸實施，同時擴展了課程設(shè)計選題所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域。這些措施有利于學(xué)生理解和掌握面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，也有利于提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。以課程目標達成度為例，2017級計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的成績，相對2016級的學(xué)生而言，對應(yīng)4個畢業(yè)要求的課程目標的指標點達成度平均提升0.1。

參考文獻：

[1]蒂芬•普拉達.C++PrimerPlus中文版[M].6版.張海龍,袁國忠,譯.北京:人民郵電出版社,2012.

[2]王開麗.基于學(xué)習(xí)結(jié)果（OBE）的工程教育模式在Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù),2018,14(13):93-94.

[3]王立柱.C/C++與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].4版.北京:清華大學(xué)出版社,2016.

[4]付百文.強化案例教學(xué)的程序設(shè)計類課程體系改革[J].計算機教育,2015(16):40-43

作者：林姍 江南 劉偉 單位：湖北工業(yè)大學(xué)