基于項目的實驗課程改革探索與實踐

摘要：本文首先提出了一種“案例型”計算機(jī)實驗教學(xué)改革方案，即通過一個項目來統(tǒng)領(lǐng)和組織一門課的實驗內(nèi)容，讓學(xué)生在項目中既掌握技術(shù)技能又掌握工程素養(yǎng)，同時鼓勵學(xué)生創(chuàng)新。本文還詳細(xì)討論了在“嵌入式系統(tǒng)實驗”課程中實施案例型實驗的具體做法和經(jīng)驗得失。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；課程改革；實驗；學(xué)生項目

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5913(2008)02-0030-04

1引言

1.1企業(yè)需求與學(xué)生能力的矛盾

近年來，國內(nèi)的教育事業(yè)得到了飛速的發(fā)展。據(jù)國家教育部統(tǒng)計，截止至2006年，中國高校的在校生人數(shù)已經(jīng)突破了2300萬。2006年一年，中國高校畢業(yè)生人數(shù)為413萬，其中有17萬以上為計算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生。但是我們也不得不承認(rèn)，高校計算機(jī)畢業(yè)生數(shù)量的增加并沒有很好的為國內(nèi)蓬勃發(fā)展的軟件產(chǎn)業(yè)輸送大量的高素質(zhì)人才。很多軟件企業(yè)在招聘的時候依然在抱怨畢業(yè)生中人才難求。甚至很多企業(yè)都要在畢業(yè)生進(jìn)入實際工作崗位之前實行“再教育”，這無疑又為企業(yè)增加了不必要的開支。因此，計算機(jī)軟件復(fù)合人才的缺乏依然是國內(nèi)計算機(jī)軟件產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

在與多家大型軟件公司和跨國軟件企業(yè)的溝通與交流中，我們發(fā)現(xiàn)對于大多數(shù)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識和技術(shù)技能都基本可以滿足需求，學(xué)生無法滿足企業(yè)的用人需求的地方往往是兩個環(huán)節(jié)：軟件工程素養(yǎng)和實踐創(chuàng)新能力。軟件工程素養(yǎng)的缺乏表現(xiàn)在學(xué)生難以用工程的觀點去參與項目開發(fā)、難以在項目中與合作人有效的溝通和合作、難以對項目的規(guī)劃、進(jìn)度、分析、設(shè)計等流程有良好的認(rèn)識、對常用的軟件工程管理工具不熟悉等。實踐創(chuàng)新能力的缺乏表現(xiàn)為學(xué)生難以用創(chuàng)造性思維解決問題，難以突破傳統(tǒng)的思維模式尋求創(chuàng)新思路。

針對問題反思計算機(jī)教學(xué)，我們認(rèn)為解決問題可以從專業(yè)技術(shù)課配套的實驗課程入手。通過全面改革實驗課程的授課思路、內(nèi)容和方式，來鍛煉學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

1.2目前實驗課程的問題

目前高校中的計算機(jī)實驗普遍為單一的“驗證型”實驗。所謂“驗證型”實驗即通過一次實驗，驗證一個某個教學(xué)的知識點或者某個已知的系統(tǒng)功能的正確性。驗證型實驗的典型設(shè)置是把一個學(xué)期的實驗分為多個實驗，每一個實驗課有一個唯一的實驗?zāi)繕?biāo)與結(jié)果。

讓我們以某嵌入式系統(tǒng)課程的實驗方案為例，配套的實驗方案可能會這樣安排：實驗一：串口讀寫實驗。實驗二：LED輸出實驗。實驗三、DMA操作……等等。

我們承認(rèn)，“驗證型”實驗對于學(xué)生更好的理解課堂知識點和掌握必要的技術(shù)技能是有幫助的。但是仔細(xì)推敲不難發(fā)現(xiàn)，“驗證型”實驗存在如下幾點“軟肋”：

首先，驗證型實驗的一個實驗與另外一個實驗彼此的耦合性和聯(lián)系性并不是很強(qiáng)，往往它們之間都是孤立的。這就導(dǎo)致一個比較嚴(yán)重的問題，學(xué)生在做完一個學(xué)期的實驗之后，對于具體的知識點有了一定程度的掌握，但是依然不知道如何去搭建一個完整可用的嵌入式系統(tǒng)。也就是說，孤立的驗證型實驗會導(dǎo)致“只見樹木，不見森林”的窘境。

其次，驗證型實驗的實驗結(jié)果往往是一個既定的事實。學(xué)生按照實驗步驟去做，結(jié)果只有唯一的一個，如果結(jié)果與預(yù)期不一致，就意味著學(xué)生的實驗過程有誤。這種“只許成功不許失敗”的實驗設(shè)置對培養(yǎng)學(xué)生的主動創(chuàng)新能力不但沒有益處，往往會扼殺學(xué)生的興趣與主觀能動性。由于實驗的結(jié)果是唯一的，沒有差異性。所以很容易導(dǎo)致學(xué)生互相抄襲實驗報告的情況。

再次，孤立的實驗也很難保證實驗的系統(tǒng)性。因此，我們覺得工程類課程的配套實驗改革勢在必行。

2基于項目的實驗教學(xué)

2.1整體思路

對于計算機(jī)類課程的改革探索，我們認(rèn)為需要從如下四個方面入手：

第一，對于實驗內(nèi)容應(yīng)該由傳統(tǒng)的“單元式”向“項目式”過渡。即把整個學(xué)期的實驗課程通過一個項目來組織。在一個學(xué)期的實驗課程中，學(xué)生通過完成一個項目，來達(dá)到掌握技術(shù)技能的目的。

第二，對于實驗類型應(yīng)該由傳統(tǒng)的“驗證型”向“創(chuàng)新型”過渡。在項目的選題和內(nèi)容方面，充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，通過自己的創(chuàng)新思維，在項目中解決現(xiàn)實生活中的問題。

第三，對于實驗主體應(yīng)該由傳統(tǒng)的“教師講”向“學(xué)生做”過渡。在實驗過程中，老師的講解退居次位，主要的時間留給學(xué)生動手做。

第四，對于實驗?zāi)康膽?yīng)該由傳統(tǒng)的“掌握技術(shù)”向“積累工程經(jīng)驗”過渡。通過項目組織整個實驗的同時，需要在項目的過程中貫穿軟件工程的思想。例如借助于軟件工程管理工具進(jìn)行進(jìn)度管理、代碼管理、缺陷管理等。讓學(xué)生在項目中不但可以掌握具體工程技術(shù)，還可以積累工程素養(yǎng)。

2.2具體做法

按照上述的思路，整個實驗設(shè)計在一個學(xué)期內(nèi)完成，分為若干個階段：

第一階段是前期準(zhǔn)備工作（2~3周）。在這個階段中，教師會指導(dǎo)學(xué)生明確實驗意圖、了解實驗內(nèi)容、熟悉實驗平臺。其中包括指導(dǎo)學(xué)生閱讀相應(yīng)的設(shè)備規(guī)范、指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項目分組等前期工作。

第二階段是項目策劃與啟動階段（2~4周）。在這個階段中，學(xué)生被分成若干個小組，每個小組確定小組成員與角色分工，然后決定每個小組的實驗案例題目。接下來，學(xué)生可以根據(jù)實驗指導(dǎo)材料要求，完成項目的初步分析、設(shè)計等相關(guān)計劃文檔。

第三階段是項目的實施階段（6~8周）。在這個階段中，學(xué)生需要根據(jù)實驗指導(dǎo)材料，完成實驗項目的整個流程。包括開發(fā)環(huán)境搭建、編碼、測試、項目管理等。

第四階段是項目的完工階段（2~3周）。在這個階段中，學(xué)生需要發(fā)布最終的實驗結(jié)果。同時，完成項目展示和公開答辯。

在項目的每個階段開始，教師都會根據(jù)每個階段的不同要求，向?qū)W生介紹本階段需要完成的任務(wù)；在項目每個階段結(jié)束，教師都會對學(xué)生本階段的工作進(jìn)行評估。只有前一個階段合格才可以進(jìn)入下一個階段，如果不合格需要盡一步修訂。最后的課程分?jǐn)?shù)將是每一個階段評估結(jié)果的綜合。在階段評估的時候不僅要考核嵌入式系統(tǒng)知識的熟練運用，而且要考核軟件工程管理的規(guī)范性。

3在“嵌入式系統(tǒng)實驗”課程中的實踐

3.1實踐情況

“嵌入式系統(tǒng)實驗”是同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院“嵌入式軟件開發(fā)導(dǎo)論”課程的配套實驗課程。2個學(xué)分，36個學(xué)時，從2004年起對軟件工程和計算機(jī)專業(yè)本科生和研究生開放選課。在2004~2005年，我們也采用的是“驗證型”實驗。從2006年起，我們在這門實驗課中首先進(jìn)行改革，引入了基于案例的實驗教學(xué)。

在一個學(xué)期中，我們的課時安排如表1所示。每次上課教師負(fù)責(zé)把需要做的事情做簡單介紹，主要的時間交給學(xué)生動手做。

同時，我們拋棄了傳統(tǒng)的實驗報告，取而代之為項目的各種文檔、會議記錄以及軟工工具中的數(shù)據(jù)，這樣，不同的小組之間的文檔差異性明顯。不但可以杜絕抄襲，而且文檔的結(jié)果是不唯一的，從成功和失敗兩方面都可以獲取經(jīng)驗。

同時，在實驗項目的過程中，我們引導(dǎo)學(xué)生使用多種軟件工程管理工具，讓學(xué)生通過工具的使用，來提高自身的軟件工程素養(yǎng)。整個學(xué)期中用到的軟工工具如表2所示。

3.2經(jīng)驗得失

在2006~2007學(xué)年一個學(xué)期的實踐當(dāng)中，有經(jīng)驗也有不足。引入基于案例的實驗之后，指導(dǎo)老師的工作量更大了，要求也更高了。老師要參與各種評審：報題、進(jìn)度、文檔、報告等等，同時還要解決各種技術(shù)問題，并要組織和管理多個學(xué)生項目。對學(xué)生而言，最大的反饋是可以體會到一個完整的嵌入式項目流程，并且可以掌握許多業(yè)界廣泛使用的軟件工程管理工具，這對于他們將來的實習(xí)和就業(yè)都大有好處。

實踐中主要存在的問題是一個項目不太可能百分之百覆蓋課堂教學(xué)的知識點，因此課程知識點的覆蓋率比較難以統(tǒng)計。其次，一周一次課，時間分散，導(dǎo)致項目連續(xù)性并不好，也造成了難以管理的問題。對于第二點，如果可以把整個實驗放在暑假實訓(xùn)學(xué)期中集中完成，可能效果會有所改觀。

4結(jié)束語

本文提出了一種基于項目的高校計算機(jī)類實驗課程改革方案，并介紹了我們在課程中的一些實踐的經(jīng)驗總結(jié)。下一步我們籌劃能夠在總結(jié)目前經(jīng)驗教訓(xùn)的同時，進(jìn)一步提煉可以通用的內(nèi)容，把基于項目的實驗改革思路推廣到更多適用的工科課程中去。為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和就業(yè)競爭力做更大的貢獻(xiàn)。

收稿日期：2007-10

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