計算機程序設計課程實驗教學新模式探討

莊景明

摘要：本文針對計算機程序設計課程實驗教學的現狀，分析了現行實驗教學中存在的各種問題，提出了強化基礎、嚴格考核、規范設計、鼓勵創新的實驗教學觀點，并按基礎、設計、創新三個實驗層次制定了相應的實驗教學模式。新模式的開展將極大地提高實驗教學的效果，有利于高素質人才的培養。

關鍵詞：程序設計；實驗教學；課程；教學模式

中圖分類號：G642文獻標識碼：B文章編號：1672—5913(2009)04—0018—03

實驗教學是計算機程序設計課程教學的一個重要組成部分，教學質量的好壞直接影響計算機專業學生的實踐能力和今后的發展潛力，在今天這個計算機技術高速發展、應用日益廣泛的時代，只有不斷完善實驗教學模式，采用新的教學方法與手段，才能提高教學質量，使學生真正掌握計算機應用技術，成為適應社會發展需要的計算機專業人才。

我院把培養高素質的計算機軟件應用人才作為主要工作目標，因而計算機程序設計課程實驗教學改革就顯得尤其重要，只有探索出好的實驗教學模式才能不斷提高教學質量。

1程序設計課程實驗教學現狀分析

在我校計算機科學技術專業的教學計劃中，主要有C語言程序設計、面向對象程序設計、數據結構與算法、Visual Basic程序設計、Web程序設計、數據庫系統、Java程序設計、管理信息系統分析與設計等課程，教學課時主要在54-72節之間，實驗教學課時約占四分之一，另外還有若干門課程設計課程，如數據結構課程設計，數據庫課程設計、管理信息系統課程設計等，教學與實驗時間為兩周。每門課都編制了相應的課程標準和實驗教學標準，也有相應的實驗教學計劃，在以往的教學中取得了一定的教學效果，但由于計算機技術發展迅速，應用領域十分廣泛，各行各業對計算機專業畢業生的要求也越來越高，自然對學校的教學質量也要求更高。經過對程序設計課程實驗教學的各個環節進行分析與比較，發現目前的實驗教學工作中主要存在以下幾方面問題：

(1)程序設計課程有將近十門，但缺乏一個實驗教學總體規劃。所有實驗教學都是圍繞本門課程進行，沒有將實驗教學總體目標分解到各門課程的實驗教學之中，造成實驗教學的教學計劃和課程設置體系固化，主要以單科性、驗證性實驗為主，以軟件課程的實驗為例，如C語言與c++之間有的實驗內容重疊、而JAVA與數據庫等課程之間的實驗又沒有任何關聯，這樣的實驗教學只強調了本課程的系統性、完整性，忽視了整體培養目標。

(2)實驗教學在實施過程中存在諸多不足之處。首先在實驗內容上由于計算機專業教材建設相對滯后，而實驗教學是總是圍繞實驗教材進行的，實驗項目都是針對理論教學而設計的，校園內的軟件實驗平臺也無法及時更新，這就造成了實驗內容相對落后；其次在教學形式上采用教師規定實驗項目，學生按課前預習、課堂實驗、課后編寫實驗報告，教師批改報告并評定成績這幾個環節進行的，這種形式有一定的優點，但對程序設計課程實驗教學而言也有一定的缺陷，主要表現在計算機軟件的開發包括需求分析、系統設計、算法設計、編程實現、調試修改、功能測試等環節，在幾節課堂實驗中難以完成，學生提交的實驗報告無法全面反映所做的實驗工作，取得的實驗效果，教師只憑實驗報告評定成績有失真實，也無法真正了解學生的學習情況。

(3)在系統完整性和創新性方面力度不足。雖然目前的實驗教學會有應用軟件系統的設計與實現實驗項目，但是考慮到學生的實踐經驗、實驗課時和實驗條件等因素的限制，安排的題目都較簡單，要求也較少，實現的過程也沒嚴格按軟件設計流程進行，只要求學生能實現軟件的大部分功能就行，使得實驗作品離實際應用還有一段距離。另一方面，由于實驗項目是由任課教師事先指定，要達到的實驗目標也是事先設定的，時間上又要求學生需在課堂中完成，這樣極大地限制了學生創新能力的發揮，阻礙了學生的成長。

2程序設計課程實驗教學改革探索

實驗教學改革就是要通過設計一套新的實驗教學模式，解決現階段計算機程序設計課程實驗教學中存在的不足，提高實驗教學質量，達到培養基礎理論知識扎實，分析解決問題的能力和主動獲取知識的能力強，以及綜合應用能力和創新意識強的高質量的人才的目的。

2.1程序設計課程實驗教學目標

目前計算機科學技術專業(軟件工程方向、應用技術方向)人才培養目標是培養適應社會主義現代化建設需要，德、智、體、美全面發展，具有良好的科學素養和職業道德，系統地、較好地掌握計算機與軟件工程的基本理論、基本知識和基本技能，工程實踐能力強，富有開拓創新和團隊協作意識，能從事應用軟件系統分析、設計、開發、應用、管理與維護的技術應用型高級專門人才。從中可以看出，這個培養目標包括三個專業素質方向的要求：一是掌握計算機科學的基本知識和技能；二是具備進行軟件系統分析、設計的能力；三是具有創新能力，能夠在專業應用上有所創新。根據專業培養目標和程序設計課程特點，可確定程序設計設計課程的教學目標為：一是掌握相關課程的基本知識與基本技能，達到熟練應用專業知識和專業技能的要求；二是掌握軟件設計與開發技術，能夠按軟件工程的要求開發具有實用價值的軟件系統；三是培養學生的創新能力。

2.2程序設計課程實驗教學模式

根據程序設計課程教學目標，可以把程序設計課程實驗教學分為三個層次，一是基礎性課程實驗，二是軟件設計性實驗，三是綜合應用與創新性實踐。在教學過程中，按照“強化基礎，嚴格考核，規范軟件設計，鼓勵創新發展”這種指導思想開展實驗教學工作。

2.2.1基礎性實驗教學

計算機專業基礎課程主要包括：C程序設計、數據結構與算法、面向對象程序設計等核心課程，這幾門課程是計算機課程體系中最基本、但也是分量最重的課程。實驗教學要十分強調學生的程序設計基本功訓練。因而實驗教學中，要通過多層次的編程訓練和編程上機考試，并將日常教學過程與考核相結合，強化實踐，促進自主學習。為了達到這個目標，只靠課堂實驗是遠遠不夠的，一種有效的方法就是利用互聯網的便利，構造一個基于web的實驗教學系統，通過本系統教師可以安排實驗項目，學生可以完成實驗，這樣就實現了師生的隨時互動。在線實驗系統主要包括以下幾個功能模塊：學習模塊、實驗模塊、考試模塊、教師工作模塊。學習模塊是為學生提供實驗課程主要知識的自學功能，如計算機語言的程序結構、語句、函數、數據類型、編程方法與技巧、常用算法等方面的知識。實驗模塊為學生提供各種實驗項目，學生在自己的機器上完成相關實驗后，可在線提交程序清單、實驗數據和實驗報告，實驗項目可分為教學實驗項目、自選實驗項目、綜合性實驗項目，教學實驗是本課程教學計劃規定必須完成的項目，自選實驗和綜合實驗是為了加強學生編程訓練的

項目，可要求學生盡可能地多做此類實驗，以達到固本強基的效果。考試模塊提供學生在線實驗考核功能，要求學生在規定時間內完成考試題目的編程、調試、運行等工作，向系統提交程序清單和運行結果。教師工作模塊則為教師提供編寫學習資料、編寫實驗項目、編寫考試題目、批改實驗報告、評定考試成績等功能，教師通過此模塊可完成與實驗教學有關的各項工作。有了在線實驗教學系統，實驗教學就不在受時間和空間的限制，實驗可隨時進行，因而可大大提高實驗的效果。系統在設計時采用用戶層、應用層和資源管理層三層模式，體系結構圖如圖1所示：

2.2.2軟件設計實驗教學

軟件設計類課程有Visual Basic程序設計、Web程序設計、數據庫系統、Java程序設計、管理信息系統分析與設計等課程，學習這類課程的根本目的就是要學生能自主開發各類應用軟件系統，為各行各業的生產實踐服務。注重實用性軟件的開發設計是此類課程實驗教學的重點，實驗教學分為兩個層次，一是以個人為主的課堂實驗，根據課程的教學進度依次安排，主要是掌握編程語言與軟件開發平臺的使用。二是以小團隊為主的課外實驗，主要是進行應用軟件系統的開發設計。這類實驗包括對項目的需求分析、概要設計、詳細設計、編碼實現、軟件測試、使用與維護等眾多環節，因而在具體實施過程中應按由簡到繁、由易到難的漸進原則進行，先安排一些簡單的應用軟件讓學生開發出來，如學生熟悉的學籍管理系統，校園網站等諸如此類的項目，讓學生先掌握應用軟件的開發流程與開發技術，再安排實用性強、要求高的應用項目，如有關數據庫綜合應用的各種基于Web的MIS系統，基于C/S結構的其它應用軟件等，可由學生自由組合成開發小團隊，進行合理分工，共同完成軟件系統的開發，教師在此過程中進行適當的技術指導，并要求學生嚴格按照軟件開發流程進行工作，每一階段都要求寫出規范的分析報告或設計文檔，這種方式可以使學生在實踐中得到全面的軟件開發訓練，為進入IT領域從業打下堅實的基礎。

下面以“數據庫系統原理與應用”這門課為例說明我系軟件設計實驗教學的各環節。本課程在第五學期開設，總課時為72節，其中實驗教學為18節，實驗內容是根據課堂教學的進度來確定的，要求學生在2節課的上機實驗中單獨完成。這一層次的課堂實驗可分為三個階段：一是前期準備階段的實驗，如數據庫系統設計、關系數據模型的設計等，要求學生掌握數據庫設計的基本技術與設計步驟、掌握數據的概念模型的表示方法及向關系數據模型轉換的規則等知識。二是基本操作階段的實驗，如數據庫的定義、數據庫的建立與維護、數據庫的簡單查詢、數據庫的組合查詢和統計查詢、數據庫的視圖和圖表的定義與使用、數據完整性與安全性實驗等，主要是圍繞有關數據庫定義、數據操縱和數據控制功能設置的，要求學生結合書本知識獨立完成。三是技術提高階段的實驗，如數據庫備份和恢復實驗、SQL SERVER的其它功能應用實驗等，主要是為學生提供一個研究和自我提高的空間，學生可根據實際能力進行實驗。第二層次的實驗教學分為兩個階段：一是在第六學期安排了為期兩周的數據庫課程設計，數據庫課程設計是在學生系統的學習了數據庫原理課程后，按照關系型數據庫的基本原理，綜合運用所學的知識，以小組為單位，設計開發一個小型的數據庫管理系統。通過對一個實際問題的分析、設計與實現，將原理與應用相結合，使學生學會如何把書本上學到的知識用于解決實際問題，培養學生的動手能力；另一方面，使學生能深入理解和靈活掌握教學內容。總體設計要求是以三至四人為一個小組，小組成員既要有相互合作的精神，又要分工明確。每個學生都必須充分了解整個設計的全過程，從開始的系統需求分析到最后的軟件測試，都要有詳細的計劃，設計文檔應按照軟件工程的要求書寫。要求系統中的數據表設計應合理、高效，盡量減少數據冗余。題目如學生學籍管理數據庫系統、學校圖書管理數據庫系統、校園超市管理數據庫系統等。第二階段是在專業見習時期，學生可根據自己的特長和見習單位的需要，開發設計具有實用價值的數據庫管理系統，如物流公司的物流管理系統等，這時可將數據庫系統開發工具與前臺軟件開發工具結合起來，如ASP.NET+SQL2005，開發出軟件界面友好、安全性高的實用軟件系統。

2.2.3綜合應用與創新性實踐

學生進入高年級后，經過一、二年級的基礎學習和訓練，已具備較強的學習能力和軟件開發能力，此時應鼓勵他們積極參加各種綜合應用性的軟件設計與開發工作，如參與學校教師的軟件開發與研究的科研項目，承擔其中的部分工作，也可到有關軟件開發公司進行專業實踐，多參與公司的軟件開發工作，以此來提高實踐能力，還可由學生自己組成團隊，在專業教師的指導下，承接有關單位的軟件項目，進行實戰訓練。

學生創新能力的培養是十分重要的，學校要鼓勵和組織學習成績優秀、實踐能力強的學生積極參加高校間的專業競賽，如廣東省大學生“挑戰者杯”軟件設計大賽，廣東省大學生程序設計大賽等。學科比賽和科技競賽是體現學生學習能力和檢驗知識應用能力的重要手段。許多比賽同時還是培養、展示學生創新意識、創造能力和創業精神的重要平臺。組織比賽隊伍進行培訓、參賽，一方面可以讓參賽隊員的創新能力得到發展，另一方面還可起到示范作用，讓更多的同學受到鼓舞，參與到創新實踐中來。

3結束語

計算機程序設計課程實驗教學是培養計算機軟件人才中的重要環節。本文針對目前實驗教學中存在的不足，提出了新的實驗教學方式與方法，即將實驗分為基礎、設計與創新三個層次，然后按照“強化基礎，嚴格考核，規范軟件設計，鼓勵創新發展”的指導思想開展實驗教學工作，這種實驗教學的新模式有助于全面提高實驗教學質量。