軟件工程專業程序設計基礎課程教學的研究

李長榮　吳　迪

摘要:程序設計基礎是軟件工程專業的一門重要的專業基礎課程。為提升教學和實踐質量,本文從課堂教學、實踐教學等方面展開討論,介紹了一些成功的經驗,最后提出了應進一步探究的問題。

關鍵詞:軟件工程;程序設計;課堂教學;實踐

中圖分類號: G642文獻標識碼:A

1緒論

程序設計基礎是軟件工程專業學生必修的一門很重要的專業基礎課程,如何讓學生較好地掌握程序設計的思路和方法,尤其是面向對象的比較抽象的分析方法和編程技術,是程序設計課程必須解決的問題。

筆者結合多年來從事程序設計教學的經驗與體會,對軟件工程專業的程序設計基礎課程教學方式和方法做了一定程度的研究,在安排教學進程、課堂教學和實踐教學中進行了實驗探索,以求推動教學改革,提高教學質量。

2合理安排教學進程

程序設計基礎這門課程從知識體系來講,包括結構化程序設計、面向對象程序設計和算法三大塊。這些內容如果全部講授完成需要一百多個課時,但考慮到課程安排、教學資源等因素該課程的課時縮減到56學時,在有限的學時內,如何在完成教學內容的同時又保證教學質量成為教師棘手的問題。

針對程序設計基礎課程內容多的特性,第一學期開設了計算機導論和C語言等先修課程,第二學期開設的程序設計基礎課程的重點是面向對象編程和邏輯思維的培養,第三學期的后續課程安排了數據結構與算法(C++語言描述),這樣學生們能在掌握編程基礎的情況下集中學習數據結構和算法的設計與實現。這樣,課程體系連貫性較強,每門課程也能突出自己的重點內容,程序設計基礎課程也能在有限的時間內實現最理想的教學效果。學生們經過由淺入深、逐層遞進的學習,既能保持學習興趣,又為下門課程的學習打下堅實的基礎。

為了增強學生學習的興趣,程序設計基礎課程教學內容上還增加了6學時的可視化編程初步知識,引導學生更好地掌握一到二種集成開發環境的使用,激發學生課余時間學習的熱情。但界面設計內容不宜過多,以免分散學生們對程序設計的注意力。

3課堂教學

針對齊齊哈爾大學軟件工程專業學生們的特點,在課堂教學中,我們采用以下創新的教學模式,培養學生認知能力和創新能力。

3.1學生們自由發揮模式

傳統課堂經常出現教師滿堂灌,聽話的學生被動記筆記,不聽話的學生睡覺、聊天的現象。為了讓學生們在教學中處于中心地位,主動積極的吸收知識,筆者通過精心備課,充分準備問題。首先,在第一課時,主要講解編程原理和方法,通過啟發式提問的方式,引導學生積極參與到課堂中來;第二課時,講解案例源碼,引導學生分組討論源碼的實現方法和改進方案,然后,給學生們自由提問和表達思想的時間,教師最后予以點評和總結。

這種教學模式要求教師首先記住所有學生們的姓名和聽課習慣,這樣才能因材施教。然后教師需要精心準備教學內容,并有能力對課堂上的突發情況予以處理,因為學生們理解問題的角度可能和教師不同,自由提問和表述,容易打亂教師的正常教學思維。最后教師要對學生們錯誤的觀點予以改正,正確的觀點予以鼓勵和肯定。例如,有的學生提出的問題過于簡單,是不需要解釋的,教師也要注意表達方式,不要挫傷學生們的積極性和進取精神。

3.2有趣的案例驅動教學模式

針對應用型課程的特點,每一堂課都通過若干問題引導,然后通過生動有趣的案例介紹解決問題的方法,最后歸納出一般規律或概念。經實踐證明這種方法行之有效,減少了學生們在學習上的困難。

例如,在類和對象這一章中,提問數據成員和成員函數如何根據實際情況確定,構造函數的用法,對象如何生成等問題。接著,針對常用的學生成績統計表,編寫計算學生單科成績、平均成績、最高分等的程序,來介紹解決上面問題的方法。通過分析考試科目、學生姓名、學號等確定數據成員,分析成績統計功能確定成員函數,哪些成績需要保存、返回和處理。根據不同班級人數確定動態指針對象數組。這些為類的實現和封裝做好了準備。同樣,擴展開來,學生們也可以按照學生成績統計的分析方法實現類似的教師工資統計、公司員工績效考核系統。

3.3多媒體、板書和運行程序結合模式

首先,抽象的概念和理論采用多媒體演示。在程序設計基礎教學中,當涉及到較多抽象的概念理論,例如指針值的動態變化,只有通過多媒體演示,使學生直觀形象地看到了內存中變量動態變化的過程,才能感覺指針也不難理解。

接著,涉及到編程教學時,教師需要在黑板上板書程序,按步驟講解程序設計的思路和過程,重點強調邏輯性、條理性。程序如果多媒體演示程序的話,速度較快,學生的思路跟不上,效果不好。

最后,程序結果是否正確,必須運行程序來證實。這樣,把多媒體、板書和程序運行有機結合起來,收到了很好的效果,吸引了更多的學生們認真聽課,為上機實驗打下了基礎。所以,整個課堂教學有效的模式是:多媒體、板書和程序運行的有機結合。

3.4學科滲透模式

筆者在教學過程中發現學生們對數學、英語的重要性認識程度不夠,如何讓他們認識到數學、英語等對程序設計的思維方式和編程能力培養的重要性,是亟待解決的問題。

例如,學生們數學課上學習了矩陣的基本運算,都是在草紙上運算完成向量和矩陣作業。筆者通過課堂上矩陣相乘的實例,引導他們使用編程解決矩陣運算問題。同樣,筆者在課堂上講解了加密和解密,從文件中讀取一篇英文課文,加密后,再寫入文件。這樣,計算機與學生們正在學習的數學、英語課程相結合,大大提高了學生的學習編程、英語和數學熱情,培養了他們的創新能力,符合“一專多能”的培養模式,有利于他們的就業。對教師來說,也積累了寶貴的學科滲透教學經驗,有利于教學科研的同步提高。

4實踐教學

實踐教學是培養軟件工程專業學生實踐能力、科研能力、綜合素質的重要實踐教學環節。

實驗教學、課外小組和課程設計是重要的實踐教學環節,和課堂教學質量相互影響。課堂上聽懂的內容,迫切需要在實踐中加以驗證和提高,而實踐教學,讓學生在實踐中理解和鞏固課堂知識,在實踐中培養實際動手能力,改掉了很多大學生眼高手低的毛病。實踐性教學在本課程中主要體現為上機實驗、課程設計和課下小組三個部分。

4.1上機實驗

上機實驗作為最基礎的部分,在課堂教學中需要按照進程穿插進行,根據教學內容將實驗內容分兩部分:基礎性實驗和設計性實驗。每一部分的實驗都有明確的實驗要求、實驗目的、設計思路、操作步驟等內容。實驗題目具有代表性和典型性。

基礎性實驗主要是鞏固學生的基本知識、訓練學生的編程基本技能和培養學生基本的程序設計能力。實驗題目如熟悉開發平臺,函數調用、動態指針、簡單的類聲明和使用、對象等實驗?；A性實驗一般安排10學時。

設計性實驗是學生根據已經掌握的基本知識、基本理論、基本技能,按照實驗教師給出的實驗題目和要求,運用類的繼承、類的封裝、類的多態性等核心機制來解決特定問題的程序設計實驗,并分析實驗結果,撰寫實驗報告。實驗題目如學生成績管理系統,電子通信錄等,要求綜合運用類和對象、封裝、繼承和多態性的思想來設計和實現,安排6學時。

針對學生多,實驗教師少的情況,筆者開發了B/S架構的c++實驗在線幫助系統,學生們在實驗室中,可以以聊天問答的形式,對調試過程中遇到的問題,得到電子教師的幫助意見。該系統關鍵在于知識庫的建立和根據關鍵詞檢索答案算法設計。該系統將老師們從相似問題重復回答的囚籠中解脫出來,從而專注于編程思路和方法的講解,不僅降低了教師們的勞動強度,也提升了學生們的學習效率。自試用以來,雖然該系統有時答非所問,但這種在線答疑形式受到了學生們的普遍歡迎。

4.2課下學習小組

課下學習小組就是優秀或有興趣的學生組成小團隊,參與到教師所負責的科研、教研項目中,學有所用。教師們也可以根據他們的特長和興趣愛好,有針對性的因材施教,從而進一步提高他們的實際應用能力。例如有的學生特別熱衷于網絡游戲,筆者引導有游戲愛好的學生們組合在一起,研究游戲外掛,這個小組志同道合,研究熱情高漲,不僅平時和教師積極交流,而且在網絡上和其他游戲外掛制作者交流,從而認識到編程在游戲外掛中重要作用,增強了他們學習程序設計基礎的興趣和努力程度。

4.3課程設計

課程設計是實踐教學的重要組成部分,上機實驗大多是消化上課內容,學生們模仿多于創新,不利于培養學生們的啟發式思維和實際解決問題的能力。所以,課程設計是在基本教學內容完成之后的綜合練習,一般三個星期內完成。課題強調具有實用性、技術先進性和創新性,有一定規模和功能相對完整的軟件系統,例如有的學生做的NBA球員管理系統,建立了球員類,火箭隊繼承了這個球員類,還利用文件讀寫數據,軟件即具有一定的規模,。學生們通過集中時間的強化學習和訓練,能更好的貫穿和總結軟件開發思想和技術,鍛煉了分析、修改和設計程序的動手能力。

教師需要提供課程設計的樣例及上幾屆學生們的優秀作品,供學生們參考和下載。學生們分組閱讀分析相關的小規模或大規模軟件的源代碼及結構并討論,然后合作進行開發,此時教師可就具體問題對各個組的學生進行指導。課程設計完成后,學生們要參加答辯,演示程序,上交源代碼和課程設計報告。

5仍存在的問題

程序設計基礎課程在軟件工程專業中經過幾年的建設,在教學、科研、師資、實驗室建設等方面取得了可喜的成績,教學效果良好,學生的上課和實驗的積極性得到提高,并且得到其他兄弟院校同行的認可。但本課程也還存在一些不足之處,主要體現在:

(1) 對學生成績評價體系還有待完善,例如如何避免“一考定終身”,需要根據上面提到的各個方面對該生進行量化評分。

(2) 對新教師的培養還需進一步加強,新教師普遍思路活躍,與學生們交互好,但課堂的組織教學能力和創新教學能力需要進一步提高。

(3) 完善教學網站和實驗輔助教學網站的建設,改變傳統的課堂交互,讓學生們隨時、隨地和教師交流。這需要教師改變教學觀念,由課堂灌輸式教學、課下放羊教學改為課堂引導教學、課下指導教學。

6結論

軟件工程專業的程序設計基礎課程教學主要講述面向對象的基本概念、思想和實現方法。本文結合筆者的教學經驗和軟件開發實踐經驗,根據一般院校的軟件工程學生們的共性,在教學的創新模式、實踐教學的內容體系等方面提出了一些觀點和建議,希望能讓學生們有扎實的編程基礎,能更好地掌握軟件系統開發的相關技能,為他們在軟件行業的就業奠定基礎。

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Research on Programming Design Course Teaching for Software Engineering Major

LI Chang-rong, WU Di

(College of computer and control engineer, Qiqihaer University, Qiqihaer 161006, China)

Abstract: Programming design is an important professional basic course of software engineering major. In order to improve the teaching and practical quality, this paper discusses the classroom teaching and practical teaching, introduces the successful experience, and future research content.

Key words: software engineering; programming design; classroom teaching; practice