計算機軟件系列課程教學方式研究

　　摘要：本文針對計算機軟件系列課程傳統教學方式中以教師講解為中心的“注入式知識教育”存在的弊端，提出了基于任務驅動、基于案例驅動以及基于項目驅動的教學模式，該模式采用以學生主動思考為中心，引導學生探索新知識為主，理論與實際相結合的“研究式素質教育”方式，在教學中培養學生信息素養，激發學生學習潛能，提高學生學習興趣，促進學生自主學習，增強學生創新意識。
　　關鍵詞：計算機軟件；任務驅動；案例驅動；項目驅動
　　文章編號：1672-5913(2010)08-0104-04
　　中圖分類號：G642
　　文獻標識碼：A
　　
　　計算機軟件系列課程的傳統教學方式一般是學生在學習某個知識點之前，首先需要熟記一些基本概念，然后在教師的講解下學習相關的應用，從而由淺入深地理解課程的知識，這種方法對于學生奠定理論基礎具有較大的作用。但對于強調學科間聯系、實踐性強、技術更新快的計算機軟件課程來說，除通過理論基礎培養學生技術素質外，更需注重數學思維、邏輯分析能力的培養，并強調工作態度、表達能力、團隊精神等非技術性的綜合素質培養。因此本課題的研究內容主要是通過“任務”、“案例”和“項目”的提出，將學生帶入思考的環境中，使學生在主動思考中自覺地接受知識這樣一種教學模式，從而激發學生的學習興趣，培養學生解決實際問題的能力。
　　
　　1　基于任務驅動的教學法
　　
　　任務驅動教學法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學方法，是實施探究性教學模式的一種教學方法。任務驅動教學的出發點是師生互動；切入點是邊學邊做；落腳點是調動學生學習積極性、創造性，強調個性發揮與協調工作相結合。它是將所學知識隱含在一個或幾個任務當中，學生通過提出問題、分析問題來明確問題所涉及的知識，并在教師的指導下來解決問題的教學方法。在學科學習中，任務驅動教學法以問題作為載體，創設一種類似科學探究的情景或途徑，引導學生學習新的知識，并讓學生自主地通過已學的知識，分析問題、完成任務，從中培養學生的實踐能力和鞏固已學的知識。具體到課程教學的設計過程中，采用任務驅動教學法是指任課教師根據當前教學主題(目標)設計并提出任務；針對所提出的任務，采取演示或講解方式，分析該任務所涉及的教學知識點，引導學生對知識點的學習；然后分析任務并給出完成該任務的思路、方法、步驟和結果；在此基礎上老師引導學生邊學邊做，并獨立或協作完成相應的學習任務，實現“學中做”、“做中學”，以達到學生真正掌握知識與技能之目的。在我們的課題中，針對計算機軟件系列課程中的C程序設計、數據結構、編譯原理及Java語言程序設計等課程，采用了基于任務驅動的教學模式的設計方法，并付諸實踐。
　　
　　1，1基于任務驅動的教學模式設計
　　基于任務驅動的教學模式設計是以興趣引導出發，培養學生的設計能力為宗旨的教學模式改革研究，在教學模式的設計中，首先對本門課程的知識點進行歸納分析；然后設計出一個趣味性設計任務，每個任務以問題的展示、知識點分析引入知識點的傳授方式，在對任務中所使用的知識點功能基礎上，擴展本知識點的功能及相關知識點的傳授；最后根據本任務，提出訓練任務，學生利用己學的知識，自己去分析問題，并思索解決問題的方法和步驟。
　　
　　1，2基于任務驅動的教學任務設計
　　基于任務驅動的教學任務設計中每個任務由任務、任務所含蓋的知識點和實訓任務三個小部分組成。
　　在任務設置這部分中，教師給出一個趣味性題目后，將解決該問題的結果在課堂進行演示，這個任務中，包括了當天課程要講的新知識、新方法，也大量地使用前面課程中已學過的知識和方法。
　　在任務所含蓋的知識點這部分中，教師根據任務完成的需求，首先對任務中所使用的知識點進行引導性講解后，通過程序一步步地引出本任務中完整的知識點，完成教學內容的講授。
　　在實訓這部分中，分三種訓練方法：一是給出相類似的題目在課堂上指導學生完成；二是給出若干個使用任務中含蓋的知識點完成的存在一些小問題的設計任務，由學生閱讀并挑錯進行設計能力的訓練：三是課后通過實踐完成相近任務來進行鞏固與提高。
　　下面以C程序設計這門課程為例簡要介紹該教學模式以及任務的設計。
　　
　　1，3基于任務驅動的C程序設計教學設計
　　首先對c程序設計課程的知識點進行歸納和分析，包括：表達式、語句及程序設計方法、分支程序設計、循環程序設計、數組、指針、構造類型數據、位操作、文件等，再根據本堂授課所要講授的知識點選出相應的任務，然后按照任務進行教學設計與講授。下面給出了一個包含部分知識點的設計實例。
　　任務：愛因斯坦的一道數學題
　　在你的面前有一條長長的階梯：如果你每步跨2階，那么最后剩下1階：如果你每步跨3階，那么最后剩下2階：如果你每步跨5階，最后剩4階；如果你每步跨6階，最后剩5階；只有當你每步跨7階時，最后才正好走完，一階也不剩。現在，問你這條階梯最少共有多少階?
　　對于此問題我們按照如下的步驟進行教學講解。
　　·筆算步驟和結果分析
　　·程序設計思路
　　·算法描述
　　·完成該任務的程序
　　·任務含蓋的知識點
　　·知識點的詳細講解
　　講授完成后，給出課堂實訓任務，由教師指導完成。
　　(1)程序設計題，題目：牛數遞增。
　　有一位數學家曾提出這樣一道算題：“有一頭牛，它每年年初生一頭小母牛。每頭小母牛從第四個年頭起，每年年初也生一頭小母牛。問在第二十年時，牛的頭數共有多小?”
　　此過程主要由學生在教師指導下運用上面講過的知識點來完成程序設計任務。
　　(2)挑出程序中的錯誤，題目：該數有多少?
　　個位數為6，且能被3整除的五位數共有多少個?
　　此過程給出解決此問題的筆算步驟和結果、程序設計思路以及算法描述、帶有典型錯誤的程序，讓學生根據剛剛學過的知識點改正程序中的錯誤。
　　最后根據講授過的知識點選擇若干趣味性較強的訓練題供學生課后實踐訓練。
　　
　　2　基于案例驅動的教學法
　　
　　案例教學法起源于哈佛大學商學院，它是一種與傳統教學的“概念一理論一應用”模式完全相反，采用“案例一理論和概念”模式的教學方法。通俗地講，案例教學是通過對具體實例的演示、講解，讓學生對案例進行分析、討論、交流，充分表達自己的見解，以達到高層次認知學習目標的一種啟發式教學方法。在教學實施過程中由許多小的教學循環組成，每個教學循環中首先提出一個來自IT行業或工業界的實際問題，接著由老師用規范的分析、計劃、實施和驗證的步驟來解決這個問題；然后再對學生提出相類似的另一個實際問題，學生可參照專家的方法和步驟來解決該問題，即在老師指導下的實踐；最后學生必須獨立綜合運用所學知識解決一個新的實際問題。在我們的課題中，針對計算機軟件系列課程中的數據庫原理與應用、軟件工程、面向對象技術等課程，采用了“基于案例教學”的教學模式的設計方法，并付諸實踐。
　　
　　2，1基于案例驅動教學法的過程
　　案例驅動教學法包括以下幾個過程。
　　·教學案例的選擇與設計
　　·案例分析與講解
　　·課堂討論
　　·綜合討論結果，得出結論
　　由于其教學方式獨特，使得案例教學在高等教育中得到了廣泛地應用。案例教學最早應用于法學和管理學，不同的應用領域，其表現出來的特點也不同。
　　下面以數據庫原理與應用這門課程為例簡要介紹該教學模式的設計。
　　
　　2，2基于案例驅動的數據庫原理與應用教學設計
　　在數據庫原理與應用課程中，案例教學具有明確目的性、突出實踐性、體現真實性、增強啟發性特點。
　　案例教學可以把抽象的原理、概念具體化，
　　把知識點置于一定的典型案例之中，應用啟發式，將教師講與學生課堂討論相結合，習題與實習相結合。
　　授課過程中我們以《葫蘆島自來水公司用水管理信息系統》設計過程為例，深入淺出的說明了數據庫設計的基本過程。
　　(1)需求分析。歸納出用戶對新系統在功能和性能上的要求。
　　(2)概念模型設計。畫出系統的E-R圖。
　　(3)關系模式設計(邏輯結構設計)。由系統的概念模型得出關系模式。
　　(4)數據字典(物理設計)。
　　數據字典是物理數據庫的具體體現，主要規定各關系的名稱、各列的數據類型、長度、小數位、完整性約束等。
　　通過對《葫蘆島自來水公司用水管理信息系統》設計開發過程的論述，學生學會了數據庫設計的基本步驟，同時，對于需求分析的方法、經驗，E-R圖的要素及畫法，概念結構向邏輯結構轉化，關系模式優化(范式)，數據庫物理設計等基本理論方法有了一個宏觀的認識，并以此完成了相關案例的設計。
　　
　　3　基于項目驅動的教學法
　　
　　基于項目驅動的教學方法是指在教學中引入若干個項目案例，按照實際軟件開發中的方法與步驟展開教學。在項目驅動教學過程中，學生在教師的帶領下，一邊進行專業理論知識的學習，一邊進行實際的應用項目開發，使學生處在主動學習、自主學習、相互學習、積極溝通、不斷實踐的學習環境當中。在這種教學方式下，教師不再是知識和理論的簡單灌輸者，而是發揮著導師的作用，循序漸進地引導學生在實踐中學習理論，在實踐中消化理論、應用理論，在實踐中掌握知識。在我們的課題中，針對計算機軟件系列課程中的計算機圖形學、操作系統、數字圖像處理等課程，采用了基于項目驅動的教學模式的設計方法，并付諸實踐。
　　下面以計算機圖形學這門課程為例簡要介紹該教學模式的設計。
　　
　　3，1基于項目驅動教學法的教學方案
　　計算機圖形學課程主要面向計算機軟件、計算機科學技術專業高年級本科生，其教學目標包括三個層次：首先，通過本門課程的學習，學生可使用當代圖形API編寫圖形應用程序，并將這類程序與其他應用相結合：其次，通過課程學習，學生不僅對計算機圖形學有一個全面、感性的認識，了解學科前沿，同時能夠理解和實現部分經典算法；再次，尋找一個可行解決方法對模型進行求解，利用解決方法對問題進行測試，驗證模型及其解決方案的正確性訓練學生以圖形作為工具，對實際問題進行可視分析、建模和求解技能。
　　在教學方面，我們借鑒優秀大學的先進教育方法，主講教師上課主要側重課程的要點、難點和方法以及理念，具體細節要求學生課后學習和實踐。這種授課方法要求學生在課后自學來強化對基本概念、基礎理論和算法的理解和掌握，有效地彌補了學時的不足。
　　
　　3，2基于項目驅動教學法的實施
　　在授課過程中根據教學大綱要求的知識點，我們設計了三個綜合性較強的實踐項目，學生可在全天候開放的專用機房完成。學生通過這些課后的實踐項目來鍛煉和提高分析問題和解決問題的能力。通過該門課程學習，若學生能夠完成三個實踐項目，便基本達到教學目標的要求：能夠利用圖形編程接口進行圖形程序開發，并將它們結合到其他應用中；對圖形學基礎理論、基本概念有直觀感性的理解，能了解學科前沿，理解和實現部分典型的算法；在以圖形作為工具來分析問題、解決問題方面可以得到很好的訓練。
　　在項目驅動方案的實施過程中，我們為該課程的每1個教學班配備3名碩士研究生作為教學助理，達到了平均10名學生配備一名教學助理。教學助理和主講教師一起，根據項目內容和學生反饋意見通過多種方式給予學生指導和幫助，同時學生按項目被分成若干小組，各小組的活動在指導教師和教學助理的指導和監控下進行，項目考核中學生根據項目不同部分各司其職地進行相關問題的答辯；教師評定項目小組總分，小組組長根據不同成員所起作用分配具體分數。通過訓練，使學生真正具備軟件應用開發的各種基本能力、系統維護和配置能力、尤其是團隊合作精神，使學生認識到與社會進行無縫連接應繼續努力的方向。
　　
　　4　結語
　　
　　目前，IT業對人才的需求大量增長，然而擴招后卻出現了供過于求的現狀，其主要原因是用人單位對求職者崗前的專業素質、應變能力、自學能力、敏銳的洞察能力等綜合能力提出了較高的要求。我們開展的基于問題體系結構的教計算機軟件系列課程教學改革與研究，在教學中從培養學生的信息素養、激發潛能，提高學習興趣、激發創新意識、培養創新精神，促進自主學習等方面入手，對縮小畢業生與社會需求的差距具有較大的現實意