“教學做一體化”的C++程序設計教學改革研究

摘要：C++程序設計課程教學改革是教學活動的一個重要環節，是培養學以致用和高質量人才的重要保障。分析了C++程序設計課程教學存在的問題，結合多年的教學實踐，以構建主義和CDIO工程教育理念為指導，提出了一種新型“教學做一體化”教學模式，并從教學內容、教學方法、教學手段、實踐教學、考核方式等環節對新型教學方法及其教改措施進行研討。經過教學實踐檢驗，該教學模式不僅提高了學生的學習興趣和綜合能力，還獲得較好的教學質量和教學效果，為其他課程教學改革提供一條新途徑。

關鍵詞：教學做一體化；C++程序設計；CDIO工程教育；項目驅動；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0024-02

C++程序設計是高等院校在計算機科學與技術、軟件工程、信息管理與信息系統、電子工程、物聯網工程等IT相關專業普遍開設的一門專業基礎課，為數據結構、操作系統、單片機及應用、嵌入式系統原理與應用、數據庫原理及應用等后續專業課程的學習奠定堅實基礎。C++程序設計理論與技術貫穿了整個IT及相關專業課程，具有基石的地位和作用，為此針對C++程序設計課程理論與應用并重的特點，積極探索本課程行之有效的教學方法和措施，提高教學效果和教學質量有著極其重要的意義。

CDIO[1]是2001年由美國麻省理工學院等4所高校歷時四年共同開發的一種全新工程教育理念的教學模式，該模式靈感源于工程產品/系統的從研發到運行的生命周期，是以“學中做、做中學”為核心，[2，3]以項目或任務為學習主線，貫穿著整個課程學習及人才培養過程，最終達到“知行合一”“教學做一體化”理念的當代工程教育改革的創新模式，培養專業理論知識基礎扎實、個人實踐能力、人際團隊協作能力和工程系統研發能力較強，職業道德高尚的新一代高水平工程師。[4-6]

雖然CDIO工程教育理念的教學模式先進，但對于C++程序設計課程教學CDIO沒有給出具體的能力要求和實施方法，這就需要課程組教師依據市場對人才的需求及課程體系的安排，制訂符合CDIO能力培養目標及其實施措施。為此，根據廣東省人才市場需求和本校的具體情況，實現理論與實踐并重的應用型本科人才培養目標，將建構主義和CDIO工程教育思想相融合，制訂以“多元化教材為學習資源、項目驅動為主線、教師為引導、學生為學習主體、網絡資源為教學輔助平臺、CDIO能力培養”為特點的新型“教學做一體化”教學模式，以C++程序設計課程教學改革為例，從課程教學內容、教學方法、教學手段改革、實踐教學與考核方式等環節對新型教學教研方法進行研討，經過兩學期的實踐檢驗，驗證了以建構主義和CDIO工程教育思想為指導的新型教學模式和教學方法的有效性，取得了較好的教學效果。

一、C++程序設計課程教學現狀分析

C++程序設計課程是理論與實踐并重的專業基礎課程，筆者根據以前的教學經驗和到其他高校調研交流，發現該課程傳統的教學方法存在如下問題：C++程序設計課程開設在大一第一學期，新生還不能完全適應大學教育模式，沒有任何高級語言基礎，抽象思維能力差；教學方法及教學手段落后，很少與學生進行雙向互動，使學生缺乏學習主動性，教學效果不理想；實驗課時雖然有所提高，但不能夠充分發揮實驗教學的優勢，致使學生程序調試、分析問題的能力差，不會觸類旁通的解決實際問題；教學大綱陳舊滯后，不能與時俱進，造成所講授的知識與社會IT行業及企事業單位人才需求的技能脫節；實踐階段的課程設計，存在團隊協作精神差，不能夠從全局的角度掌控系統開發，分析和考慮問題不全面，動手編制復雜程序能力差，難以實現從掌握語言到實際熟練應用語言的轉變；考核評價手段單一，很難培養全面的合格人才。綜上所述，傳統的教學模式已無法適應當前IT企事業單位對本科畢業生素質要求，學生的個人學習能力、實踐動手能力、團隊協作精神等無法進行培養與鍛煉，因此，亟需新型教學模式去解決上述問題，提高教學質量。

二、基于“教學做一體化”的教學模式在C++程序設計教學改革的應用

“教學做一體化”模式是一個融教、學、做、考、評的教學活動，[7]其宗旨是以培養學生綜合能力和職業素養為目標，盡可能滿足對IT企事業單位對人才需求的一種新型的教學模式，[8，9]其具體實施如下所述。

1.教學內容改革

C++程序設計課程包含了程序設計過程中所用到的大部分知識，如數據類型與表達式、面向過程和面向對象的程序設計。該課程具有知識點比較多、抽象、分散的特點，如果采用傳統的教學方式，根據章節內容進行逐章逐節的開展教學活動，因缺乏統一的學習主線，學生學習過程中存在“只見樹木，不見森林”，很難從整體角度深入學習C++程序設計的知識，所學理論知識與實際系統研發脫節，使學生容易產生學無所用的錯覺，嚴重挫傷了學生的學習興趣和積極性。

針對上述情況，程序設計課程組將以構建主義和CDIO工程教育理念為指導“教學做一體化”教學模式應用到C++程序設計課程教學內容進行改革中，具體如下：

（1）首先設計一個難易適中、典型、有實用價值、涵蓋C++程序設計所有知識點的真實項目貫穿于整個教學過程，如“學生檔案管理系統”“學生成績管理系統”“圖書管理系統”等案例。在開發項目的過程中學習相應的知識點，實現“做中學”和“學中做”的目標。

（2）重視第一課堂體驗式教學活動，即在第一堂課上要給學生分析該課程在專業知識領域中所處的地位與作用，讓學生認知課程的重要性。另外，“興趣是最好的老師”，有針對性地開展項目體驗活動，如演示所選真實項目的功能或有趣味的游戲，讓學生在體驗中感受C++程序設計可以做哪些事情。

（3）教師在教學組織和體驗內容上要精心安排，把知識點融入到實際的項目中去，改進PPT教學課件，理論講解與實際項目研發相結合的教學案例，并充分發揮教師主導者、協助者和推動者的作用。通過基于建構主義情景思想的體驗式教學活動，使學生更直觀感受到C++程序設計的魅力，為后續學習起到良好的思維導航，激發學生的學習興趣，消除對C++程序設計理論的畏懼感。

2.教學方法改革

根據構建主義和CDIO工程教育理念，本課程采用實際科研項目驅動的教學方法，制訂項目研發時間節點，使學生成為實際科研項目的研發者，增強學生責任感與使命感。在做項目的同時，學生熟練掌握了相關理論知識，大大提高了實踐動手能力、自學能力，并加強其團隊協作交流能力。

項目驅動教學法是師生通過共同實施一個完整的實際項目而進行的教學活動。在實際項目研發過程中，由課程組或項目組老師組織學生成立科研小團隊，以團隊的形式參與科研項目研發活動，并給學生分配項目研發任務，完成項目產品的研發，使學生能夠熟練掌握技術基礎知識并付諸應用，充分體會到學以致用的樂趣，提高學生的創新能力，同時也了解到新技術的研究與發展對社會的重要性和影響力。

此外，針對不同的教學內容，以項目驅動為主線，同時靈活將啟發式教學法、類比教學法、案例教學法、任務驅動教學法、分步分層次教學法等多種方法有機結合，以改進教學方法。經過兩年教改試驗，實踐證明，多種教學法混合使用可以刺激學生的學習興趣和積極性，學生在整個學習過程中都積極投入到項目的完善和調試實踐中，有效提高了學生的實踐動手能力。

3.教學手段改革

（1）項目分解。為方便教學活動實施，可將“高校圖書信息管理系統”項目分解為若干個功能模塊，包括系統菜單設計、圖書基本信息管理、圖書查詢、借書操作、還書操作、圖書超期處理、系統基本類的設計、類的繼承關系、輸入輸出處理等。將項目作為C++程序設計課程中抽象和分散知識點的實踐環節，提煉和設計每個模塊中所涵蓋的知識點，并根據難易程度和項目研發需要進行有針對性的講解，并將知識點貫穿于整個項目研發中，不僅使學生明確所學知識點在真實項目中的應用價值，還有效提高了學生分析問題、解決問題的實踐能力，培養了學生的團隊協作精神。

（2）綜合運用多種教學手段。綜合利用多媒體教學、計算機現場編程操作、板書教學、網絡教學等多種教學手段，優化總體教學效果。課堂教學將多媒體教學和現場編程操作相結合，具有形象生動、圖文聲并茂、交互性好、信息量大、編程演示真實感強等顯著特點，做到抽象的課程內容形象化，較難的內容逐層分解具體化，給予直觀展示和動態模擬，起到事半功倍的效果。在算法分析和畫流程圖時采用板書教學法作為輔助手段，放慢講解速度，可以加深學生印象。另外，網絡教學平臺也是對課堂教學的有益補充，教學手段多樣，目前課程組利用學校購置的“天空教室”系統軟件和Blackboard網絡教學工具開發了C++語言程序設計網絡資源平臺，其網址為：http：//210.38.137.81/ec2006/C17/zcr-1.htm，學生可以借助該平臺復習或預習C++語言程序設計的相關知識。同時收集國內外知名專家講授C++的視頻和自己多年研發的科研項目中部分典型案例作為教學的有益補充，構建C++程序設計資源庫，拓寬學生的知識面。另外，還利用Internet各大門戶網站的博客系統，郵箱、課程QQ、飛信群和微信平臺等渠道加強師生之間的交流，及時解決學生在學習和研發項目遇到的問題，同時教師也能及時獲得教學效果的反饋信息，動態把握和調控教學進度。

（3）合理使用多元化教學資源。“博覽群書明其理，研討項目知其用”，即采用課本+編程技術書籍+MSDN幫助+幕課+網絡搜索等多元化教學資源有效拓展C++教學空間。如通過國內外幕課學習平臺，學生可以與全球范圍內學習者進行在線交流，進行個性化學習內容定制，充分利用國內外優秀教育資源，盡可能與知名高校學習同步。通過網絡搜索可在小木蟲論壇、博研論壇、中國軟件開發者網絡（CSDN）、如鵬網、程序員大本營等網站論壇上搜索瀏覽與C++有關的文檔、教學視頻、源代碼等學習資料，并以論壇、博客、微信、QQ、Skype等為渠道和通過文字、語音、視頻方式上互相交流學習心得，共同攻克技術難關，大大提高了學習質量。

4.分層次設計課程設計任務，發揮創新思維

課程設計是發揮學生創新思維、綜合分析問題、解決問題、提高動手能力的過程。但在前幾年采用分組合作的模式進行課程設計，檢查過程中發現學生成員容易發生兩極分化，動手能力強的同學包攬了所有研發任務，成績差的沒有任何收獲，這是由于不同學生的愛好程度不同造成的。針對上述問題，課程組通過試驗抽檢、期中考試等方式測試學生對課程的愛好程度，據此分別按C++過程化程序設計和面向對象程序設計思想分層次設計課程設計任務，公布多道題目供學生任選，且要求獨立完成，在期末演示答辯，根據任務難易程度分類評定成績。實踐驗證，通過給每位同學施加壓力，有效激發學生的學習動力，基礎差的同學通過選擇相對簡單題目或者在網上搜索資料和同學的幫助，較好完成課程設計任務；動手能力強的同學選擇有一定難度且自己感興趣的題目，通過自學或論壇交流尋找解決問題的方法，使被動式學習轉變為主動式和探究式學習。在此階段任課教師僅對學生的關鍵問題給予必要的引導，這種分層次的課程設計改革取得較好的教學效果。

5.考核方式改革

傳統的課程考核評價一般是筆試占70%或60%，平時成績占30%或40%的綜合，其中，平時成績主要包括學生平時考勤、課堂表現、作業完成情況以及和上機實驗4部分。這種考核方式不利于學生實踐能力、團結協作能力和系統控制能力的培養，往往導致學生的動手編程能力較差，甚至缺乏團隊協作精神。而美國麻省理工學院（MIT）等知名大學提出的CDIO工程教育模式重視在理論和實踐中選擇一個最佳的平衡點，使學生所學知識能夠真正學有所用，較好地與IT企事業單位人才需求進行對接。為此，程序設計課程組以CDIO工程教育理念為指導，對課程考核評價進行如下改革：

（1）選擇上機實踐操作編程的考試方式對基礎知識測驗，占期末總成績的50%，確保IT專業學生能熟練使用基礎知識獨立編程，也是其就業工作的最基本技能。

（2）根據項目開發進展和學生動手能力情況，讓學生獨立編寫與所參與項目功能類似的小系統或游戲，進行檢查階段性學習效果，占期末總成績的20%。

（3）日常考勤、作業完成情況、實驗完成情況，占期末總成績的20%，這是因為按時上課、做作業和實驗編程是學生專心學習的保障。

（4）綜合創新性測驗，即讓學生自己組建小團隊通過“構思系統+分析設計+編程實現+功能演示+撰寫文檔”的一體化全過程，進一步培養和提升學生團隊協作能力，該成績占期末總成績的10%。該考核方式的實施，為學生申報、研發大學生創新創業項目、后續程序設計語言、參加挑戰杯比賽奠定了堅實的基礎。

三、結束語

在兩個學期C++程序設計課程改革過程中，通過測試考核學生和學生走訪交流都反饋該教學模式取得良好的教學效果。實踐證明，以構建主義和CDIO工程教育理念為指導的“教學做一體化”的教學模式，不僅豐富了教學方法及教學手段，激發了學生學習熱情和學習興趣，提高了教學質量，有效培養學生自主學習的能力、分析和解決實際問題的能力、創新思考能力、團隊協作與工程項目控制的能力，為學生從事IT行業奠定基礎，較好地滿足了IT企事業單位對創新型工程人才的需求。C++程序設計教學改革是一個不斷探索、實踐的過程，今后程序設計課程組仍將繼續根據本校學生具體情況探索和完善C++程序設計課程的教改工作，為培養學以致用的應用型本科人才服務。

參考文獻：

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（責任編輯：王意琴）