軟件工程型人才培養體制下的《C++程序設計》課程“321”新模式

宋琦，王冠宇，張力生

（1.重慶郵電大學軟件工程學院，重慶 400065；2.重慶郵電大學光電工程學院，重慶 400065）

0 引言

軟件工程專業作為一種應用型專業，要求學生在學習軟件工程專業的理論知識基礎上，能夠熟練掌握軟件開發方法，熟悉軟件項目開發過程，具有較強的軟件開發實踐能力和較好的工程素養。《C++程序設計》課程不僅是軟件工程專業的核心課程，也是引導學生學習程序設計的入門課程。只有掌握了C++語言，才能了解計算機操作系統的內核代碼，理解計算機的運作原理，從而進一步深入學習數據結構、編譯原理等專業課程。同時，作為軟件工程專業的入門課程，《C++程序設計》課程在轉換學生編程思維、培養學生專業興趣、引導學生進行軟件項目開發等方面都起著決定性的作用。然而，由于該課程自身的語法知識復雜、重點和難點較多、深入理解難度較大；且對于剛剛接觸計算機語言的學生來講，很難轉換思維去理解計算機的語言。這就導致了《C++程序設計》課程開設普遍，卻收效甚微。因此，在《C++程序設計》課程的教學過程中，改進教學方法、優化教學過程是十分必要的。本文介紹了采用“321”教學模式進行《C++程序設計》課程教學，經過實踐，收到了良好的效果。

1 《C++程序設計》課程現階段存在的問題

1.1 過多關注語言語法，從而降低了學生的學習興趣

傳統的《C++程序設計》教學，多停留在學習該語言語法知識的層面上，更多的關注了語言本身。而對《C++程序設計》的本質思想和語言在計算機內部的處理機制等更基礎、更深入的理論考慮的不夠多。這使得學生感覺課程枯燥、無聊，在一定程度上影響了學生的學習興趣。

1.2 以教師為中心，從而減少了學生參與的主動性

傳統的教學觀念，是以教師為中心，以教師講授為主，忽略了對學生的參與程度，同時學生也很少進行主動學習和動手實踐，僅滿足于教師在課堂上講授的內容，這不利于學生學習興趣的養成，不利于學生獨立思考。

1.3 重理論輕實踐，從而導致學生動手能力差

傳統的計算機教育中，往往重理論輕實踐，過分強調知識的理論深度和系統性，而忽略了各學科知識間的聯系，特別是忽視了理論知識的應用。這使得畢業生抱怨在學校沒有實踐機會，學習空洞理論，求職無門而面臨巨大的就業壓力。軟件工程專業程序設計課程的培養目標是讓學生理解程序設計的基本原理、掌握程序的開發流程、具有獨立開發的能力，最終培養能夠編寫高質量代碼，并能調試代碼缺陷和完成模塊設計工作的工程型、應用型人才。然而，實際教學過程中，理論知識全部放在課堂上講解，不加強上機操作，這導致學生只停留在課堂上所接收的理論知識上，缺乏實際編程經驗，甚至課程結束后，很多學生不會編程、不會調試。

2 經過實踐驗證的新的有效教學模式

按照以工程教育為主導的應用型軟件人才培養模式改革與創新的總體思路，根據CDIO（Conceive構思、Design設計、Implement實現、Operate運作）工程教育模式的教育理念[1-2],以培養軟件工程專業應用型人才為目標，經過實踐，本課程采用“321”教學模式，取得了良好的教學效果。

2.1 懂了才會有興趣

教師怎樣講授程序的運行過程，才能達到使學生可以接受、可以理解計算機程序運行過程中，內存是如何變化的、函數是如何調用的、棧是如何管理的。我們通過單步調試方式來講解程序的運行過程，同時配以對反匯編代碼的講解和演示來觀察程序運行過程中內存的變化情況以及函數的調用過程。此外，還配合一定的數據結構和編譯原理知識，使學生了解計算機內存的管理方法和機制。從而達到理論與實踐相結合，加深學生對計算機程序設計的理解。

2.2 “321”教學模式

2008年美國新墨西哥州圣胡安學院的高級教學設計師David Penrose提出了微課程的概念，他認為“微課程是一個知識挖掘的框架，我們將告訴學者在哪里挖，需要挖些什么。我們將對這一過程進行監督。”[3]我國的一些專家認為，微課是指在注意力集中的有效時間，有著明確的教學目標，內容短小，能集中說明一個問題的“微型課程”。[4]微課通常是一段視頻，只針對某個知識點或學習環節的重點、難點展開，并不是完整的課堂。

“321”教學模式是指：每節課2個知識點，每個知識點采用“微課”+“操作”+“反饋”的學習方式，其中“微課”3分鐘，“操作”20分鐘，“反饋”1分鐘。充分體現由以教師為中心轉向以學生為中心，以教師講授為主轉向以學生操作為主的教學新模式。

重慶郵電大學軟件工程學院該課程使用的是《C++程序設計教程（修訂版）——設計思想與實現》[5]，該教材的特點是：從C++的特色寫起，以類型定義、識別、匹配為中心，注重編程質量；從自身學習經歷寫起；從初學角度寫起，點透要害，巧做取舍；打破文字描述的框框，追求通俗易懂。我們在深入研究教材的基礎上，結合前幾年的教學經驗積累[6-7]，創新性的把該課程全部設置在機房進行，每節課設置2個知識點，每個知識點采用3分鐘左右的“微課”形式讓學生快速掌握；接下來學生針對每個知識點進行20分鐘左右的實際上機操作，通過編寫、編譯、運行和調試每個知識點對應的程序實例，加深對該知識點的理解和掌握。在學生練習過程中，教師進行觀察和指導，對學生遇到的問題隨時解答，快速幫助學生理解知識點。同時，教師也會匯總學生遇到的共通問題，在學生練習結束后，進行1分鐘左右的重難點反饋。為了提高學生理解的效率，我們對學生進行了分組，練習過程中，組內成員以好帶差、快帶慢的方式跟教師一同指導本組成員，并進行組內討論。這種方式不僅有效提高了學生對知識理解的效率，增強了實際問題解決的能力，同時還鍛煉了學生的團隊意識。

以while循環語句為例。我們從一個簡單的問題入手：求1+2+3+…+10的累加和。針對這個問題，首先分析問題的解題思路，進而得出解決該問題的步驟。接下來將每一步對應到計算機程序中，并轉換成C++語言所表示的語句，直至形成完整的程序。最后，根據形成的程序總結出while循環語句的語法結構。如圖2所示。該過程以3分鐘微課的形式進行，接下來給學生20分鐘時間對該知識點上進行消化和吸收。學生首先自主上機調試微課例題的求和程序，從中理解while循環語句的使用方法和作用。同時，我們還對該知識點配備了2個練習題：“計算隨機給定的15個數的平均數”和“百錢買百雞問題”，兩個練習題由淺入深、由簡到難。學生可以根據自己的理解情況進行練習，保證了對知識點的理解和應用。此過程中，任課教師會進行巡視，隨時指導學生操作，解答學生練習過程中所發現的問題。練習結束后，教師針對學生練習中出現較多的問題，用1分鐘左右以簡練的語言進行講評和強調。

圖1

圖2

我們的C++程序設計課程設置學時為64學時，全部安排在機房進行授課。每個機房安排65人左右，人手一臺機器，一名任課教師配備一名助理教師共同指導學生練習操作，使用“紅蜘蛛軟件”對學生用機進行統一管理和監控以輔助教學。每次課程安排連上四節課，每節課2個知識點，確保每次課學生都能得到充分的練習。因此，學生對知識掌握的很快，問題能得到及時的解答，保證了知識的充分接受、應用能力和動手能力大幅度提高。

“321”教學模式，合理并有效的分配了課堂時間。以往45分鐘的課堂，學生能保持注意力集中的時間不足五分之一。一節課下來，即使教師在講臺上表演得再精彩，學生能掌握的知識僅僅5%。而我們的方式，能使學生始終專注于程序，不僅掌握了知識，且學會了應用。

2.3 強化實踐教學

CDIO教育模式就是強調學生在實踐，也就是“做”的過程中學習知識、掌握知識、運用知識。我們以課內實踐和課外實踐相結合的模式加強對學生實踐能力的培養。針對不同的知識點，我們配以大量相應的題庫，學生完全可以在題庫上展開實踐，充分的進行代碼閱讀、理解、調試和運行。在課外實踐環節中，對學生進行分組項目訓練，展開團隊項目開發。項目開發過程中，需要按照項目開發的完整流程進行，熟悉項目開發流程中各個階段的目的、任務和成果物，同時也體會團隊合作的重要性。采用項目開發訓練，可以變抽象為具體，變枯燥為有趣，讓學生樂于去學習。項目開發結束后，也會根據實際情況，進行成果物的展示、評估和測試驗收。

此外，我們通過競賽機制來激發學生的學習興趣，設置讀程序、調試程序和編寫程序比賽[8]，如圖3所示，以團隊或個人方式參賽，從而引導學生自主學習。目前，該程序競賽已成功舉辦四屆，學生反響良好，有力地促進了課堂教學，增加了學生學習的主動性，很好地體現了我們所提出的“321”教學模式的有效性。

圖3

3 結語

《C++程序設計》課程作為軟件工程專業的入門課程，具有理論與實踐并重的特點。對后續其他專業課程的學習，培養合格的軟件工程型人才起著關鍵的作用。本文針對現階段該門課程存在的教學問題，提出了“321”教學模式，該方法在我院實際教學過程中已經得到了驗證，取得了良好的效果。

[1]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008（3）：1-6.

[2]李竹林.基于CDIO教育理念的高校計算機專業課程教學改革探討[J].教育與職業,2012（20）：127-128.

[3]Shieh D.These Lectures are Gone in 60 Seconds[J].Chronicle of Higher Education,2009,55（26）：A1-A13.

[4]黎加厚.微課的含義與發展[J].中小學信息技術,2013（4）：10-12.

[5]錢能.C++程序設計教程（修訂版）——設計思想與實現[M].北京：清華大學出版社，2009.7.

[6]張化川,楊林,黎在萬.基于計算思維的計算機表達式教學方法實踐[J].現代計算機,2017,（5）：7-10.

[7]張化川,黎在萬,張力生.深化考試改革推動編程類課程教學改革[J].現代計算機,2016,（7）：16-19.

[8]軟件工程學院2017年計算機程序閱讀能力競賽成功舉行.http：//xwzx.cqupt.edu.cn/cqupt_xwzx/news.jsp?id=37002.