基于CS2013的程序設計基礎課程建設

賴曉燕，趙　浩，程鈴鈁

（福建農林大學金山學院，福建 福州　350002）

0　引言

2013年，ACM和IEEE聯合推出了第四部計算機科學高等教育指導性大綱 CS2013(Computer Science Curriculum 2013)[1,2]，該綱領性文件提供了100多門將知識單元具象化的案例課程，為國內外高等院校計算機專業教育提供了切實可操作的藍本，因此受到了全球計算機教育行業的高度關注，也引發了國內外計算機高等教育領域的專家對其進行研究和實踐的熱潮[3]。CS2013中計算機科學的知識體系共由18個知識領域構成，每個知識領域可以再細分為多個知識單元，其中，與“程序設計基礎”課程相關的有兩大知識領域：程序設計語言（Programming Language, PL）和軟件開發基礎（Software Development Fundamentals, SDF），SDF是由2001年發布的CS2001和2008年發布的CS2008中的編程基礎（Programming Fundamentals, PF）重新整合而成的，但是兩者具有較大的差別，PF側重的是一種編程技能，而 SDF更關注的是整個軟件的開發過程，更強調計算思維方面的訓練和求解實際問題能力的培養[4,5]。目前的“程序設計基礎”教學能否達到新的綱領性文件要求？在 CS2013指導下的“程序設計基礎”課程如何定位？在 CS2013指導下的課程將如何建設？這些都是亟需探索和研究的問題[6]。

1　程序設計基礎教學現狀

目前，程序設計基礎的教學包括兩方面的內容：一是C語言的語法；二是程序設計的思想和方法[7]。課堂教學按照給出語法、舉例說明語法、學生練習、分析總結這一模式來組織教學，這種教學方式存在弊端：一方面在一開始就以C語言的語法為重點，學生將記憶十幾種的輸入輸出格式說明符、三十幾個運算符的結合性、優先級等，很容易讓學生淹沒在語法規則中，陷入細枝末節而忽略了程序設計的思想，“只見樹木不見森林”，體會不到編程的樂趣，易使學生產生抵觸情緒，隨著課程的深入，問題將不斷累積，學生終將失去編程的興趣，畏懼編程，甚至對選擇的計算機專業是否適合自己持有懷疑的態度；另一方面現行教學側重編程技巧，未涉及軟件開發方面的思想，遠離實際應用，不利于學生能力的培養[8]。采用的教學模式以教師為中心，互動不夠，學生在聽中學，束縛了學生思維，培養的學生缺少自主探索解決實際問題的能力。學生評價方式較單一，以期末紙質試卷成績為主，很難客觀考核學生的實際動手能力。綜上所述，目前的教學與CS2013的要求不一致，以CS2013為指導的程序設計基礎課程建設與改革實踐勢在必行。

2　課程定位與培養目標

程序設計基礎是計算機專業學生學習的第一門程序設計類課程，這門課程的掌握程度將直接影響學生對后續專業課程如：面向對象程序設計、數據結構、JAVA程序設計等的學習熱情，因此，程序設計基礎課程作為編程語言的啟蒙課程，不僅要介紹第一門程序設計語言—C語言，還肩負著激發學生對計算機專業學習的熱情，在計算機專業的課程體系中，程序設計基礎課程的地位和作用是顯而易見的。

CS2013指導下的課程培養目標為：通過C語言的編程實踐，讓學生了解軟件設計與開發的過程，熟悉結構化程序設計的思想和方法，學會利用計算機進行問題描述和求解的思維方法，能夠熟練使用C語言編程解決實際問題，引導學生自主學習，養成良好的編程素養和工程素養，為后續課程的學習和將來從事軟件開發奠定基礎。

3　課程建設與實踐

3.1　教學團隊建設

打造高水平的教學團隊，是程序設計基礎課程授課質量的有力保障，是課程建設的首要任務，也是課程建設的一個長期奮斗的目標。經過多年的努力，我們學院已經形成一支既掌握教學技能，又具有工程實踐能力的“雙師型”專業教學團隊。我們在2009年組建程序設計基礎教學團隊，現在教學團隊由10名教師組成，主要成員均長期從事本課程或程序設計類相關課程的教學和學術研究，其中，副教授3人，高級工程師1人，2名教師近三年到國內高校訪學，6位教師長期從事 ACM、“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才、全國電子設計、數學建模等學科競賽指導，累積了豐富的項目實戰經驗，5名教師參加了為期一年的企業實踐鍛煉，增強了企業經驗，2人考取了計算機軟件水平資格證書。這幾年，通過鼓勵教師外出學習、參加企業實踐、指導學生競賽、參加會議等方式，團隊教師的理論知識更加系統扎實、工程實踐能力得到較大提升。

3.2　教學內容的組織和規劃

根據 CS2013中的程序設計語言和軟件開發基礎兩大知識領域的要求，突出計算思維能力、編程實踐能力、分析解決問題能力、自主學習能力培養，結合我院實際，對程序設計基礎課程的理論和實踐內容均進行了重新規劃。

（1）基于CS2013的理論教學設計

我們將“程序設計基礎”這門課程的內容分成兩個部分：一是程序設計與算法基礎；二是C語言程序設計精髓，見表 1。第一部分從具體的編程語言中獨立出來，以啟發和訓練學生的計算機思維為目標，這部分內容不需要計算機基礎，適合剛入校的大一新生。通過這部分內容的學習，不僅讓學生了解程序設計的幾種基本方法，熟悉計算機求解問題的常用策略，更重要的是讓學生理解計算機是如何解題的，掌握用計算機處理問題的思維方法。第二部分再以C語言為例，傳授用計算機語言表達思想的技術，用C語言實現問題求解的自動化。通過這部分內容的學習，讓學生熟悉C語言程序設計的集成開發環境，了解軟件設計與開發的過程，熟練運用結構化程序設計方法解決實際問題，增強從問題分析、算法設計與實現、代碼測試與調試等的一系列能力，為后續專業課程的學習及將來解決工程實際問題打下堅實地基礎。

（2）CS2013的實踐教學設計

根據程序設計基礎課程的定位和目標，遵循循序漸進、舉一反三、兼顧趣味性和實用性等實驗教學內容設計原則，結合我院教學情況，針對CS2013中需要在實踐環節中予以強化的知識點，設計了如下的實踐教學內容，見表 2。在整體規劃中，共包含8個實驗和1個課程設計。

3.3　教學方法的轉變

（1）探索“MOOC+課堂”的混合式理論教學模式

2016-2017學年的第2學期，2016級計算機專

業的程序設計課程，采取“MOOC+課堂”的線上線下相結合的混合教學模式。經過教學團隊的精心選擇比較，我們最終在“中國大學MOOC”平臺找到一門符合教學目標的 MOOC課程—由哈爾濱工業大學蘇小紅教授團隊主講的“程序設計基礎”，其第5次的開課時間為2017年2月13日-2017年4月10日，與2016級計算機專業的程序設計基礎課程教學安排同步。混合教學模式的具體實施方式為：首先，教學團隊在第5次開課前把該課程的所有MOOC視頻看完并完成所有測評和作業，整理出 MOOC內容、進度、難點及重點；然后，制定了線上學習部分的學習目標和學習任務；最后，在傳統課堂部分增加了針對 MOOC部分的課上測驗和課堂討論環節，一方面是檢驗學生線上自主學習情況，另一方面是對線上重點和難點部分進行及時講解指導。混合式教學給學生更多自主性，學生可以自己決定學習的時間、視頻播放的次數，真正成了學習的主人，極大的調動了學生學習的能動性，教師也從講授者轉變為學生學習的引導者，因此受到了師生的極大歡迎。

表1　基于CS2013的理論教學設計Tab. 1　Theoretical teaching design based on CS2013

表2　基于CS2013的實踐教學設計Tab. 2　Practical teaching design based on CS2013

（2）探索“MOOC+翻轉課堂”的實驗教學模式

在實踐教學中，嘗試了翻轉課堂的教學方式。因筆者授課的專業一般為80人左右，按照4人一組，分成20個小組，每組設置一位組長，教師以項目小組形式進行管理。具體實施方式為提前1周公布下次實驗課所需的知識點、具體的實驗目標，要求學生在MOOC平臺完成相應的課程，進行相應的學習和練習。以函數實驗為例，該實驗目標為：掌握函數的定義和調用方法，理解遞歸函數的執行過程，掌握常用的窮舉、遞推和遞歸等問題求解策略和了解防御式編程方法等。學生在實驗前要完成的MOOC學習任務為：觀看問題求解策略的有關視頻及完成相關的練習。實驗課上，教師不再重復講解函數的調用過程以及常用求解策略的算法基本思想，而就難點部分如遞推、遞歸的不同點進行講解，并進行現場編程演示，讓學生和老師一同進行程序調試，接著剩下多數的時間留給學生，讓學生進行自主實驗，同組學生可以進行討論，學生完成實驗后，教師同學生一同進行點評分析。

3.4　考核方式的改革

傳統的考核評價方式一般是平時成績占30%、期末成績占70%，平時成績主要來源于學生的出勤和作業上交情況，期末采用紙質試卷考試，這種考核方式不適合目前的“MOOC+翻轉課堂”的線上線下相結合的混合式教學模式。我們在試點過程中，改革了考核方式，具體措施包括：首先，重在過程考核，采用“MOOC成績+實驗成績+上機考試成績”方式，其中，MOOC成績占10%，實驗成績占30%，上機考試成績占60%。其次，采取上機考試，摒棄之前紙上談兵的紙質試卷，選擇更能考核考核學生實際編程能力的機考。最后，進行期中、期末兩次機考，激發學生上機編程的積極性。

4　結語

以 CS2013為指導，實施了程序設計基礎課程建設和改革，我們在教學團隊、教學內容、教學方法、考核方式等方面進行有益的探索，調動了學生學習的熱情和主動性，培養了學生利用計算機編程解決實際問題的能力，使學生養成了良好的學習習慣，教學效果好，受到學生的一致好評。當然，在開展課程建設實踐的過程中也遇到一些問題，比如，由于學生自主學習能力的差異性，部分學生未能夠在規定時間內完成 MOOC學習任務，2016級計算機專業MOOC課程獲取率為90%。今后，我們將多與兄弟院校進行溝通交流，不斷總結經驗，以持續推進程序設計基礎課程建設與改革。