應用型本科電子信息類專業(yè)編程能力培養(yǎng)

耿鵬，程勇，王青云

（南京工程學院通信工程學院，江蘇南京 211167）

電子信息類專業(yè)所涉及的領域是我國目前發(fā)展迅速的行業(yè)，代表著新經(jīng)濟、新動力和新興產(chǎn)業(yè)方向。隨著我國設備制造技術的日趨成熟，各個制造商之間競爭激烈，使得設備本身的利潤大大降低。因此，當前的電子信息行業(yè)正面臨著由“面向設備制造”到“面向信息服務”的轉型[1]。這也是我國逐步由“制造經(jīng)濟”轉向“服務經(jīng)濟”的具體體現(xiàn)之一。在此背景下，電子信息類行業(yè)的發(fā)展也逐漸由“硬件為主”轉向了“軟硬兼施”。在研發(fā)階段，也十分注重硬件設計軟件化的方式。例如近年來的研究熱點：軟件定義網(wǎng)絡[2]（Software Defined Network,SDN），其主要思想就是把底層設備之間的差異屏蔽掉，對設備上的控制權進行分離處理，利用集中的控制器來統(tǒng)一管理，以軟件的形式定義任何想實現(xiàn)的網(wǎng)絡路由和傳輸策略，從而實現(xiàn)更加靈活和智能的網(wǎng)絡功能。軟件開發(fā)、測試和維護能力在電子信息類專業(yè)中的地位越來越高，要求我們必須重視針對電子信息類專業(yè)的軟件類課程規(guī)劃，以提高大學生專業(yè)內(nèi)的編程能力，努力培養(yǎng)符合新形勢發(fā)展要求的人才。

對應用型本科而言，需要與傳統(tǒng)的高、精、尖學術性人才培養(yǎng)模式進行區(qū)別，要求在基礎理論知識夠用的前提下注重工程實踐能力的培養(yǎng)[3]。因此，應用型本科院校的電子信息類專業(yè)更加應該重視系統(tǒng)級的開發(fā)、設計和維護能力培養(yǎng)，將軟件教育和硬件教育相結合，進行課程體系教學改革。該文以南京工程學院通信工程學院為背景，對應用型本科電子信息類專業(yè)學生的編程能力培養(yǎng)做一個初步探索，包括課程體系結構、課程內(nèi)容和創(chuàng)新性教學模式等內(nèi)容。

1 電子信息類專業(yè)編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

當前，我國應用型本科電子信息類專業(yè)對學生編程能力培養(yǎng)的課程設置主要體現(xiàn)在四個環(huán)節(jié)之中。一是體現(xiàn)在“C語言、C++語言”和“Java 語言”等語言類課程教育中；二是體現(xiàn)在“信號與系統(tǒng)、通信原理、數(shù)字信號處理”和“計算機網(wǎng)絡”等課程的仿真教學中；三是體現(xiàn)在基于“單片機、ARM”和“DSP”等硬件平臺的軟件系統(tǒng)教育中；四是體現(xiàn)在另設的純軟件開發(fā)類課程中，如“Web 開發(fā)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”和“Android 系統(tǒng)開發(fā)”等。例如，南京工程學院通信工程學院的電子信息工程專業(yè)，其教學安排中的課程進度與編程能力培養(yǎng)的關系如圖1所示。可以看出，與編程能力培養(yǎng)相關的課程體系存在著課程延續(xù)性不足的缺點。一方面，C語言課程僅僅是教會了學生正確編程的能力，并沒有講究程序的規(guī)范性和軟件系統(tǒng)的有效組織性，需要在大二階段添加“數(shù)據(jù)結構”這門課程；另一方面，并沒有針對專業(yè)特點的仿真工具進行獨立設課，而是在具體專業(yè)基礎課程中現(xiàn)學現(xiàn)用，這樣必定達不到預期的學習效果，建議在大一階段設立類似“Matlab 仿真技術”的短學時課程。

編程能力的培養(yǎng)重點在于實踐操作，各個院校的電子信息類專業(yè)與編程能力培養(yǎng)相關的實踐環(huán)節(jié)主要包括：實驗、課程設計、項目訓練和畢業(yè)設計等。例如，南京工程學院通信工程學院的電子信息工程專業(yè)，其構建的實踐能力體系明確了四個環(huán)節(jié)：課內(nèi)實驗和獨立實驗、電子信息類專業(yè)基礎實訓、電子信息類專業(yè)綜合實訓、畢業(yè)設計[4]，其中與編程能力培養(yǎng)相關的實踐環(huán)節(jié)進度如圖2所示。從圖2中可以看出，與編程能力培養(yǎng)相關的實踐體系存在著覆蓋度不夠的缺點，建議在獨立實驗和電子信息類專業(yè)基礎實訓中增加軟件相關內(nèi)容。

另外，從教學方式上來看，現(xiàn)階段電子信息類專業(yè)的大學教育仍然以知識灌輸性課堂教學為主[5]。在這種模式下，學生僅僅根據(jù)教師的課堂要求進行記錄，最終以考試通過為根本目的。這使得學生的學習無法建立一個學以致用的方向感，并且學習過程變得枯燥無味。經(jīng)統(tǒng)計，在南京工程學院通信工程學院的學生座談會中，每屆學生都會提出所學課程不知道有何用處的問題。工科的相關課程本身就具有相對較難的特點，再加上沒有方向感，使得學生喪失了學習積極性。因此，我們建議做如下改進：一方面，在一系列經(jīng)典課程上，可以引進知名大學的慕課教育[6]，采用線上線下相結合的O2O(Online To Offline)教學模式[7]，即學生提前在課堂外進行慕課自學，然后由教師在課堂內(nèi)組織問題討論式教學；另一方面，針對專業(yè)性較強的課程，應采用項目式教學模式[8]，讓學生知道所學知識的具體應用場景，增加學生學習的方向感和成就感。

該文將基于電子信息類學生的編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀，從理論與實踐課程體系建設和創(chuàng)新性教學模式兩方面進行分析，探討一種行之有效的教育模式，以提高應用型本科院校學生的編程實踐能力。

2 課程體系建設

圖1 課程進度與編程能力培養(yǎng)關系圖

圖2 與編程能力培養(yǎng)相關的實踐環(huán)節(jié)進度圖

圖3 大學生能力與時間關系圖

可以將應用型本科大學生的能力劃分為基礎理論記憶能力、團隊合作交流能力、知識應用能力、學習與判斷能力和解決復雜問題能力等五方面，此五方面的能力強弱與大學四年的時間關系如圖3所示。可以看出，由于大一至大二期間的理論知識相關課程較多，此階段學生的基礎理論記憶能力較強，隨著后期實踐課程的增加，此能力會相對減弱。團隊合作交流能力是一個持續(xù)重要的方面，它不僅體現(xiàn)在項目合作之中，也能體現(xiàn)在課程教學過程之中，例如，可以分組討論一些課程學習過程中的難點問題。知識應用能力、學習與判斷能力和解決復雜問題能力會隨著專業(yè)學習的逐步深入而逐漸增強。大學生的編程能力也符合這一關系圖規(guī)律，依據(jù)此背景，我們將理論課程與實踐課程進行融合，構建一個層次劃分的課程內(nèi)容[9]和實踐環(huán)節(jié)如表1所示（將基礎理論記憶能力、團隊合作交流能力、知識應用能力、學習與判斷能力和解決復雜問題能力分別簡稱為能力1、能力2、能力3、能力4 和能力5）。

3 創(chuàng)新性教學模式

應用型本科電子信息類專業(yè)教學模式中仍然存在著一些不利于能力培養(yǎng)的問題，例如，偏向傳統(tǒng)知識的傳授；教學過程以教師為中心，缺乏互動，無法調動學生積極性；教學內(nèi)容陳舊等[10]。這些問題直接造成學生的編程能力較差，難以適應社會工作崗位的要求。目前國內(nèi)高校已經(jīng)逐漸認識了這一缺陷，引入了許多新的教學模式，如慕課教育、翻轉課堂、項目式教學和O2O教學模式等。此類教學模式的具體實施方法可以參見文獻[6-8]，該文僅對表1所涉及的課程進行分類，探討課程可能適應的教學模式。

對于經(jīng)典課程，如高級語言程序設計、數(shù)據(jù)結構、計算機通信與網(wǎng)絡、信號與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號處理和通信原理，可以引進知名大學的慕課教育。若該校在某些課程教學上處于國內(nèi)較先進地位，或某些課程需要進行本地特色教育，則可自建小慕課教育課程SPOC（Small Private Online Courses）。 在具體實施上，可在課程學習期間規(guī)定一定的課外學時，要求學生必須在線學習一定學時，期間任課教師進行靈活答疑。在課堂內(nèi)，由于學生已經(jīng)進行了自學，對相關知識較為熟悉，可采用分組討論式教學方法。這樣便最終形成了采用線上線下相結合的O2O 教學模式，實踐證明，此教學模式既加深了知識學習，又有利于提高學生的團隊合作交流能力。

對于實用性、專業(yè)性較強的小眾課程，如Matlab仿真技術、單片機原理及應用、嵌入式系統(tǒng)、LINUX 系統(tǒng)基礎、DSP 芯片及應用、安卓系統(tǒng)軟件開發(fā)和各類實踐教學環(huán)節(jié)，應采用項目式教學模式。此種教學模式將理論學習與工程實踐有效結合起來，以項目的形式，通過經(jīng)歷 “確立項目任務—制訂工作計劃—組織項目實施—檢查考核評估—總結評比歸檔”五大項目過程，實現(xiàn)“做中學”和“基于項目的教育和學習”，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生自學能力、動手能力、分析能力，合作能力，充分開發(fā)學生潛能[11]。實踐證明，項目式教學模式可以讓學生知道所學知識的具體應用場景，增加學生學習的方向感和成就感，從而調動學生的學習積極性。

4 結語

統(tǒng)計表明，近年來電子信息類專業(yè)學生從事軟件開發(fā)工作的人數(shù)占到畢業(yè)生總數(shù)的百分之五十以上。在此背景下，需要更加重視電子信息類專業(yè)的軟件類課程規(guī)劃，對教育教學方法進行改革，提高學生專業(yè)內(nèi)的編程能力，以適應新形勢的就業(yè)要求。該文分析了電子信息類學生的編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀，對應用型本科院校中該類專業(yè)學生的編程能力培養(yǎng)進行了初步探索，包括課程體系結構、課程內(nèi)容和創(chuàng)新性教學模式等內(nèi)容，努力培養(yǎng)符合新形勢發(fā)展要求的大學生。

表1 基于能力圖的編程能力培養(yǎng)課程層次劃分表