程序設計能力培養模式探索

王春枝 嚴靈毓 徐慧

摘 要：程序設計能力培養是計算機專業教育的重要組成部分。為提高學生程序設計能力，增強計算機專業學生就業競爭力，提出改進的程序設計能力培養模式。分析了當前培養模式存在的問題，結合教學實際，提出課程整合和強化實踐等一系列方法與措施，用以改進程序設計能力培養模式，為培養學生的程序設計能力提供思路，促進計算機專業人才培養目標實現。實踐表明，新的教學模式對培養學生的程序設計能力有積極作用。

關鍵詞：程序設計；課程整合；強化實踐；校企合作

DOI：10. 11907/rjdk. 182357

中圖分類號：G433 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2019）005-0197-03

Abstract：Cultivation of programming ability is an important part of computer professional education. To improve the programming ability of students， enhance the employment competitiveness of computer majors， we propose an improved training mode of programming ability. In this paper， we first analyze the existing problems in the existing cultivation model for programming ability， then propose two methods to improve the cultivation model for programming ability， including integration of course group in teaching system and project driven teaching model， aiming to improve the training mode of programming ability. The two methods provide new idea for programming ability cultivation， promoting the achievement of the goal of training computer professionals. Practice shows that the new teaching mode plays a positive role in developing students' programming ability.

Key Words：programming； integration of course group in teaching system； practice intensification；corporation between university and enterprise

0 引言

隨著計算機科學與技術學科快速發展，學科知識組織結構和核心專業基礎知識變得越來越龐大[1]，學校和學生面臨難于作出準確選擇的局面，學科教學內容與課程體系的外延發展模式已經不能適應學科發展需要。要將學科教學內容與課程體系的外延發展模式轉變為內涵發展模式，必須運用科學的方法對學科知識體系實施改革才能達到期望的培養目標。因此，計算機科學與技術專業人才培養模式必須突破原有教學計劃和課程體系，實行微而精的培養模式，才能有利于學科發展，有利于計算機科學與技術專業人才培養[2]。

縱觀短暫的計算機發展史，算法和數據結構這兩個主要方面一直保持不變，它們的相互作用推動了程序設計的發展。計算機科學以程序為基礎，而且始于程序，終于程序。因此，程序設計能力在計算機學科知識體系中具有核心地位，對計算機專業的學生來說不僅是專業能力的培養，還體現著創造性思維的信息素質培養過程[3-6]。程序設計正是有形表達抽象思維的方法，在程序設計過程中貫穿閱讀判斷、分析思考、工具利用、抽象表達、綜合創造等多項技能，對計算機專業人才素質的培養至關重要[7-9]。

1 主要問題

程序設計能力培養的研究主要圍繞數據結構和算法進行。美國科學院院士薩尼在其經典教材《數據結構、算法與應用（C++語言描述）》（2015年第2版）中指出，程序設計類第一門課程介紹數據結構和算法的基礎知識，第二門課程介紹數據結構和算法的系統知識，然后還需要一門或兩門課程，對數據結構和算法進行深入研究。然而，目前國內許多高校因為本科專業課程過多已經進行了程序設計類課程的整合。薩尼的教材實際上是C++與數據結構及算法的整合，也有用Java與數據結構及算法整合的，如在弗羅里達大學，先開設一學期的Java程序，再開設一學期的數據結構和算法。這是一種壓縮的“語言+數據結構及算法”的課程模式。

目前，國內程序設計類課程存在的主要問題有：

（1）內容松散，學生難以自主學習。語言的學習模式是“語法+練習”，枯燥無味、實踐課時嚴重不足、學生積極性不高，僅用一個學期掌握C++或Java很困難。數據結構和算法的學習模式是“概念+設計”，因為語言能力不足，常常迷失在抽象的概念中，很難有效落實到程序。

（2）課程擁擠，顧此失彼。目前，大部分高校在開設程序設計類課程的同時，還開設了高等數學和大學英語等重要的公共必修課程，導致學生精力不足以應對程序設計類課程學習。

（3）學習程序設計語言時沒有導向，學生不知道為何而學。由于程序設計類課程大多側重于基礎知識，學生在學習時往往無法建立起宏觀的工程項目整體感知。

2 改進措施

針對目前程序設計能力培養現狀，當前的程序設計能力培養模式亟需改進。

2.1 更新教學理念，重視新技術應用

首先，緊跟當今科技發展對計算機軟件的需要和國內外教學改革發展動向，重視教學思想的學習研究，不斷更新教學理念。不是從概念出發而是從算法的實際需要出發，如將程序設計過程轉化為解決問題的過程，每個問題都是程序設計中的問題，每個問題的解決都產生新的程序，并概括為新的概念。因此，從C到C++再到C++標準模板庫，其概念都是沿著必然的發展過程，以一個擴展一個的方式呈現給學生。

同時，合理利用模擬演示、電子教案、多媒體網絡課件、視頻錄像等多種現代化教學手段，在程序設計能力教學中采用模擬演示、案例分析等方式，通過建設豐富的數字化、網絡化學習資源，搭建開放的網絡學習平臺，為學生提供視音頻、圖片、動畫、文本等多媒體資源，供學生自主學習使用。在網絡化學習環境中，通過學生自主學習或師生互動，有效拓展程序設計能力培養的空間和深度，提升計算機專業學生的程序設計能力。

此外，還要重視慕課[10]、微課[11]、SPOC（small private online course）[12]、翻轉課堂[13-15]等新型教學技術在課程教學中的應用，構建將課堂討論的互動優勢與線上學習的靈活性相結合的混合式教學方式[16]。在學生基礎知識掌握較好的時機實現課堂翻轉，培養學生自學能力、組織能力和表達能力。

2.2 分層次模塊化課程設計

把具有相關性或一定目的的不同課程編排到一起，進行系統學習和講授，從而保證學科知識體系的完整性與連續性。按3個層次依次遞進設計計算機軟件系列課程模塊化方案，如圖1所示。

（1）程序設計基礎系列模塊。通過《編程導論》讓學生掌握編程的總體基礎，目標是培養學生的編程能力。

（2）程序設計系列模塊。通過《C和C++的語言編程基礎》和《數據結構的算法設計》課程，讓學生掌握程序設計知識，目標是培養學生的系統設計能力。

（3）軟件開發系列模塊。通過項目應用實例讓學生掌握軟件開發知識，目標是培養學生的應用系統開發能力。

三大模塊循序漸進，無縫連接。通過三大模塊構建，建立從C到C++的平滑過渡模型，解決C++標準模板庫和數據結構互為先修課的矛盾。從C到C++，再從C++標準模板庫到數據結構及算法，從項目應用案例開發到IT職業角色轉換，一路直達。

2.3 強化實踐環節

目前高校課程繁多，要科學合理地安排課程銜接，強化實踐環節。筆者學校湖北工業大學利用寒暑假設置短學期，強化實踐教育，力圖培養學生創新精神與實踐能力，提高學生發現問題、分析問題、解決問題、交流溝通等能力。為讓學生有足夠的精力應對多門課程，還能夠連貫地學習和強化程序設計能力，可在學期前半段安排《編程導論》課程教學，在學期后半段和短學期期間安排《C語言程序設計》集中教學和實踐，避免碎片化的程序設計學習，解決程序設計學習連續性以及與高數和英語等基礎課程學習時間分配的問題。

構建課程群一體化的實踐教學模式。首先，優化課程實驗中的基本型、綜合設計型、研究創新型實驗項目配比結構，探究將課程實驗聯合在一起完成同一項目的教學經驗與方法。其次，嘗試將合作企業的商業項目、教師承擔的科研與工程項目、各級各類競賽項目等合理轉化為實驗實踐項目，實現程序設計類實驗課程與行業實踐相結合、實驗教學與科學研究相結合，激發學生的編程興趣，培養學生創新意識和實踐能力。在可能的情況下，為學生參與科研打好基礎，為優選本科學生中的科研人才提供依據。圖2為一個項目驅動教學模式的過程示例。

以項目為主線、教師為引導、學生為主體的項目驅動式教學模式[17-20]，改變了以往“教師講，學生聽”的被動教學模式，創造學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。項目驅動式教學模式在國外已廣泛使用，取得了很大成效，積累了許多經驗。在一些國家的課程教學中，教師都要求學生結合課堂教學，分小組或獨立承擔一兩個小型研究項目。學生通過調研、查閱文獻、收集資料、分析研究、撰寫論文等，將學到的理論知識和現實生活中的實際問題結合，得到訓練和提高。學生還在課程上介紹自己的研究情況，相互交流。采用項目引入的教學方式，以教育部產學合作項目為契機，一方面鍛煉學生的程序設計能力，在項目代碼撰寫過程中學習概念，突出代碼編寫能力；另一方面引導學生參與科研工作，為后續深造提供基礎。

此外，采用高年級學生中選拔優秀學生作為低年級學生程序學習輔導，既能增強上機輔導力度，又能形成溝通的橋梁。考試采用項目演示方式，學生自己評分，教師共同評判，增強學生的參與意識。

2.4 校企合作

校企合作是教育人才培養質量提升的重要方式[21-22]，筆者學院充分利用湖北省軟件服務外包人才培養基地的優勢，結合學科特點和計算機大類需求，探索一條實踐教學體系。通過軟件外包平臺和企業合作，采用實際項目開發實訓方式，鞏固和提高學生的程序能力。

項目開發實訓主要有兩種形式：①邀請企業資深工程師到校內實訓基地，將當前計算機行業的新興知識和市場需求介紹給學生，讓學生有針對性地學習知識，鍛煉編程能力。這種實訓方式通常安排在大一到大三學期末的寒暑假；②將學生輸出到校外對口企業的實訓基地，根據專業方向和興趣的不同，到校外參加對應的實訓，實訓時間為20-30天，由校內和校外教師共同負責。如2018年暑期，筆者學院學生分赴北京和成都兩地，參加了“基于HTML5的Web前端開發實訓”、“紐約出租車BI大數據分析實訓”、“JAVAWeb物流管理系統實訓”等。

3 結語

隨著信息時代的發展，IT企業對高校畢業生的程序設計能力要求也逐漸提高，通過改進程序設計能力培養模式，一方面讓學生和教師成為共同學習的關系，充分調動學生的學習積極性，另一方面優化課程設置，強化實踐環節，增強學生的就業競爭力。在程序設計能力培養模式的改進過程中，學生的程序設計能力顯著提升，在ACM等程序設計競賽上取得了優異成績，學生就業情況也有很大改觀，不少學生進入騰訊等大型軟件公司就業。

今后將把科學研究能力的培養納入程序設計能力培養模式范疇，著重培養一批具有一定科研能力的本科生，挖掘本科生的科研潛力，增加科研有生力量，組織科研后備軍，為培養高層次科研人才奠定基礎。

參考文獻：

[1] 王育堅，馬楠，牛選龍. 計算機科學與技術專業應用型人才培養模式改革[J]. 計算機教育，2015（23）：61-65.

[2] 呂俊，陸淑娟. 以計算思維培養為導向的《C語言程序設計》課程教學改革[J]. 軟件導刊，2016（8）：213-215.

[3] 林健. 卓越工程師培養質量保障：基于工程教育認證的視角[M]. 北京：清華大學出版社，2016：183-190.

[4] 史曉楠，賈澍濤，羅曉霞. 計算機專業學生創新能力培養研究——以西安科技大學為例[J]. 軟件導刊：教育技術，2015（11）：30-32.

[5] 楊杰，劉小兵. 基于計算思維的《C語言程序設計》課程實踐教學研究[J]. 時代教育，2016（15）：14-17.

[6] 史曉楠，秦昳. 融入計算思維能力培養的Java程序設計課程教學實踐[J]. 軟件導刊：教育技術，2017（16）：72-74.

[7] 劉遠軍，黃同成，謝兵，等. 程序設計課程教學中計算思維能力的培養[J]. 計算機教育，2014（3）：18-19.

[8] 申天恩. 基于成果導向教育理念的人才培養方案設計[J]. 高等理科教育，2016（6）：38-43.

[9] 周鋼， 郭福奇. 基于計算思維的大學計算機基礎課程混合教學改革實踐[J]. 計算機教育，2017（1）： 23-26.

[10] 郝丹. 國內MOOC研究現狀的文獻分析[J]. 中國遠程教育， 2013（11）：42-50.

[11] 盧行偉，田茂毅，李慶. 基于微課和雨課堂的大學計算機混合實驗教學模式[J]. 實驗技術與管理，2018，35（6）：203-206.

[12] 陳然，楊成. SPOC混合學習模式設計研究[J]. 中國遠程教育，2015（5）：42-47.

[13] 張金磊，王穎，張寶輝. 翻轉課堂教學模式研究[J]. 遠程教育雜志，2012（4）： 46-51.

[14] 賴紹聰. 如何做好課程教學設計[J]. 中國大學教學，2016（10）： 14-18.

[15] 劉堅強. 翻轉課堂在計算機基礎課程中的應用[J]. 信息與電腦：理論版，2018（7）：215-216.

[16] 李媛媛，艾賢明. 與傳統課堂結合的混合式學習模式探究[J]. 軟件導刊，2014（11）：80-81.

[17] 劉波. 高校計算機項目驅動式教學模式探索[J]. 計算機教育，2011（4）：82-85.

[18] 李新成. 基于項目驅動模式的電子技術課程教學探索[J]. 信息化服務，2018（4）；73-76.

[19] 李龍森. 高校計算機項目驅動式教學模式探索[J]. 信息化建設，2016（5）：173-174.

[20] 李軍偉，姜學東. 項目驅動式教學模式在高校計算機教學改革中的問題分析[J]. 無線互聯科技，2017（11）：86-87.

[21] 劉君. “互聯網+”背景下職業教育校企合作人才培養模式變革的可行性調查研究[J]. 中國職業技術教育，2018（8）：40-46.

[22] 王文娟，袁紅春，葛艷. 校企合作提升學生實踐應用能力的探索[J]. 實驗技術與管理，2018（35）：189-192.

（責任編輯：杜能鋼）