新工科背景下計算機程序設計課程教學模式探究

趙建華

(商洛學院 數學與計算機應用學院， 商洛 726000)

0 引言

技術發(fā)展、產業(yè)進步和國家經濟結構戰(zhàn)略調整對高等院校的人才培養(yǎng)質量，尤其是工程實踐和創(chuàng)新能力、工程素養(yǎng)等提出了更高的要求。為主動應對新一輪科技革命與產業(yè)變革，2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，達成了《“新工科”建設復旦共識》[1]。2017年4月8日，教育部在天津大學召開新工科建設研討會，形成了《“新工科”建設行動路線(“天大行動”)》[2]。 2017 年6 月9 日，教育部在北京召開新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議，審議通過《新工科研究與實踐項目指南》，提出新工科建設指導意見[3]。“復旦共識”、“天大行動”、“北京指南”旨在通過新工科建設，推動人才培養(yǎng)模式等方面的改革，使高校人才培養(yǎng)適應快速出現(xiàn)和變化的市場，適應新時代的發(fā)展，這對高等工程教育提出了新要求、新思路。

新經濟快速發(fā)展迫切需要高校面向未來布局新工科建設，探索更加多樣化和個性化的人才培養(yǎng)新模式，深化高等教育改革，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程科技人才[4,5]。如何適應新環(huán)境、新態(tài)勢是高等教育，特別是計算機專業(yè)教育必須面對的新挑戰(zhàn)、新考驗。

相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產業(yè)和新經濟需要的“新工科”人才主要是具有實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力等特征的高素質復合型人才。[6,7]

然而，目前大部分地方院校的計算機專業(yè)程序設計課程的教學過程中，仍舊是“以教師為中心”，不是“以學習者為中心”，學生仍舊只是知識的被動接受者。同時，實踐平臺、教學內容以及考核方式較為落后。傳統(tǒng)的課程教學模式難以充分調動學生學習的積極性，不能很好的培養(yǎng)學生自我學習能力和創(chuàng)新實踐能力，也難以適應新時代對人才的需求，培養(yǎng)的人才距離“新工科”要求的高素質復合型人才還具有很大差距。[8-9]

為了培養(yǎng)新時代適應經濟和社會發(fā)展的計算機軟件設計和開發(fā)人才，本文以“新工科”人才特征為目標導向，以計算機科學與技術專業(yè)為例，探究新工科背景下計算機程序設計課程教學模式。主要包括：第一，積極推進以“翻轉課堂”為核心的教學方法改革；第二，大力開展多渠道的程序設計課程實踐教學；第三，及時進行教學內容的更新；第四，建立健全的課程評價體制。最后，對方案的合理性進行分析。

1 新工科背景下計算機程序設計課程教學模式

(1)積極推進以“翻轉課堂”為核心的教學方法改革

由于計算機程序設計課程不僅僅需要學生掌握基本的程序設計和開發(fā)必備的語法等基礎知識，又需要學生具備豐富的程序設計與開發(fā)能力，具備較強的項目實踐開發(fā)能力。因此，這類課程很適合采用翻轉課堂進行教學。基于翻轉課堂的程序設計課程教學過程分為線上學習和線下實施兩部分，線上學習部分主要讓學生根據學習目標自由地安排學習進度和內容；線下實施過程中，授課教師可跳過陳述式知識點的教學，轉而將重點放在學生疑難問題和重點知識的講解中。這樣既能有效地培養(yǎng)學生獨立思考、自主學習、交流協(xié)作和動手實踐的能力，又能有效地提高課堂學習效率和質量，克服學生普遍存在自主學習能力差和動手能力差的問題。[10]

具體地講，該教學模型中兩大主體是教師和學生兩個角色，雙方協(xié)同，缺一不可。根據教學流程分為課前準備活動、課堂教學活動和課后教學活動 3 個階段。每個階段教師和學生都有具體的任務，該教學結構模型如表1所示。

表1 教學結構模型

具體操作如下。

第一階段:課前準備活動

對于教師一方，首先在課前準備好這節(jié)課的教學目標和教學內容，整理這節(jié)課的重要知識點和啟發(fā)學生思考的問題，并將其制作成“微視頻”和 PPT，同時整合教程、文獻等教學資源。在每次上課前一周將學習資料發(fā)布到網絡教學平臺，作為學生課前學習的參考資料。其次，教師設計好課堂教學活動，安排好本次教學具體的實施步驟。在這個階段，教師應采取以案例和項目作為載體，將基本知識點融合進來，避免對基本知識的過多灌輸。比如講授《JAVA程序設計》這門課程中程序基本結構的內容時，應將順序結構、選擇結構和循環(huán)結構融入到具體的實踐應用案例中進行教學內容的安排和教學活動的設計。學習數據庫的操作部分，應結合具體的項目實際，將數據庫的加載、連接和操作等一系列基本知識融入到項目的開發(fā)過程中。

對于學生一方，須要通過網絡教學平臺，提前觀看“微視頻”，翻閱PPT內容。了解并掌握學習目標和學習內容，熟悉基本知識點，多方位領會目標知識點，并對教師提出的問題進行認真思考，通過資料查找回答老師提出的問題。同時，總結學習內容和學習心得，提出學習中的困惑點，形成學習筆記和匯報文檔，在老師講授與交流討論時使用。

第二階段：課堂教學活動

對于教師一方，可以通過QQ(群) 、微信(群)或課代表反饋等多種渠道了解學生課前學習情況和知識掌握情況，了解學生學習時遇到的難點和困惑，對學生在線學習情況進行分析。及時合理微調授課內容和教學設計。首先，教師在課堂上對本節(jié)課的重點難點以及學生學習過程中存在的疑惑問題進行統(tǒng)一講解。其次，設計有針對性的實踐題目組織學生進行分組學習、交流討論和協(xié)作開發(fā)。每個小組 4 人左右，并推選出一名組長，組長主要負責分配小組中的每名成員的任務和實踐結果匯報。

在這里，教師所設計實踐題目的案例不僅要囊括本節(jié)課的知識點，而且盡量兼顧實用性和趣味性，同時應注重知識運用的綜合性和連貫性，后續(xù)知識要以前續(xù)知識為基礎。最后，通過項目答辯等方式了解學生掌握知識的情況，評定學生是否達到程序開發(fā)課程的目的。并對小組的項目完成情況給出評價，以討論、答疑、匯報等形式強化重點或難點問題。

例如，比如講授《JAVA程序設計》這門課程對象的定義與使用這一部分時，設計的案例除了包含對象的定義和實現(xiàn)等內容外，還應結合前面的基礎，如Java基本語法結構等編程語言要素。既復習前面已經學習過的知識，又培養(yǎng)學生系統(tǒng)化意識，幫助學生建立知識體系，學以致用。

對于學生一方，應該帶著課前自學過程中碰到疑問進行有目的性的聽課，解決課前自學過程中遇到的問題與困惑，增強接收知識的主動性與深入性，在實踐練習中及時與小組成員或教師溝通，提高編程能力和解決問題的能力。

第三階段：課后教學活動

對于教師一方，根據課堂學生的表現(xiàn)情況與教學反映出來的問題進行總結，及時完善本節(jié)課知識點和教學方法，為后期教學做好準備。同時，教師要及時給學生布置本次課的教學實踐任務，使學生不斷地鞏固所學知識內容。另外，教師要對學生的課堂翻轉表現(xiàn)情況做出考評，掌握和了解教學效果，并根據學生提交的實踐作業(yè)的完成質量給予相應的平時成績，將平時成績納入期末考評中，不斷激勵學生積極融入翻轉課堂的教學過程中。

對于學生一方，在課堂教學結束后，學生主要通過課后練習和編程實踐來鞏固所學知識。此外，學生可以通過網絡學習平臺交流學習經驗，向老師和同學提出疑問，及時反映學習時遇到的問題，及時反饋教師在教學過程中存在的問題。教師根據學生的問題進行梳理總結，在線進行答疑。逐漸形成以學生為主體、教師為主導、基于網絡平臺的課后教學交流模式，實現(xiàn)學生在線自主學習和網絡輔助學習相結合、相統(tǒng)一。

翻轉課堂對程序設計課程的任課教師理論知識層次和項目實踐操作能力要求較高，需要任課教師不但具有扎實的專業(yè)功底，而且還需具備豐富的項目開發(fā)能力和經驗，這就需要大量的雙師型教師來推動傳統(tǒng)教學模式的改革。

(2)大力開展多渠道的程序設計課程實踐教學

實踐教學是提高學生工程實踐、創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)的一個非常重要的途徑，也是關鍵所在，然而當前高校實踐教學過程中基于教師、實驗指導書和實驗室的實踐教學方法在支撐人才培養(yǎng)方面存在諸多的局限性。要達到新工科人才培養(yǎng)要求，克服現(xiàn)有實踐教學方法和條件不足等弊端，需要通過多渠道進行聯(lián)動，不斷拓寬計算機程序設計課程實踐途徑。

①開展深度校企合作，以“特色班”為載體，引企駐校、引校進企，校企一體化辦學

校企合作是應用型地方本科院校提高學生實踐動手能力的一個重要途徑。與企業(yè)開展深度合作，讓高校培養(yǎng)的人才走出校門就能順利上崗，實現(xiàn)無縫對接，與社會需求相適應。

一方面，依托校企合作，通過企業(yè)捐贈設備、共享設備等渠道，彌補學校發(fā)展過程中實踐條件不足、落后的弊端，為學校進行程序設計課程實踐搭建平臺，創(chuàng)造條件。一方面，積極探索企業(yè)新技術，以企業(yè)需求為目標，創(chuàng)建校企共建特色班。引入企業(yè)一線資深工程師任教，開展項目教學，尤其開展熱門技術教學，實現(xiàn)校企課程學分置換，通過實踐教學環(huán)節(jié)提升學生的程序開發(fā)能力。這類課程主要集中在大數據、云計算、移動應用軟件開發(fā)、Web程序設計等課程中。同時，企業(yè)可以對考核合格的學生錄用為實習生，在寒暑假期間進行定崗帶薪實習，在實習過程中進一步鍛煉學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

②充分借助互聯(lián)網提供的資源開展實踐

首先，充分利用網上提供的MOOC等教學資源指導學生實踐，鍛煉學生自主獲取知識能力和自己動手編程能力。目前針對計算機專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)已建設了一批支持軟件設計與開發(fā)課程的MOOC實驗平臺，包括可實現(xiàn)多種語言程序代碼自動判分的OnlineJudege平臺、支持開展數據庫實驗的平臺等。這些實驗平臺可為在線學習者提供便捷入口，開展程序設計與開發(fā)的實驗實訓，完善地支撐在線學習的全過程。

其次，充分利用互聯(lián)網提供的開源軟件，讓學生閱讀質量高、具有一定代碼量和功能的開源軟件，在此基礎上對開源軟件進行維護，完善其功能，糾正其缺陷，提高學生的代碼閱讀能力，感受高質量程序代碼的基本風格和要求，進一步提高編程能力，提高編寫程序的質量。

③依托創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目鍛煉學生，提供學生的實踐能力

開放一些軟件相關的實驗室，給學生提供課外學習提供資源和實驗平臺。鼓勵學生利用實驗平臺，積極參加各種學科競賽和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。通過項目的申報和完成去鍛煉學生的實踐能力，增強學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和精神，鍛煉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

(3)及時進行教學內容的更新

計算機技術尤其軟件技術發(fā)展非常迅猛，人才培養(yǎng)方案、課程大綱和課程內容的設置往往具有一定的滯后性，不能滿足社會和行業(yè)對計算機專業(yè)人才的需求。因此需要定期對人才培養(yǎng)方案的進行修訂，更新知識結構和課程的教學內容。尤其對于一些與學生職業(yè)和技能更直接的專業(yè)選修課，更應該及時進行課程大綱和課程內容的升級。同時，教師應該及時進行知識結構更新，根據行業(yè)的發(fā)展，在教學過程中向學生介紹一部分最新的知識和工具。比如，對于《移動應用軟件開發(fā)》、《Web程序設計》和《數據庫開發(fā)與應用》等專業(yè)選修課程，應及時根據行業(yè)需求，從人才培養(yǎng)方案、課程大綱和教學內容方面等各個環(huán)節(jié)進行升級和改造，讓學生接受最新知識，與市場和行業(yè)實現(xiàn)無縫對接。

(4)建立健全的課程評價體制

建立以能力為導向的計算機程序設計課程綜合評價機制，打通理論與實踐的評價機制。加大實踐環(huán)節(jié)的考核力度，制定完善的實踐課程考核方案，以學生的實踐動手能力和自主學習能力為主要考核目標，以學生的實踐作品為主要考核內容。

首先，在翻轉課堂教學過程中，重點考核學生教學的參與程度、自主學習的掌握程度、演示的作品的質量以及團隊的貢獻程度，激發(fā)學生自學學習和動手實踐的熱情。

其次，在實驗課的考核中，考核包括知識點、模塊測試和綜合測試等幾個部分，重點考核學生程序作品的質量、參與度。

最后，將課外學科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的成績也作為學生實踐考核的一部分，激發(fā)學生參與課外實踐的積極性。

2 方案分析

方案可行性強，操作性強，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)符合社會發(fā)展對人才的需求。隨著智能時代的到來，高等教育面臨巨大的挑戰(zhàn)。一個重要方面的原因就是，學生的自主學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力較低，不能適合智能社會發(fā)展的需要。因此，如何有效提高學生的自主能力、實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，既是社會關注的焦點，也是國內高等教育教學改革的熱點。

(2)符合學生求知需求。目前在校大學生已經明顯感覺到自己所學知識陳舊，知識面較窄，與社會和行業(yè)脫節(jié)，因此該方案符合當前學生的實際，滿足學生的需求。

3 總結

本文結合計算機科學與技術專業(yè)實際進行調研和分析，以“新工科”人才特征為目標導向，探究新工科背景下計算機程序設計課程教學模式。方案符合社會發(fā)展對人才的需求，符合以實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才培養(yǎng)目標。本文對“新工科”背景下計算機專業(yè)建設、人才培養(yǎng)模式具有一定的指導意義，并可以推廣到其它專業(yè)。