基于工程教育認證的程序設計平臺課教法改革

石蘊玉 劉翔 湯顯 俞雷

摘要：基于工程教育專業認證，從學科基礎平臺課的角度分析了程序設計課程在講授過程中遇到的挑戰及問題，并為此緊密聯系工程教育認證的核心理念對該課程進行教法改革，重新梳理課程定位并整合面向對象程序設計課程的理論體系，對課程內容、實踐教學、授課方式等多方面進行了實踐探索，在此基礎上完善教學大綱、更新教學內容、建設教學資源庫和實驗案例資源庫，并根據授課對象的知識背景靈活把握教學方式，進而實現程序設計與專業問題的深度融合，培養學生具備應用信息技術對復雜工程問題進行預測、模擬和求解的能力。

關鍵詞：工程教育認證;程序設計類課程;學科基礎平臺課;教法改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）42-0099-03

一、引言

基于新工科建設背景，為了推進工程教育認證進程，學校及學院正積極進行培養計劃的全新變革，其中擔負培養計算思維能力的程序設計類課程作為學科平臺必修課，正處于各專業解決復雜工程問題的信息技術的執行層，理應順應新形勢的變化進行必要的課程改革，以實現程序設計與專業問題的交叉融合，從而培養學生的自主學習能力、認知能力、創新能力和工程實踐能力。

二、課程定位及改革背景

面向產業、面向世界、面向未來建設的新工科教育以新理念、新模式來培養具有可持續競爭力的創新型卓越工程人才，“問技術發展改內容，更新工程人才知識體系”。在工程類高校接受專業教育后，畢業生將面臨由信息化引發的“互聯網+”、“工業4.0”、“人工智能”等新興產業。新工科人才應具有學科交叉融合特征，其中最重要的即融合專業知識與信息技術，利用信息技術來進行專業領域內或學科專業之間的創造性與主動性工作。

我國加入“華盛頓協議”以來，學院各專業積極對標工程教育認證標準。在工程教育認證標準中，要求學生具備能夠應用信息技術對復雜工程問題進行預測、模擬和求解的能力;要求計算機類課程內容能夠對專業問題求解提供一種信息技術的支撐，使學生能夠運用信息技術解決復雜專業問題的能力。

在工程認證中，一個課程是否開設要看它是否對畢業要求有所支撐。在以往的學科平臺必修課中，程序設計類課程為《高級語言程序設計A》，以講述C語言的語法知識和初步的設計思維為主。經調研，我國高校工科專業均為本科學生開設了一門程序設計課程，主要以講授C語言為主，這證明此前的程序設計類課程已符合工程類院校學科的專業課程設置。

C語言作為一種面向過程的語言，可以提供初級規模的系統設計解決思路，一個系統的代碼如果不多，可通過面向過程思路將系統劃分為多個過程（多個函數+各類數據結構）進行系統設計。但當面向過程面對復雜的系統或復雜的世界時則突顯出其不足之處，對于學科各專業的畢業要求也體現了支撐能力的部分缺失。在復雜工程問題的求解中，如何更好地理解和抽象復雜問題變得更加重要，如何讓學生在快速掌握程序設計語言的同時，能夠采用該語言對專業問題進行求解則值得深入思考及探索。

面向學科平臺所有學生，體現計算思維和復雜問題設計求解的教學內容，是新工科背景下的程序設計類課程的基本問題。因而，《面向對象程序設計》作為全新建設的程序設計類課程，將開展面向過程向面向對象的轉變，這不僅符合學生思維特征和認知能力的發展，而且有助于推進多學科多專業的交叉融合，更好地體現其學科基礎平臺課的定位和作用。

三、教法改革探索

（一）總體目標及規劃

在明確程序設計類課程的建設背景和課程定位后，教法改革的總體建設目標是依托新工科思維進行深入的課程建設，在課程內容、實踐教學、授課方式等方面進行課程改革，確保以能力培養為導向、以學生發展為中心、以復雜問題求解為核心，推行科學、技術與工程貫穿一致的教學理念，致力于培養厚基礎、高層次、多樣化、創造性的多學科交叉創新型應用人才，具體可分為以下幾點：

1.進一步明確適應于學科基礎平臺課的面向對象程序設計課程框架體系及課程內涵，完善教學大綱，更新教學內容，根據授課對象的知識背景靈活把握教學方式。

2.重新理解并整合面向對象程序設計課程的理論體系，吸收基于面向對象程序設計的經典案例及創新發展，將主講教師的科研成果反哺于本科教學，在系統化的基礎上，以案例方式使之更加具體化。

3.以精益求精的態度完善教學課件，在此基礎上建設教學資源庫，包括課程大綱、教學安排、實驗安排、知識點歸納、項目案例分析等，確保教學資料的正確率以及傳播率。

4.提高實踐環節與理論內容的結合度，更新實驗內容，增強實驗內容之間的聯系，以循序漸進的方式逐步增加實驗內容的難度，建立實驗案例資料庫。

5.加強教學隊伍的建設，合理配置師資隊伍，增加教學經驗研討及教學方式實踐。

在課程規劃方面，將課程建設以授課時段為界，分為授課前、授課中、授課后這三個階段，每個階段應明確課程建設的建設背景及意義，在新工科教育理念的指導下完成相應的工作，具體工作可分為以下幾點：

1.授課前，根據新工科教育理念對面向對象程序設計課程進行深入思考及定位，優化課程體系結構，以體現其對各專業畢業要求的強有力支撐;重新梳理教學內容體系框架及組織方式，著眼于對學生能力的培養，以學生為中心，以產出為導向。

2.授課過程中，根據逐步優化的教學內容，對已有的授課講稿和電子講義進行補充、修改、完善，進行教材及相關資料建設，并及時發布給學生，聽取反饋意見;用多種工具，包括圖形圖像資料和模擬演示等來開發面向對象程序設計多媒體教學課件，以便于用于課程要點、難點的講解;用多種方式提升學生的學習興趣與課程參與度，并及時歸納總結授課效果，經教師研討后可對后續教學進行及時的修正。

3.授課結束后，全體任課教師需要對課程進行深度總結，通過考試、訪談等方式來查看學生是否已具備基本的專業信息技術素養，是否可以借助信息技術應用于專業領域內的工程問題;召開內部教學研討會，梳理教學目標的達成情況，以及對畢業要求的支撐強度。

（二）教學改革細則

1.教材及相關資料建設。本課程教材使用的是由清華大學出版的《計算機程序設計基礎教程：C++語言》。該教材遵循以計算思維能力培養為切入點的教學改革思路，以C++語言作為實現工具，介紹程序設計的基礎知識與基本方法。全書以實際問題的求解過程為向導，突出從問題到算法、再到程序的一種思維過程，強調計算機求解問題的思路引導與程序設計思維方式的訓練，既介紹C++語言在面向過程程序設計中的應用，又介紹C++語言在面向對象程序設計中的應用，重點放在程序設計的思想與方法上，因而該教材與本課程建設的背景相吻合。

通過本課程建設，將結合我校教學實際以及計算機新技術的發展重新修訂教學大綱，并依照教學大綱，完成面向對象程序設計教學資料庫的建設，在后續的工作中，將對教學資料庫進行有效總結，以出版適用于我院學科特點和專業特色的面向對象程序設計教程或教材。

2.實踐教學條件建設。面向對象程序設計是一門工具類課程，也是一門實踐性很強的課程，根據信息技術發展的需要，面向學科內全體學生，將深入調研各專業學生的應用前景，以問題求解為向導，以案例求解為基準，在本課程建設中，仔細籌劃并重新制定面向復雜工程問題的實驗教學內容，將理論教學與實驗教學進行結合。保證實驗教學內容可以涵蓋前期的課堂講授教學內容，并且難易程度符合當前授課對象的平均水平，可采用多級實驗題目的方式設置難易程度并進行不同評分方式，使全體學生通過這門課的學習，為后繼專業內課程的學習打下扎實的信息技術基礎。

3.網絡教學環境建設。在信息爆炸的時代，面向對象程序設計的教學在改革傳統教學理念、教學方法、教學手段的同時，更應充分利用網絡資源。通過這次課程建設，課程的教案、電子講稿、電子演講稿等教學資源將上網，保證在學習者中進行有效的傳播。教師隊伍將查找近期與面向對象程序設計相關的國內外網絡課程，借鑒課程內容的組織方案和講述方式，定期研討交流，并形成相應的研討報告，通過課程網站為學生進一步明確課程內容設置的原因和背景，以及明確需要學生進行課外閱讀或網絡學習的資源列表。在課程建設過程中，將通過網絡的在線編程平臺，通過布置編程作業等方式，增加學生的代碼編寫量，并培養學生的程序設計和問題求解能力。

4.教學方式實踐探索。在教學方法方面，除了啟發式、討論式、點突破等方法之外，還增加了產學合作的教學方式。在課堂上結合翻轉課堂、MOOC+SPOC等有效地調動學生的學習積極性，以激發學生的認知潛能，促使學生思考專業應用問題;每學期留一個專題對面向對象程序設計的創新技術應用展開討論，將理論與實際相結合，為學生畢業后的工作和繼續學習打下良好的基礎;在點突破的過程中加入案例式教學，通過模擬現實生活或工程場景中的一些問題，讓學生開拓思維，認識到面向對象編程思維在生產生活中的重要作用。隨著信息技術的發展，與時俱進地更新和整合課程的內容和教學理念，拓寬校企合作渠道，探索聘請知名企業的工程師來課堂講學等方式，提高了課程的教學質量和學生的學習興趣，增加學生求解復雜工程問題的信心。

四、結束語

基于新工科建設背景，面向工程教育認證進行學科平臺程序設計類課程的教法改革，能夠進一步明確面向對象程序設計課程框架體系及課程內涵，重新理解并整合面向對象程序設計課程的理論體系，完善教學大綱，更新教學內容，在此基礎上建設教學資源庫和實驗案例資源庫，并根據授課對象的知識背景靈活把握教學方式，進而實現程序設計與專業問題的深度融合，培養學生具備能夠應用信息技術對復雜工程問題進行預測、模擬和求解的能力。

參考文獻：

[1]伍李春，李廉.新工科背景下的計算機通識性課程建設[J].中國大學教學，2017，（12）：62-69.

[2]韋鈺，石蘊玉，曾國輝.新工科背景下的電氣工程專業實踐教學模式探究[J].中國現代教育裝備，2017，（277）：72-74.

[3]趙廣輝.面向新工科的Python程序設計交叉融合案例教學[J].計算機教育，2017，（8）：23-27.

[4]王婷，劉任任.新工科建設形勢下的計算機類專業人才培養方案[J].計算機教育，2018，（2）：10-13.

[5]黃賢英，曹瓊.新工科背景下《編譯原理》的重定位思考與實施[J].福建電腦，2017，（9）：78-79.