新工科背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的探索

百色學(xué)院信息工程學(xué)院 屈遲文

新工科建設(shè)對計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的程序設(shè)計(jì)能力提出了更高的目標(biāo)，要求計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)需要更加要滿足工程綜合實(shí)踐的需要。結(jié)合目前地方院校程序設(shè)計(jì)能力的現(xiàn)狀，通過分析程序設(shè)計(jì)類課程的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)過程中的問題，優(yōu)化程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式和內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力，并以項(xiàng)目驅(qū)動的程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的教學(xué)過程，建立以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的綜合評價(jià)體系，從而滿足新工科建設(shè)背景下程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)要求。

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能和區(qū)塊鏈等高新技術(shù)的不斷推進(jìn)，2017年2月教育部發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，標(biāo)志著新工科建設(shè)已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略層面。教育部先后組織國內(nèi)多位專家和多所名校對新工科的建設(shè)與實(shí)施開展了討論，最后出臺了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等指導(dǎo)性意見。為了能使工科教育適應(yīng)目前的教育實(shí)踐新形勢，國內(nèi)各大高校都在探索具體的實(shí)施策略。計(jì)算機(jī)類專業(yè)在工科教育中占有重要地位，其專業(yè)人數(shù)占整個(gè)信息類專業(yè)人數(shù)的50%左右。因此，計(jì)算機(jī)類專業(yè)建設(shè)是新工科建設(shè)中的關(guān)鍵。在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)全球化的背景下，計(jì)算機(jī)與各種工程技術(shù)不斷的融合，對計(jì)算機(jī)類專業(yè)的能力需求大幅度增加，而采用傳統(tǒng)教育模式的計(jì)算機(jī)類專業(yè)的畢業(yè)生缺乏分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。程序設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心內(nèi)容，對其進(jìn)行培養(yǎng)模式改革已經(jīng)迫在眉睫。

圖1 新工科背景下計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)具有4個(gè)層次的培養(yǎng)目標(biāo)

1 新工科背景下計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

1.1 程序設(shè)計(jì)課程的目的

程序設(shè)計(jì)與編寫能力是計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的核心就能，它決定整個(gè)計(jì)算機(jī)類畢業(yè)生的市場競爭能力。以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題為目標(biāo)的程序設(shè)計(jì)能力就是要使學(xué)生掌握如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件并結(jié)合硬件處理實(shí)際問題的能力。目前，地方院校的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類的課程主要包括程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語言）、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（JAVA程序設(shè)計(jì)語言，VC++程序設(shè)計(jì)）、Web程序設(shè)計(jì)（Asp.net程序設(shè)計(jì)，PHP程序設(shè)計(jì)）等，這類程序設(shè)計(jì)課程的主要內(nèi)容包含基本語法特征、算法的結(jié)構(gòu)、程序的設(shè)計(jì)思想等。新工科背景下的計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)具有4個(gè)層次的培養(yǎng)目標(biāo)，如圖1所示。

其中，第1層次和第2層次屬于新工科能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)教育階段，其目的是加強(qiáng)對程序設(shè)計(jì)基本技能的掌握。第3層次屬于專業(yè)教育階段。第4層次屬于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，處于新工科能力培養(yǎng)的第3個(gè)階段。

1.2 地方院校計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的主要問題

根據(jù)新工科建設(shè)的指導(dǎo)思想和要求，地方院校計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)教學(xué)中主要存在一下幾個(gè)問題：

（1）培養(yǎng)目標(biāo)與新工科建設(shè)要求具有一定的差異。新工科要求計(jì)算機(jī)類學(xué)生具備復(fù)合型的能力。當(dāng)前地方高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的課程設(shè)置時(shí)存在課程設(shè)置獨(dú)立，課程之間的知識點(diǎn)銜接不暢，缺乏知識體系的系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)。以《程序設(shè)計(jì)計(jì)程》這門課程為例，該課程主要在大學(xué)一年級的第2個(gè)學(xué)期開設(shè)的一門編程基礎(chǔ)性課程，其目的就是培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)思維。但在具體教學(xué)過程中，由于缺乏對當(dāng)前軟件開發(fā)領(lǐng)域的用途、發(fā)展趨勢和學(xué)科領(lǐng)域的相關(guān)知識，導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容盲目、難以培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)思維能力。

（2）教學(xué)內(nèi)容陳舊與教學(xué)模式單一，導(dǎo)致學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力不足。目前的程序設(shè)計(jì)課程（如C語言）的教學(xué)內(nèi)容依舊采用的陳舊的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)能容與時(shí)代行業(yè)規(guī)范的內(nèi)容相脫節(jié)。教學(xué)方式也基本上采用的是傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式，學(xué)生被動接收知識，忽視了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容理解和認(rèn)知程度，缺乏師生的互動，在一定程度上限制了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

（3）教學(xué)過程存在實(shí)驗(yàn)不足，學(xué)生動手能力弱。許多地方高校由于培養(yǎng)計(jì)劃總課時(shí)數(shù)的限制，對程序設(shè)計(jì)的上機(jī)實(shí)踐課時(shí)進(jìn)行壓縮，采用課后上機(jī)的模式，導(dǎo)致學(xué)生的編碼動手能力弱。其次，限于部分教師的實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的不足，造成教學(xué)與企業(yè)需求的嚴(yán)重脫節(jié)，培養(yǎng)的學(xué)生的素質(zhì)并不能滿足企業(yè)的需求。

圖2 基于新工科建設(shè)需求的程序設(shè)計(jì)培養(yǎng)模式圖

2 新工科背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)能力構(gòu)建

2.1 構(gòu)建新工科所需求的計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式

為了使地方院校計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)類課程滿適合于新工科建設(shè)要求，構(gòu)建了基于新工科建設(shè)需求的程序設(shè)計(jì)培養(yǎng)模式圖，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2中可以看出，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力首先需要與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合能力相互融合，針對不同興趣與特長的學(xué)生實(shí)施不同的教學(xué)方式，在培養(yǎng)學(xué)生基本程序設(shè)計(jì)技能的基礎(chǔ)上，把程序設(shè)計(jì)能力與具體的應(yīng)用相結(jié)合。如興趣是嵌入式開發(fā)的同學(xué)，在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)與計(jì)算機(jī)硬件的結(jié)合；興趣愛好是軟件開發(fā)的同學(xué)則加強(qiáng)與計(jì)算機(jī)具體軟件開發(fā)工具以及軟件工程相結(jié)合。強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自身的興趣愛好和特長為基礎(chǔ)加強(qiáng)學(xué)生的自主化教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)意識，從而構(gòu)建出適合新工程建設(shè)對計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)能力要求的人才培養(yǎng)模式。其次由軟件企業(yè)為學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)提供支撐平臺。地方院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的可持續(xù)化推進(jìn)，需要將軟件企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展與學(xué)校教育相互結(jié)合，為學(xué)生提供各種學(xué)習(xí)平臺和創(chuàng)新發(fā)展機(jī)會。同時(shí)培養(yǎng)的人也給企業(yè)的發(fā)展提供便捷的通道，縮短了由學(xué)校學(xué)生向企業(yè)職員轉(zhuǎn)變的時(shí)間。最后通過專業(yè)教育與社會環(huán)境的融合，教師和學(xué)生同時(shí)具備計(jì)算機(jī)工程項(xiàng)目建設(shè)的能力，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校教育與社會需求可以持續(xù)發(fā)展，從根本上實(shí)現(xiàn)新工科建設(shè)需求下的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式的構(gòu)建。

表1 程序設(shè)計(jì)類課程群的優(yōu)化和調(diào)整內(nèi)容

2.2 合理調(diào)整程序設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化程序設(shè)計(jì)能力知識體系

在充分理解和調(diào)研程序設(shè)計(jì)類各門課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，改變傳統(tǒng)教學(xué)時(shí)所采用獨(dú)立教學(xué)的模式，注重各門課程的銜接，對核心知識點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，減少在各門課程教學(xué)重復(fù)知識點(diǎn)。程序設(shè)計(jì)類課程群的優(yōu)化和調(diào)整內(nèi)容如表1所示。

2.3 以項(xiàng)目驅(qū)動的程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)方法，迫使學(xué)生被動的接收教師所講授的知識，學(xué)生缺乏主動思考且動手能力得不到保障。計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)能力要求比較高，知識點(diǎn)多且與時(shí)效性緊密結(jié)合，許多教師講解的知識點(diǎn)也落后于時(shí)代的步伐。項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式在地方院校中具有很強(qiáng)的生命力，它是由師生共同協(xié)作完成一個(gè)完整的工程項(xiàng)目而進(jìn)行的一種教學(xué)活動，在軟件培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中常采用此方式來提升學(xué)員的程序設(shè)計(jì)能力。在項(xiàng)目開發(fā)過程中，教師按照教學(xué)要求把教學(xué)內(nèi)容以項(xiàng)目的形式分解成若干個(gè)小項(xiàng)目，將知識點(diǎn)嵌入到每個(gè)子項(xiàng)目中，學(xué)生充分發(fā)揮其能動性，從而較容易地掌握相關(guān)知識點(diǎn)。

2.4 建立面向程序設(shè)計(jì)能力的綜合評價(jià)體系

程序設(shè)計(jì)類課程核心是分析問題的能力和編碼能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)程序時(shí)需要具備對求解問題的建模能力，高效的算法設(shè)計(jì)能力。在學(xué)生成績的評價(jià)機(jī)制方面，需要指定完善的考核方案，以學(xué)生的實(shí)踐動手和主動學(xué)習(xí)能力作為考核的主要指標(biāo)，避免考試能力強(qiáng)動手能力弱的缺陷。首先，在課堂教學(xué)中，重點(diǎn)考核學(xué)生參與教學(xué)的程度、作品的質(zhì)量、自主學(xué)習(xí)積極性和團(tuán)隊(duì)建設(shè)的貢獻(xiàn)度等幾個(gè)方面進(jìn)行考核，從而替代單一試卷考核方式。其次，把學(xué)生的參與程序設(shè)計(jì)大賽的成績作為平時(shí)成績的一部分，激發(fā)學(xué)生課后實(shí)踐的積極性。最后，實(shí)驗(yàn)課程主要依托學(xué)生的程序作品的質(zhì)量來考核學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度。

結(jié)束語：新工科建設(shè)是在新的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的背景下，由國家層面主動提出的一種戰(zhàn)略行動。在新工科背景下，地方院校的計(jì)算機(jī)類專業(yè)技術(shù)人才為國家和地方的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展注入了動力。本文通過對計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)課程群的分析與調(diào)研，以新工科建設(shè)中的人才能力需求為目標(biāo)，探索地方高校計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的模式。希望通過不斷對計(jì)算機(jī)類程序設(shè)計(jì)類課程的不斷改革，增強(qiáng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)思維能能力，從而進(jìn)一步提高學(xué)生求解復(fù)雜工程問題的能力。