基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的軟件技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模式研究

摘要：針對(duì)軟件技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，提出基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的全新實(shí)踐教學(xué)模式，將課程的實(shí)踐教學(xué)分為基本技能強(qiáng)化、應(yīng)用技能提升和開拓創(chuàng)新3個(gè)階段，并設(shè)計(jì)具體教學(xué)策略，強(qiáng)調(diào)穩(wěn)扎穩(wěn)打地培養(yǎng)學(xué)生的軟件技能。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)計(jì)算能力；基本技能強(qiáng)化；應(yīng)用技能提升；開拓創(chuàng)新；作業(yè)自動(dòng)評(píng)測(cè)；助學(xué)資源

0 引言

目前，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信等信息技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，社會(huì)對(duì)當(dāng)今大學(xué)生的計(jì)算機(jī)技能要求越來越高。教師對(duì)于旨在構(gòu)建學(xué)生合理知識(shí)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)素質(zhì)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，必須進(jìn)一步深化教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，使他們能更好地適應(yīng)信息社會(huì)。而優(yōu)化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式和教學(xué)方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步體會(huì)到什么是信息化社會(huì)的學(xué)習(xí)模式和工作模式，是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)目標(biāo)之一。計(jì)算能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的核心任務(wù)，其技能要求如何滲透在教學(xué)中顯得尤為重要。

1 計(jì)算能力及其在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的研究現(xiàn)狀

計(jì)算能力指利用計(jì)算機(jī)求解現(xiàn)實(shí)問題的能力，主要包括以下3個(gè)方面。

1）計(jì)算思維。美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任周以真指出計(jì)算思維就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維是一種遞歸思維，采用抽象和分解的方法并行處理龐雜的任務(wù)或者設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)，其本質(zhì)就是抽象和自動(dòng)化。學(xué)會(huì)利用計(jì)算思維求解問題，是在當(dāng)今信息社會(huì)中使用計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問題的根本需求，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需求。

2）求解現(xiàn)實(shí)問題的能力。指應(yīng)用自然科學(xué)領(lǐng)域中的相關(guān)知識(shí)，借助非計(jì)算機(jī)手段進(jìn)行實(shí)際問題求解的能力，包括現(xiàn)實(shí)問題求解模型的建立、算法設(shè)計(jì)和算法分析等。

3）利用計(jì)算機(jī)的能力。指借助計(jì)算思維將現(xiàn)實(shí)問題抽象，用計(jì)算機(jī)手段解決原先使用自然領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行求解的問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的能力。這些問題包括現(xiàn)實(shí)問題中要處理的信息、信息之間的關(guān)聯(lián)、對(duì)信息進(jìn)行操作的算法等。這個(gè)能力需要通過學(xué)習(xí)大量的計(jì)算機(jī)課程知識(shí)養(yǎng)成，尤其是程序設(shè)計(jì)和軟件技術(shù)等計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程。

具備計(jì)算能力是信息化時(shí)代對(duì)人才的要求，也是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的培養(yǎng)目標(biāo)。軟件技術(shù)課程尤其強(qiáng)調(diào)，在學(xué)生具備從程序設(shè)計(jì)等先序課程獲得的基本計(jì)算能力之后，對(duì)其進(jìn)行拔高培養(yǎng)，使其具備使用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用或?qū)I(yè)領(lǐng)域中具有一定規(guī)模和難度的現(xiàn)實(shí)問題的能力，即培養(yǎng)其具有強(qiáng)計(jì)算能力。

目前，對(duì)于教學(xué)過程中學(xué)生計(jì)算能力的培養(yǎng)，國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行廣泛研究并取得一些成果。美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)等在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)時(shí)通過調(diào)整教學(xué)模式，充分強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生計(jì)算能力和計(jì)算機(jī)素質(zhì)的培養(yǎng)。這些大學(xué)的教師在授課時(shí)集中全部力量，采用短、平、快的方式平穩(wěn)度過程序設(shè)計(jì)的語言教學(xué)期，如采用3～4周時(shí)間集中進(jìn)行語言基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，并輔以大量初級(jí)練習(xí)來鞏固學(xué)生對(duì)于語言基本知識(shí)的掌握程度。在學(xué)生熟練掌握語言基本應(yīng)用后，教師用更長(zhǎng)的實(shí)踐課時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，通過讓學(xué)生完成一個(gè)項(xiàng)目的形式，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生使用程序設(shè)計(jì)語言解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力。

而在國(guó)內(nèi)，由于受教育資源和傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，大多數(shù)學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)還沒有提升到培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算能力的高度上。軟件技術(shù)等大部分計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)還需要進(jìn)行力度更大、層次更高、理念更新的改革，以滿足信息時(shí)代對(duì)學(xué)生計(jì)算能力的需求。

2 軟件技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

由于受教育資源和傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)校的軟件技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)仍多采用以下2種方式。

1）課后作業(yè)。課堂教學(xué)后，教師預(yù)留作業(yè)，學(xué)生寫出紙質(zhì)版的程序或上機(jī)編程并呈交教師

2）上機(jī)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，在真實(shí)編程環(huán)境中完成教師給出的實(shí)踐任務(wù)，完成后當(dāng)場(chǎng)提交教師批閱。

另外，也有一些學(xué)?？紤]安排學(xué)生進(jìn)行課程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究。盡管如此，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式仍存在許多不足，如要求不嚴(yán)謹(jǐn)、訓(xùn)練強(qiáng)度低、教師指導(dǎo)力度不夠、評(píng)價(jià)有失公正、教師無法精準(zhǔn)掌控學(xué)生情況、不能體現(xiàn)對(duì)學(xué)生計(jì)算能力的培養(yǎng)、無法培養(yǎng)和提升學(xué)生的開拓創(chuàng)新能力等。

軟件技術(shù)課程是在程序設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生進(jìn)行更高層次計(jì)算能力——強(qiáng)計(jì)算能力的培養(yǎng)。該課程本身的強(qiáng)實(shí)踐性特質(zhì)決定了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)將會(huì)對(duì)整個(gè)教學(xué)過程產(chǎn)生舉足輕重的決定作用。因此，筆者通過調(diào)研，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足進(jìn)行教學(xué)改革思考，設(shè)計(jì)促成學(xué)生強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)策略，并開發(fā)相關(guān)的教學(xué)資源和輔助平臺(tái)，最終提出基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的軟件技術(shù)課程全新實(shí)踐教學(xué)模式。

3 以強(qiáng)計(jì)算能力為目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)模式

軟件技術(shù)課程對(duì)學(xué)生的計(jì)算機(jī)素質(zhì)要求較高，對(duì)其利用計(jì)算機(jī)求解現(xiàn)實(shí)問題及本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用問題的能力要求較高。因此，該課程在學(xué)生具備初步的計(jì)算機(jī)抽象能力和現(xiàn)實(shí)問題求解能力基礎(chǔ)上，進(jìn)行學(xué)生強(qiáng)計(jì)算能力的培養(yǎng)。

通過剖析計(jì)算能力的構(gòu)成和分析學(xué)生的知識(shí)體系、具體應(yīng)用需求可知，要使軟件技術(shù)課程在先序課程的基礎(chǔ)上增強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)素質(zhì)，提高學(xué)生的計(jì)算能力水平，教師就需要給學(xué)生一種專業(yè)的、更貼近實(shí)際問題的技術(shù)指導(dǎo)，從網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、圖形圖像、多媒體、嵌入式軟件等各大方向給予學(xué)生技術(shù)支持，給學(xué)生介紹常態(tài)軟件開發(fā)規(guī)律、常用的技術(shù)手段和技術(shù)路線。

筆者提出的基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的軟件技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革，使學(xué)生通過實(shí)踐掌握課程的每個(gè)知識(shí)單元，熟練應(yīng)用各種技術(shù)手段，將現(xiàn)實(shí)問題求解能力轉(zhuǎn)換為利用計(jì)算機(jī)求解本專業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問題的能力以及學(xué)生所需的強(qiáng)計(jì)算能力，滿足信息化時(shí)代對(duì)創(chuàng)新型人才的要求。

3.1設(shè)計(jì)理念

基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的軟件技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)模式將實(shí)踐教學(xué)分為3個(gè)階段。

1）基本技能強(qiáng)化階段。計(jì)算機(jī)的基本技能是學(xué)生從大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和程序設(shè)計(jì)課程中獲得的，它培養(yǎng)學(xué)生的基本計(jì)算思維能力和簡(jiǎn)單的現(xiàn)實(shí)問題求解能力。該階段的任務(wù)是幫助學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化這種能力，使學(xué)生能夠串聯(lián)所學(xué)的計(jì)算機(jī)知識(shí)并構(gòu)建知識(shí)體系，為在后續(xù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的能力和實(shí)現(xiàn)最終教學(xué)目標(biāo)作準(zhǔn)備。

2）應(yīng)用技能提升階段。本階段協(xié)助學(xué)生將基本技能轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)較高層次的應(yīng)用技能，讓學(xué)生能夠借助更專業(yè)的數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、多媒體以及界面編程技術(shù)嘗試解決實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中較復(fù)雜的應(yīng)用問題，以及本專業(yè)領(lǐng)域中具體的應(yīng)用問題。

3）開拓創(chuàng)新階段。教師通過課程設(shè)計(jì)的形式，鼓勵(lì)學(xué)生從提供的選題列表或自己的專業(yè)中選擇一個(gè)具有一定難度和規(guī)模的實(shí)際問題，嘗試使用某種程序設(shè)計(jì)語言工具、高級(jí)的編程技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)，對(duì)該實(shí)際問題進(jìn)行分解、抽象、子問題求解、系統(tǒng)集成等，完成對(duì)該實(shí)際問題的求解；同時(shí)借此培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力、開拓創(chuàng)新能力、使用計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問題的能力，以使學(xué)生具備強(qiáng)計(jì)算能力。

3.2配套教改措施

為了貫徹這種新實(shí)踐教學(xué)模式的設(shè)計(jì)理念，需要對(duì)課程實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行研究與改革。

1）實(shí)踐教學(xué)體系改革。教師根據(jù)強(qiáng)計(jì)算能力對(duì)課程的教學(xué)需求，設(shè)計(jì)從程序設(shè)計(jì)課程到軟件技術(shù)課程的內(nèi)容銜接方法，提出對(duì)學(xué)生進(jìn)行提高計(jì)算機(jī)素質(zhì)培養(yǎng)的方法，同時(shí)研究包含各種高級(jí)編程技術(shù)和軟件開發(fā)技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)策略。

2）題庫的研究和建設(shè)。由于在新的實(shí)踐教學(xué)模式中，前2個(gè)階段強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過高強(qiáng)度的飽和訓(xùn)練達(dá)到對(duì)計(jì)算機(jī)基本應(yīng)用技能的鞏固吸收，因此教師針對(duì)前2個(gè)教學(xué)階段設(shè)計(jì)了內(nèi)容豐富、難度適中、知識(shí)和技術(shù)連貫的實(shí)驗(yàn)任務(wù)題庫，保證學(xué)生能夠通過題庫中設(shè)置的各個(gè)子實(shí)驗(yàn)任務(wù)按部就班地完成這2個(gè)實(shí)踐教學(xué)階段的培養(yǎng)任務(wù)。同時(shí)，該題庫為學(xué)生提供了在第3個(gè)教學(xué)階段進(jìn)行開拓創(chuàng)新所需的技術(shù)難度和工作量都適中的課程設(shè)計(jì)選題，保證學(xué)生能夠有壓力但不過壓地完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，從而挖掘?qū)W生的最大潛力，幫助其具備盡可能強(qiáng)的計(jì)算能力。

3）助學(xué)資源的探索。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式中，由于教師分身乏術(shù)、精力有限，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法得到及時(shí)的技術(shù)指導(dǎo)，從而使課程教學(xué)效果無法得到保障。因此，新的實(shí)踐教學(xué)模式針對(duì)這個(gè)問題設(shè)計(jì)和制作了多種形式的助學(xué)資源，如課堂視頻錄像、實(shí)驗(yàn)任務(wù)解析錄像和網(wǎng)頁、案例演示與講解錄像等，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布，使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地獲得詳細(xì)的技術(shù)指導(dǎo)，在最大程度上為學(xué)生創(chuàng)建優(yōu)良的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

4）相關(guān)教學(xué)軟件平臺(tái)的研究和開發(fā)。新的實(shí)踐教學(xué)模式開發(fā)了作業(yè)管理系統(tǒng)、作業(yè)自動(dòng)評(píng)閱系統(tǒng)、作品展示系統(tǒng)等相關(guān)教學(xué)軟件平臺(tái)輔助教學(xué)，減輕了教師工作量，使教師的工作相比以前更為輕松，只有原來工作量的30%。

3.3主要特色

基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的軟件技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)模式主要有以下特色。

1）將強(qiáng)計(jì)算能力的培養(yǎng)作為課程教學(xué)目標(biāo)，符合信息化時(shí)代對(duì)人才的要求，順應(yīng)課程的發(fā)展形勢(shì)，首次將課程的教學(xué)高度從軟件或工具教學(xué)提高到更高層面的軟件技術(shù)體系教學(xué)。

2）分階段執(zhí)行和管理課程的實(shí)踐教學(xué)，使實(shí)踐教學(xué)過程規(guī)范化和體系化。

3）具備豐富的助學(xué)資源，為學(xué)生創(chuàng)建良好的自主學(xué)習(xí)和持久學(xué)習(xí)環(huán)境。

4）具備完善的教學(xué)軟件群，使課程的實(shí)踐教學(xué)工作執(zhí)行起來更規(guī)范、更高效，克服了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中人工操作帶來的諸多問題。

5）大幅減輕任課教師的工作負(fù)擔(dān)。

3.4解決的關(guān)鍵問題

采用基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)模式可以解決該課程教學(xué)中存在的一系列問題。

1）解決了與先序課程的銜接及本課程教學(xué)層次提高問題。新的實(shí)踐教學(xué)模式將先序的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和程序設(shè)計(jì)課程與軟件技術(shù)課程進(jìn)行良好銜接。

2）解決了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中實(shí)踐力度不夠和實(shí)踐教學(xué)不規(guī)范、不成體系的問題。

3）解決了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中教師指導(dǎo)力度不夠，學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)境不完善的問題。

4）克服了傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師精力有限、工作負(fù)擔(dān)難以承受的問題，使教師有更多精力思考如何優(yōu)化課程教學(xué)過程以及如何將課程的體力教學(xué)轉(zhuǎn)換為智慧型教學(xué)的策略。

3.5試行效果

我們從以下幾個(gè)方面描述基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)模式在西北工業(yè)大學(xué)的試行效果。

2011年，學(xué)習(xí)軟件技術(shù)課程的學(xué)生人均完成40道用于基本技能鞏固和應(yīng)用技能提升的編程題，每題的平均程序行數(shù)達(dá)到50行以上，并且所有程序都得到了詳細(xì)的批閱；同時(shí)每個(gè)學(xué)生都完成了一個(gè)功能相對(duì)復(fù)雜和完善的實(shí)際應(yīng)用求解問題，以作為課程設(shè)計(jì)作業(yè)，平均程序行數(shù)達(dá)2000行，這在以前是不可想象的。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，超過2/3的學(xué)生選擇以程序和軟件開發(fā)為核心的題目，他們積極參與微軟及騰訊等公司舉行的各種軟件競(jìng)賽、校級(jí)三航杯競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等。同時(shí)，教師的“體力教學(xué)”工作量大幅度降低，教師有更多的精力思考教學(xué)改革措施，教學(xué)效果良好。

4 結(jié)語

基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的軟件技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模式，滿足信息時(shí)代對(duì)學(xué)生成為創(chuàng)新型人才的要求，它讓學(xué)生穩(wěn)打穩(wěn)扎地具備較強(qiáng)的計(jì)算能力，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作打下良好基礎(chǔ)。同時(shí)，它大大減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，使教師能夠有更多精力思考課程改革策略和方向，而不是疲于完成教學(xué)任務(wù)。因此，基于強(qiáng)計(jì)算能力培養(yǎng)的軟件技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模式是值得推廣的優(yōu)秀實(shí)踐教學(xué)模式。

（編輯：宋文婷）