基于能力培養(yǎng)的程序設計基礎教學改革和實踐

馬虹　陳玉芳

摘 要： 在程序設計基礎課程的教學中，采用傳統(tǒng)的教學模式和方法已經不能滿足軟件產業(yè)快速發(fā)展對高素質軟件人才培養(yǎng)的需求。為此，以能力培養(yǎng)為教學目標，對程序設計基礎這門課程的教學內容、教學過程、教學模式和方法、考核方式等進行了改革和實踐。實踐表明，學生的程序設計能力及綜合素質均得到了提高。

關鍵詞： 程序設計基礎； 高素質軟件人才； 能力培養(yǎng)； 程序設計能力

中圖分類號：TP312 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）03-54-03

0 引言

印度、愛爾蘭在軟件產業(yè)的發(fā)展上都取得了巨大成功。究其原因，除了與政府的全方位支持，精準的市場定位，合理的業(yè)務選擇等因素息息相關以外，更重要的是依賴于源源不斷進入軟件行業(yè)的高素質軟件人才。高校培養(yǎng)是這些國家軟件人才培養(yǎng)的主要途徑之一。其軟件教育的共同特點是課程根據軟件企業(yè)的需求進行設置，重視通過課程使學生接觸新技術、新理念，把實際應用培訓和綜合能力的培養(yǎng)擺在第一位，從而使學生畢業(yè)后能快速進入工作角色[1]。中國軟件產業(yè)近年來也快速崛起，這為軟件相關課程的教學帶來了無限生機，更帶來了巨大挑戰(zhàn)。怎樣緊跟軟件產業(yè)快速發(fā)展的步伐，怎樣在教學過程中提升學生的綜合素質和能力，特別是工程應用能力，使他們成為符合我國軟件產業(yè)發(fā)展需要的人才，是每一個軟件課程教師都需要面對的問題。

1 程序設計基礎教學現(xiàn)狀

程序設計基礎是軟件工程專業(yè)的第一門專業(yè)基礎課。開設這門課程的主要目的是幫助學生初步建立計算思維，掌握程序設計的一般方法，具備基本的程序設計能力；同時加強學生的專業(yè)修養(yǎng)，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，為后續(xù)課程的學習打下堅實基礎。然而在該課程的傳統(tǒng)教學中存在一些問題。

一是在課程改革、課時壓縮的大背景下，學時非常緊張。

二是該課程的理論教學長期以教師講授為主，學生處于被動聽課的學習狀態(tài)；在理論教學中側重語法知識、概念地講解，對算法設計、程序實現(xiàn)過程的講解不夠。因此，學生難以體會程序設計中的挑戰(zhàn)和樂趣，缺乏主觀能動性，課堂教學效率較低。

三是實訓環(huán)節(jié)側重解決書后題目，而這些題目大多是書本例題的類題演練，學生往往是依葫蘆畫瓢，綜合能力難以得到真正提高。因此課程結束后，很多學生仍然陷入了“學了程序設計，遇到實際問題卻不會靈活運用所學知識進行程序設計，甚至不知道應該如何下手”的怪圈。

四是忽視培養(yǎng)學生良好的編程習慣，為后續(xù)學習、工作留下隱患。

五是考核方式單一。目前的考試主要以筆試為主，側重考核學生對重要知識點的記憶，很難對學生實際編程能力作出客觀、全面的評價。

這些問題導致了所培養(yǎng)的學生與我國軟件產業(yè)實際人才需求產生脫節(jié)。要適應軟件產業(yè)飛速發(fā)展對軟件人才培養(yǎng)的要求，就必須著力解決上述問題，對現(xiàn)有的教學進行改革。

2 具體改革措施

2.1 轉變教學理念

在整個教學過程中，始終以“適應軟件產業(yè)的發(fā)展需要，培養(yǎng)學生綜合能力”為教學目標，緊緊抓住“程序設計”這條主線，以學生為主體，以教師為主導，開展教學活動。即，教學內容的選擇、教學過程的設計和實施、教學模式和方法的改革、學生考核方式的調整等每一環(huán)節(jié)都緊緊圍繞“能力培養(yǎng)”這一核心。

2.2 精心設計教學

程序設計基礎教學包括理論教學和實踐教學，二者特點不同，因此，在教學設計上應采取不同的策略。

2.2.1 理論教學改革

我校是以C語言作為程序設計基礎的教學語言。C語言的概念多，語法規(guī)則復雜。過分強調語法規(guī)則和細節(jié)，容易讓學生感到枯燥無味，失去興趣；更重要的是，由于課時緊張，教師沒有足夠的時間剖析編程思路和算法設計，這就容易誤導學生舍本逐末，難以掌握程序設計的精髓。因此，必須對教學內容進行合理的裁剪和編排，對理論知識，采用抓“大”放“小”和“精講多練”的原則，例如：對于格式化輸入、輸出等知識點，學生完全可以在自學基礎上，通過案例、練習逐步掌握。教師只需要在課堂上花很少的時間進行總結、點撥。而循環(huán)、函數、指針等內容既是課程的重點又是難點，因此對這些部分教學內容就要進行精心的設計。

對于重點、難點內容的講解，為激發(fā)學生的學習興趣，可選取恰當的案例，以任務為驅動，講授程序設計的基本概念和方法。具體做法是，首先提出一個問題或任務，然后和學生一起利用已有知識對問題進行分析。如：明確已知條件；需要解決什么問題；如何將大任務合理地分解為若干小任務；這些小任務之間有什么關聯(lián)；哪些小任務是運用已有知識和技巧可以解決的；哪些解決不了；整個問題的難點在哪里，應該如何應對，可以采用什么數學模型去處理這個問題，怎樣設計C語言程序求解這個數學問題等等。通過這樣的方式引導學生一步步地整理出算法并編程實現(xiàn)。在整個過程中，要多設問題，要努力讓學生主動思考，使學生成為學習主體，減少教師的單向灌輸，僅作必要講授。講授時，重點應放在思路、算法分析和程序設計、實現(xiàn)上。只講解一些最主要的語句，對于細枝末節(jié)的語法點少講，甚至不講，讓學生在閱讀或編寫程序的過程中逐步去理解和體會。

進一步，在教學過程中培養(yǎng)學生的思維能力和動手能力，鼓勵學生探索、研究和創(chuàng)新。例如，對于同一個任務，給出不同設計方案，最好是鼓勵學生提出不同的解決思路，再引導學生自己分析對比，找出最佳方案。在教學設計時，還可以在案例中設置一些伏筆，和學生一起對問題進行深入的挖掘和探討。培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力。

另外，在教學的每一個環(huán)節(jié)，教師要多考慮學生的實際情況，多思考怎樣才能有利于調動學生的積極性。特別是對于教學重點、難點，在進行案例的選取，項目（問題）的設計時要由易到難，在教學過程中循序漸進，通過多方位的講解和訓練，找到學生不易掌握的癥結，舉一反三，反復練習，使學生融會貫通，真正掌握，提升解決問題的能力。

2.2.2 實踐教學改革

為了提高學生的實戰(zhàn)能力，按照“學中做，做中學”工程教育的理念，精心設計了簡單項目模仿、簡單實用項目設計、復雜項目進階設計、課程大作業(yè)四種實踐形式。采用循序漸進、螺旋上升的實訓模式，對重點技能反復訓練、強化，逐步培養(yǎng)和提高學生的綜合能力。

簡單項目模仿。在開課初期，通過對簡單案例的模仿，讓學生熟悉程序設計、實現(xiàn)、調試的流程。學生通過這個過程可以獲得成就感，消除對程序設計的恐懼心理，產生學習興趣，為后續(xù)學習打下堅實的基礎。

簡單實用項目設計。針對相關教學要求，設計一些源于學習生活的，趣味性強的實用項目，例如：計算器、擲骰子等讓學生進行程序設計，通過此類項目訓練，可以提高學生抽象思維能力和實際編程能力。

復雜項目進階設計。指導學生從一個功能非常簡單的程序開始，逐漸根據所學新知識進行功能完善，最后形成一個設計較為合理、功能較完善、代碼較長的程序。例如學生信息管理系統(tǒng)。這種從小到大、循序漸進的螺旋式程序設計方式可以降低程序設計難度，把握各章節(jié)知識之間的前后聯(lián)系，非常自然地調動學生的參與積極性，樹立學生的自信心。從而使學生的程序設計、實現(xiàn)和調試能力逐步提高。

課程大作業(yè)。在本課程的設計階段，將學生分組，每組4～5人，選擇一個課程大作業(yè)，課程大作業(yè)具有一定的難度，必須通過團隊合作完成。這種形式不但能提高學生的程序設計能力，還可以鍛煉學生自學能力、溝通交流能力和團隊合作能力。

在編程的過程中，要求學生養(yǎng)成良好的編程習慣，例如：要求學生對程序構思必須進行詳細說明；對變量必須加注釋；學會如何調試程序；盡量使程序優(yōu)化；還要求對程序的運行結果做正確與否的判斷和分析。學生在編寫大量程序之后，就會由“量”的積累產生“質”的飛躍。

2.3 綜合采用多種教學模式

在教學發(fā)展進程中，產生了多種教學模式。課堂教學模式是指課堂教學的組織模式[2]。雖然當今的教學模式都是堅持學為導向[3]，但是每種教學模式都有它的優(yōu)勢，也存在一些不足，不同的模式適用于不同的教學內容。為了取得更好的教學效果，在程序設計基礎課程的教學中我們綜合采用了多種教學模式。

基于案例的教學。對于一些比較抽象的內容，可以從學生比較熟悉的案例入手，引入教學內容，驅動教學。采用“任務分析-設計論證-程序實現(xiàn)-代碼測試-總結推廣”的教學思路，將枯燥知識點的講解融于案例分析，使抽象知識形象化。

討論式教學和探究式教學。對于一些深層次，比較深奧難理解，或者是案例中應用性較強，有多種解決方案的內容，可以采用分組討論和探究相結合的教學方法。學生在積極參與討論的過程中，就能主動思考，取長補短，集思廣益，進行創(chuàng)造性的學習；教師也能根據討論的情況，發(fā)現(xiàn)學生在學習中存在的問題，因勢利導，適時做出點評，還可以根據學生討論的情況，提出一些更深層次的問題，從而把學生的學習引向課外，繼續(xù)對知識進行更深層次的探索和思考。通過這種訓練，讓學生學會質疑、學會批判、學會探索，培養(yǎng)主動獲取、創(chuàng)造新知識的能力。

啟發(fā)式教學。對于一些重點、難點，可以從淺顯的道理、例子入手，通過多提問，逐步啟發(fā)的方式，引導學生積極思考，將問題講清、講透，使學生能觸類旁通，達到教學目的。

分組教學。對于課程大作業(yè)，采用分組教學的方式，每小組4～5人，各小組根據選擇的題目，進行分析和研究，查閱、自學相關的文獻資料，確定解決方案，進行分工，合作完成，最后分組答辯、評分。整個過程以學生獨立完成為主，教師只提供必要的輔導。通過這種“做中學”，“學中做”的教學方式，進行實際軟件開發(fā)模擬演練，進一步激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)他們分析、解決實際問題的能力，探索創(chuàng)新能力、交流溝通能力和團隊合作能力。

“學生教學”的教學方式。教學中還嘗試了“學生教學”，即提前將教學任務布置給學生，學生為了把相關內容講述清楚，必須認真學習書本內、外知識，直到對這部分內容掌握得非常透徹。實踐表明，通過這種教學方式能收到良好的教學效果，學生自主學習能力、歸納總結的能力、表達能力得到很大提升。

2.4 采用新的考核方式

配合教學內容、過程、模式的改革，我們建立了一個多元化、完善的考核評價體系，該體系注重對學生學習過程的考核，同時考核重點放在對知識的應用而不是簡單記憶。整個考核體系包括三部分。

平時成績。占30%，主要用來對學生學習過程進行評價。包括出勤率、作業(yè)上交情況、平時考試等。增加平時考試可以將學習和教學效果及時反饋給學生和老師，便于教與學的快速調整。

實訓成績。占30%，對于前三種實訓方式，按學生的課堂表現(xiàn)及實訓作業(yè)的完成情況和質量綜合打分。對于大作業(yè)，則根據學生參與積極性、團隊合作能力、溝通交流能力，在項目開發(fā)過程中所起作用等，通過答辯、學生自評與互評、老師評價等給出綜合成績。實訓總成績?yōu)檫@兩項的加權平均。

期末上機考試成績。占40%，期末采用機考，內容分三部分：選擇題，通過簡單程序的閱讀，考察學生對基礎知識的掌握；程序閱讀題，用以考察學生閱讀較復雜程序的能力；程序設計題，考察學生程序設計的能力。期末考試不僅僅是考核學生對基本理論、基本知識和基本技能的掌握，更側重考核學生對知識的融會貫通和靈活運用能力。

對于參加學校承認的競賽和科研項目，并獲得一定成果的學生，獎勵額外不超過10分的創(chuàng)新分數（課程綜合成績以100分封頂）。

實踐證明，這種評價方式更加注重對學生的學習過程、綜合素質和能力的評價，評價結果更公正、合理。

2.5 鼓勵學生通過網絡等多種渠道自主學習

課堂教學并非教學的終點。大學生已經具備了自主學習的能力。尤其是計算機，完全可以通過自學從實踐中獲得真知。因此，我們在教學過程中不斷給學生推薦國內外優(yōu)秀的自測練習平臺、精品課程網站、ACM網站；另外，也逐步建設資源豐富的課程教學網站，為學生提供教學課件、重難點剖析、參考書籍、自測練習等網絡教學資源幫助學生拓展學習空間，滿足基礎不同的學生個性化學習的需求。

2.6 鼓勵學生參加競賽，利用學科競賽，促進教學

積極鼓勵、指導學生參加ACM程序設計、軟件設計大賽、服務外包大賽，使學生通過參加這些高水平比賽與優(yōu)秀學生同臺競技，開闊自己的眼界，增長見識。教師在指導學生參加比賽的過程中，也會發(fā)現(xiàn)教學中存在的一些問題，便于改進教學。

3 結束語

本課程以“適應軟件產業(yè)的發(fā)展需要，培養(yǎng)學生綜合能力”為目標，對課程的理論和實踐教學內容，以及教學過程進行了重新設計，對教學模式和方法、考核方法進行了改革，對學生的課外學習途徑進行了拓展。實踐表明，通過改革，這門課程的教學取得了良好的效果，具體表現(xiàn)在①絕大多數學生進行程序設計、實現(xiàn)、調試的能力以及溝通交流、團隊合作都得到了顯著提高。②學生對程序設計產生了濃厚興趣，有多名學生入選校ACM集訓隊，有一名學生獲得2012年度和2013年度ACM國際大學生程序設計競賽亞洲區(qū)成都站的銅牌，有五名學生獲得校服務外包大賽二等獎。③學生普遍反映，由于該門課程打下的堅實基礎，后續(xù)課程的學習更輕松。

以“能力培養(yǎng)”為教學目標符合工程人才培養(yǎng)要求，這一思路可為C++、Java等相關程序設計類的課程教學提供有益的參考。

參考文獻：

[1] 王哲，武亞蘭.印度河愛爾蘭服務外包發(fā)展模式比較研究及其對中國

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[3] 王文靜.中國教學模式改革的實踐探索——“學為導向”綜合型課堂

教學模式[J].北京師范大學學報，2012.1：18-24