計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐類課程的項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法

文章編號(hào)：1672-5913（2015）07-0047-04

中圖分類號(hào)：G642

摘要：分析傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐類課程所面臨的問題，針對(duì)課題陳舊、技術(shù)滯后等現(xiàn)狀，提出一種基于項(xiàng)目導(dǎo)向的實(shí)踐類課程教學(xué)方法，指出該方法不僅可以提高學(xué)生參與實(shí)踐類課程的積極性，有助于改善教學(xué)效果，還可以為教師實(shí)施科研項(xiàng)目提供一定的軟件測(cè)試依據(jù)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專業(yè)；實(shí)踐類課程；項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法

0 引 言

計(jì)算機(jī)實(shí)踐類課程如程序設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)等是計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要基礎(chǔ)性課程，對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生編程能力、思維模式和實(shí)踐能力的培養(yǎng)起到舉足輕重的作用。實(shí)踐類課程通常是在學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)某種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，教師通過設(shè)置和指導(dǎo)涵蓋綜合知識(shí)點(diǎn)的程序或軟件開發(fā)課題，期望學(xué)生通過課題的實(shí)踐鞏固高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言語(yǔ)法和邏輯的一種直接而可行的方式。然而，大多數(shù)情況下，教師所設(shè)置的課題較為陳舊，多為各類信息管理系統(tǒng)或者傳統(tǒng)算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，少數(shù)甚至與當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)背景脫節(jié)，因此導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)踐類課程的認(rèn)知度下降，抑制學(xué)習(xí)和探索的興趣，從而影響實(shí)踐類課程的設(shè)置初衷和實(shí)際效果。

項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法是依托教師引導(dǎo)和學(xué)生實(shí)施而共同完成科研項(xiàng)目某個(gè)部分的教學(xué)方法，本質(zhì)上屬于建構(gòu)主義模式下的一種新型教學(xué)方法。著名的心理學(xué)家皮亞杰提出的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，興趣對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性不言而喻；教育心理學(xué)家認(rèn)為，學(xué)習(xí)興趣是一種力求認(rèn)識(shí)世界、渴望獲得各種知識(shí)的主觀意識(shí)傾向，這種傾向?qū)τ趯W(xué)習(xí)的效率和效果起著重要的作用。學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生興趣后會(huì)處于積極主動(dòng)狀態(tài)，可以達(dá)到自主學(xué)習(xí)的目的。教師是意義建構(gòu)的幫助者和促進(jìn)者，而不是知識(shí)的提供者和灌輸者；學(xué)生是知識(shí)信息處理的主角，是意義建構(gòu)的主動(dòng)者，而不是被動(dòng)接收者。

在項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法的實(shí)施過程中，教師需要根據(jù)實(shí)踐課程的時(shí)長(zhǎng)和學(xué)生的接收程度抽象、簡(jiǎn)化出科研項(xiàng)目中具體任務(wù)；學(xué)生以研究小組為單位，集體制訂研究計(jì)劃和任務(wù)分工，通過項(xiàng)目任務(wù)的理解、探索和解決等步驟達(dá)到提高專業(yè)技能和動(dòng)手能力的目的。

1 計(jì)算機(jī)實(shí)踐類課程現(xiàn)狀及存在問題

1.1 計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生特點(diǎn)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速并逐步趨于成熟，日常生活中充斥著各種計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，極大地便利了人們的生活，因此大學(xué)生基本都具備一些計(jì)算機(jī)方面的常識(shí)，而作為計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生則更加關(guān)注專業(yè)相關(guān)技術(shù)的最新進(jìn)展及新型技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)專業(yè)知識(shí)有著更深更廣的涉獵，重視計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，在實(shí)踐類課程開始之前已經(jīng)打下良好的基礎(chǔ)。此外，教師在對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)上通常更側(cè)重其獲取新知識(shí)、應(yīng)用新知識(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作以及自主創(chuàng)新等方面能力。這些特點(diǎn)都為項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法的開展提供了必要條件，使得在實(shí)踐類課程中引入科研項(xiàng)目具有可行性。

1.2 現(xiàn)有教學(xué)法及缺點(diǎn)

現(xiàn)有應(yīng)用于實(shí)踐類課程教學(xué)的教學(xué)方法主要包括任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、案例分析教學(xué)法和競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)是以任務(wù)為主線開展的教學(xué)方法，是一種探究式教學(xué)模式，在實(shí)施步驟上與項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)法比較類似，但是任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)通常使用背離前沿技術(shù)的課題并且在實(shí)施過程中沒有教師的主導(dǎo)參與，包括研究背景介紹、課題抽取和多指標(biāo)評(píng)價(jià)等，因此計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的參與積極性不高，教學(xué)效果也受到限制。案例分析教學(xué)的核心是鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)對(duì)問題分析及解決過程的想法，通過教學(xué)雙方互動(dòng)研討，學(xué)生在解決課題的實(shí)踐中掌握知識(shí)、熟練技能、側(cè)重實(shí)用，但這種方法缺乏團(tuán)隊(duì)成員之間的交流和協(xié)作，沒有形成項(xiàng)目學(xué)習(xí)的共同體，不利于學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作能力的培養(yǎng)和開放性思維的形成。競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中成果評(píng)定一般都取決于最終程序的操作效果，因此學(xué)生往往關(guān)注程序的功能是否實(shí)現(xiàn)，而忽略程序?qū)崿F(xiàn)方法的選擇和取舍。

1.3 項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法的引入

計(jì)算機(jī)實(shí)踐類課程期望能夠鞏固學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、提高動(dòng)手能力和強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)，從而達(dá)到提高綜合實(shí)踐能力的目標(biāo)，該過程中需要學(xué)生對(duì)課題具有自發(fā)的探索意愿，能夠發(fā)揮主觀能動(dòng)性并學(xué)以致用，把零散知識(shí)碎片融會(huì)貫通。教師在該過程中扮演著課題提供者和引導(dǎo)者的角色，幫助學(xué)生盡快理解項(xiàng)目背景和課題要求，同時(shí)在學(xué)生實(shí)踐過程中對(duì)選用開發(fā)方法和軟件開發(fā)進(jìn)程進(jìn)行必要的管理和指導(dǎo)。項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法正能契合計(jì)算機(jī)實(shí)踐類課程的教學(xué)，因此筆者提出一種基于項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法的實(shí)踐類課程改革思路。

2 基于項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法的實(shí)踐類課程教學(xué)

以科研項(xiàng)目導(dǎo)向的實(shí)踐類課程教學(xué)通常包括課題設(shè)計(jì)與引導(dǎo)、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目驗(yàn)收和教師評(píng)價(jià)4個(gè)步驟，如圖1所示。

1）課題的設(shè)計(jì)與引導(dǎo)。

首先，教師應(yīng)從科研項(xiàng)目中選取合適的內(nèi)容作為實(shí)踐類教學(xué)的素材，必須兼顧學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)以及課題的趣味性、可探索程度、技術(shù)涵蓋面等多個(gè)方面，合理選擇教學(xué)素材是項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)法的關(guān)鍵之一；其次，由教師介紹科研項(xiàng)目的研究背景和內(nèi)容，不僅可以拓展學(xué)生的視野，還可以幫助學(xué)生加快理解素材的內(nèi)容與本質(zhì)；最后，教師和學(xué)生共同完成對(duì)課題的理解，教師充當(dāng)引導(dǎo)者角色，學(xué)生根據(jù)對(duì)科研項(xiàng)目背景的了解，嘗試以問答方式理解課題的內(nèi)容，分析出所需要運(yùn)用到的技術(shù)和知識(shí)點(diǎn)。

2）項(xiàng)目實(shí)施。

首先，學(xué)生需要進(jìn)行分組（5-6人為宜），各組按照課題要求指定實(shí)施計(jì)劃，計(jì)劃中應(yīng)包括項(xiàng)目的進(jìn)度安排、個(gè)人分工和軟件總體目標(biāo)等；其次，根據(jù)軟件總體目標(biāo)進(jìn)行功能模塊劃分，需要針對(duì)軟件各模塊確定需采用的算法及開發(fā)方法，必要時(shí)應(yīng)對(duì)算法及方法進(jìn)行一定的優(yōu)化；最后，學(xué)生根據(jù)軟件設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行實(shí)際的編碼開發(fā)，開發(fā)過程應(yīng)嚴(yán)格遵守軟件工程的開發(fā)原則，當(dāng)開發(fā)完成后需要進(jìn)行軟件測(cè)試，軟件開發(fā)和軟件測(cè)試一般是一個(gè)多次循環(huán)迭代的過程，即測(cè)試結(jié)果應(yīng)作為軟件修改和進(jìn)一步開發(fā)的依據(jù)，直至軟件測(cè)試結(jié)果符合項(xiàng)目的預(yù)期。

3）項(xiàng)目驗(yàn)收。

在項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)中，除了根據(jù)項(xiàng)目要求開發(fā)軟件外，學(xué)生還需要在制訂計(jì)劃、確定算法和方法以及軟件測(cè)試階段撰寫相應(yīng)的需求分析報(bào)告、軟件設(shè)計(jì)報(bào)告和軟件測(cè)試報(bào)告，因此項(xiàng)目的驗(yàn)收包括對(duì)軟件成果和報(bào)告文檔的驗(yàn)收，軟件成果要求程序結(jié)構(gòu)合理、邏輯清晰、模塊劃分正確和輸入輸出準(zhǔn)確，報(bào)告文檔要求內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)、格式規(guī)范，能夠反映學(xué)生對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的理解和思考。

4）教師評(píng)價(jià)。

教師評(píng)價(jià)必須結(jié)合學(xué)生所開發(fā)軟件的運(yùn)行結(jié)果正確性、算法巧妙性以及各類文檔規(guī)范程度等進(jìn)行綜合評(píng)判，同時(shí)還必須關(guān)注每位學(xué)生在小組中的分工情況，對(duì)學(xué)生的理解能力、分析能力和動(dòng)手能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到一個(gè)較為客觀的評(píng)價(jià)等級(jí)。

5）教學(xué)案例。

我們給出一個(gè)典型案例用以解釋該方法的具體實(shí)施過程，案例結(jié)合我們所承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于信號(hào)不規(guī)則性的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究”，涉及水下聲通信傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署、定位、拓?fù)淇刂萍奥酚赊D(zhuǎn)發(fā)等多項(xiàng)技術(shù)，分為以下6個(gè)步驟。

（l）教師選取并抽象該項(xiàng)目中拓?fù)淇刂萍夹g(shù)的研究部分，將節(jié)點(diǎn)行為采用羅伯特·阿克塞爾羅德所提出的多方囚徒困境重復(fù)博弈方法：博弈雙方分別采用合作和背叛兩種行為將會(huì)得到不同的結(jié)果，如圖2所示?，F(xiàn)需要用軟件表現(xiàn)出水下節(jié)點(diǎn)各種行為，模擬出節(jié)點(diǎn)的善良性、自私性、可報(bào)復(fù)性、寬容性等典型特點(diǎn)，參照?qǐng)D2，其中R表示雙方合作時(shí)（即節(jié)點(diǎn)互相轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文）得分，S表示自己合作但對(duì)方背叛時(shí)（節(jié)點(diǎn)為對(duì)方轉(zhuǎn)發(fā)，但對(duì)方不為自己轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）得分，T表示自己背叛但對(duì)方合作時(shí)（節(jié)點(diǎn)不為對(duì)方轉(zhuǎn)發(fā)，但對(duì)方為自己轉(zhuǎn)發(fā)）得分，P表示雙方都背叛時(shí)（互不轉(zhuǎn)發(fā)）得分。

（2）教師向?qū)W生解釋課題背景和意義、課題所需解決的主要問題及可能涉及的主要方法，指出在實(shí)施過程中可以使用的工具、語(yǔ)法和軟件設(shè)計(jì)方向。

（3）學(xué)生在理解課題之后需要分析問題并設(shè)計(jì)相應(yīng)的策略，分別形成需求分析報(bào)告與軟件設(shè)計(jì)報(bào)告，交由教師進(jìn)行審核。

（4）學(xué)生根據(jù)步驟3中的軟件設(shè)計(jì)，完成軟件程序的開發(fā)工作，教師驗(yàn)收開發(fā)成果，開發(fā)程序界面及部分核心代碼分別如圖3和圖4所示。

（5）學(xué)生使用自己程序與他人程序進(jìn)行對(duì)抗，每輪對(duì)抗結(jié)束，學(xué)生還可以根據(jù)本輪結(jié)果重復(fù)步驟3和4以調(diào)整策略和改善程序，進(jìn)入下一輪對(duì)抗。

（6）教師在評(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)時(shí)根據(jù)學(xué)生的對(duì)抗得分及在課程參與過程中分析問題、調(diào)整策略和改進(jìn)程序的表現(xiàn)，進(jìn)行成績(jī)判定。

該項(xiàng)目中提取出的節(jié)點(diǎn)博弈課題并沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案，每個(gè)學(xué)生的最終得分取決于自己的程序策略和他人的程序策略，如何預(yù)測(cè)他人策略并以此設(shè)計(jì)自己的策略成為一個(gè)可以無(wú)限探索的方向。該課題是前沿技術(shù)的一部分并具有較強(qiáng)的趣味性，能夠引起學(xué)生積極參與課程的極大興趣，同時(shí)該程序結(jié)果也可為教師科研項(xiàng)目的繼續(xù)研究提供一定的實(shí)驗(yàn)測(cè)試依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐類課程存在課題陳舊、偏離前沿技術(shù)、學(xué)生積極性不高等諸多問題，影響了最終教學(xué)效果。針對(duì)該問題，筆者提出一種以科研項(xiàng)目為導(dǎo)向的實(shí)踐課程教學(xué)方法，在計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐類課程中引入科研項(xiàng)目中的部分內(nèi)容，加以簡(jiǎn)化抽取形成教學(xué)素材，由教師引導(dǎo)學(xué)生參與項(xiàng)目的研究與開發(fā)，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了實(shí)踐類課程的教學(xué)效果，還使學(xué)生對(duì)前沿研究及技術(shù)有了更深的了解，提高了學(xué)生的開放性思維能力及實(shí)踐動(dòng)手能力。