信息類專業(yè)軟件類課程設(shè)計性綜合性實驗教學(xué)體系的改革

章曙光　王立新　秦學(xué)勇　陳杰　鐘娟

摘要：該文對信息類專業(yè)的軟件課程的實驗教學(xué)進(jìn)行了研究，構(gòu)建了基礎(chǔ)實驗、設(shè)計性綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗三級實驗體系，并采取了一系列措施，如建立了雙能型實驗師資隊伍、改革實驗教學(xué)方法、建立與綜合性實驗匹配的實踐創(chuàng)新實驗實訓(xùn)中心等，這些措施大大提高了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的實際效果。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；軟件類課程；設(shè)計性綜合性實驗；改革方案；能力培養(yǎng)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0181-03

信息類專業(yè)的特點決定了該領(lǐng)域的知識更新快，專業(yè)方向越來越模糊，學(xué)科交叉越來越多，社會對學(xué)生的工程實踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力要求越來越高。但現(xiàn)有的教學(xué)模式下理論教學(xué)和實踐教學(xué)存在一定的脫節(jié)[1]，學(xué)生的動手能力偏弱，軟件的開發(fā)還停留在過去那種“手工作坊式”模式上，缺少系統(tǒng)的規(guī)范開發(fā)方式。學(xué)生畢業(yè)后，一般要經(jīng)過較長時間的培訓(xùn)，才能真正適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需求。

1 設(shè)計綜合性實驗開設(shè)的必要性

我國政府已經(jīng)注意到當(dāng)前人才培養(yǎng)中存在的理論與實踐不能有效銜接的問題。在2015年3月5日的全國人大三次會議上，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在政府工作報告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，通過行動計劃來推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進(jìn)電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場。大學(xué)生是“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的生力軍。5月4日，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》，12月1日，安徽省政府緊密結(jié)合我省高等教育改革發(fā)展需要和具體實際，也出臺了具體實施意見，明確提出，“到2020年建立健全課堂教學(xué)、自主學(xué)習(xí)、結(jié)合實踐、指導(dǎo)幫扶、文化引領(lǐng)融為一體的高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提升，學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力明顯增強(qiáng)，投身創(chuàng)業(yè)實踐的學(xué)生顯著增加”的總體目標(biāo)。面對高等教育改革發(fā)展新形勢，加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)成為新的歷史時期高等教育的主要任務(wù)。對于工科院校來說，如何把學(xué)生較扎實的理論知識綜合應(yīng)用到實踐中去，培養(yǎng)學(xué)生工程意識和實踐能力已成為高等院校改革的當(dāng)務(wù)之急[2，3]。

實驗教學(xué)通過實驗過程加深學(xué)生對理論知識的理解，有利于增強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。開設(shè)設(shè)計性綜合性實驗可調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，是知識轉(zhuǎn)化為能力的催化劑[4，5，6]。學(xué)生從單一課程的基礎(chǔ)性實驗逐步過渡到多門課程的設(shè)計性綜合性實驗的學(xué)習(xí)，提高了動手解決問題的能力，提高學(xué)生自身就業(yè)的競爭力，也促使學(xué)生走上工作崗位后，能盡快適應(yīng)工作的需求。

軟件類課程的綜合性實踐性教學(xué)，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)相關(guān)軟硬件課程知識，解決本專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域問題的能力，使其能成為具有較強(qiáng)實際動手能力和一定科研開發(fā)能力的應(yīng)用型人才，全面提高學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

2 設(shè)計性綜合實驗的改革與實踐

2.1構(gòu)建軟件類課程設(shè)計性綜合性實驗課程體系

學(xué)生通過某一門課程的實驗，只能掌握與實驗相關(guān)的某課程的部分知識點，對所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課之間的聯(lián)系或銜接了解甚少，不利于大學(xué)生創(chuàng)新能力和自我學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。獨立開設(shè)的設(shè)計性綜合性實驗將若干門課程有機(jī)地融為一體，學(xué)生能通過該實驗課程的學(xué)習(xí)了解所學(xué)專業(yè)的課程之間的關(guān)系，能了解當(dāng)前所學(xué)的專業(yè)知識在實際的工程中的運(yùn)用情況，能理論聯(lián)系實際，發(fā)揮學(xué)生掌握理論知識的特長，把學(xué)生所學(xué)的軟件類的專業(yè)知識用在實際的軟件開發(fā)過程之中。同時也使得學(xué)生了解當(dāng)前企事業(yè)單位對軟件類專業(yè)知識的需求情況，學(xué)生可以有的放矢地學(xué)習(xí)當(dāng)前流行的軟件開發(fā)技術(shù)和理念，學(xué)生能更好地適應(yīng)以后的就業(yè)和工作。我校通過對社會需求和學(xué)生現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，針對我校信息類本科學(xué)生，分析研究信息類專業(yè)軟件類課程實踐性教學(xué)對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的需要，構(gòu)建了基礎(chǔ)性實驗—設(shè)計性綜合性實驗—創(chuàng)新性實驗等多層次、模塊化實驗教學(xué)體系。

（1）基礎(chǔ)性實驗

對我院的軟件類課程實驗進(jìn)行改造，重組和優(yōu)化實驗教學(xué)項目，在12門（專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課）課程實驗中增加1-2項綜合（或設(shè)計）性實驗項目，目的是讓學(xué)生在掌握課程教學(xué)內(nèi)容的同時，提高學(xué)生獨立分析和解決問題的能力。

（2）設(shè)計與綜合性實驗

為進(jìn)一步提高學(xué)生綜合實驗技能、實踐動手能力、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，依托我院軟件工程創(chuàng)新實訓(xùn)基地和機(jī)器人創(chuàng)新實訓(xùn)基地，在第6學(xué)期增加一門獨立的軟件類課程綜合實驗課程。選取了具有一定深度和難度的課題，將學(xué)生分成若干小組，每組由3～5個學(xué)生組成，通過小組成員分工合作共同來完成整個實驗任務(wù)。要求學(xué)生以軟件工程的思想為主線，選取當(dāng)前社會上使用較普遍的開發(fā)工具，綜合利用所學(xué)的《軟件工程》、《面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《數(shù)據(jù)庫原理和應(yīng)用》、《網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計》、《操作系統(tǒng)》和《編譯原理》等相關(guān)課程的知識去綜合解決實際問題。

（3）創(chuàng)新性實驗

創(chuàng)新性實驗依托大學(xué)生科技創(chuàng)新項目、國際性和全國性的科技創(chuàng)新競賽、教師的各類產(chǎn)學(xué)研項目，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的能力與思維方法，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。學(xué)生通過對課題進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運(yùn)作，掌握產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的各個階段，提高其創(chuàng)新能力、實踐能力，充分體現(xiàn)CDIO工程教育的全新理念。同時積極和科大訊飛、江蘇微軟、美國捷普、北京和佳等企業(yè)合作，在設(shè)計性和綜合性實驗中注重引入相關(guān)的企業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，通過營造較為真實的“工程環(huán)境”，對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)化素養(yǎng)訓(xùn)練，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程實踐能力及創(chuàng)新意識，為學(xué)科專業(yè)教育提供工程技術(shù)支撐，打造具有工程技術(shù)能力、創(chuàng)新意識和實踐能力的應(yīng)用型人才，使學(xué)生走上工作崗位后，能盡快適應(yīng)工作的需要。

2.2培養(yǎng)一支具有較高理論水平和工程實踐能力的雙能型師資隊伍

沒有好的師資力量，高素質(zhì)的人才培養(yǎng)將成為一句空話。當(dāng)前高校中存在這樣的現(xiàn)狀：專業(yè)教師主體是多年從事基礎(chǔ)課程教學(xué)的老教師，或近年來新引進(jìn)的青年博士，部分教師們?nèi)狈υ谙嚓P(guān)企業(yè)中進(jìn)行工程實踐的經(jīng)驗，在教學(xué)過程中難以勝任實踐項目的設(shè)計和指導(dǎo)。針對上述問題，我院對軟件類課程的教師采用“請進(jìn)來送出去”的途徑來提高教師隊伍的實踐性教學(xué)能力。我院近幾年每年聘請6-7名外校和企業(yè)的具有實際工程開發(fā)經(jīng)驗的專家和學(xué)者進(jìn)行來校講學(xué)并兼職指導(dǎo)學(xué)生的課外實踐活動，同時在引進(jìn)人才方面更加注重具有實踐經(jīng)驗的人才的引進(jìn)，在走出去的思路的指導(dǎo)下，我院先后派出中青年教師6人去江蘇微軟、IBM、美國捷普、上海海龍等公司進(jìn)行培訓(xùn)。這些外出培訓(xùn)的老師回來后不但成為指導(dǎo)學(xué)生實踐性環(huán)節(jié)的骨干力量，同時也把他們的所學(xué)到的經(jīng)驗分享給其他老師。通過多方面的措施，我院培養(yǎng)了一支具有較高理論水平和工程實踐能力的雙能型隊伍。

2.3 全面改革實驗教學(xué)模式和方法

（1）采用差異性實驗教學(xué)模式

如何通過教學(xué)創(chuàng)新，提高相關(guān)軟件類專業(yè)課程的教學(xué)和實驗課效果一直是我們比較關(guān)注的研究課題。在我們的研究實驗教學(xué)過程中，分析了軟件類實驗課程在教學(xué)過程中存在的問題和表現(xiàn)形式，提出了差異性實驗教學(xué)的模式，即把學(xué)生的理論水平和動手能力劃分為不同的層次，從實驗教學(xué)內(nèi)容的差異性、實驗教學(xué)方法的差異性和實驗項目選定等幾個方面進(jìn)行了具體教學(xué)方式和方法的研究。

（2）基于案例驅(qū)動模式進(jìn)行綜合實驗課程的教學(xué)

在綜合設(shè)計性實驗課程的教學(xué)過程中，采用案例驅(qū)動教學(xué)方法[7-8]，明確教與學(xué)的具體任務(wù)和目的。通過精選的實驗教學(xué)案例，主要向?qū)W生講解如何運(yùn)用學(xué)過的理論知識分析問題和解決問題的方法。每個綜合實驗任務(wù)作為一個工程案例分發(fā)給一組學(xué)生，在教師的指導(dǎo)下由一組學(xué)生協(xié)同完成。實施步驟：查資料→設(shè)計方案→方案實施→完成項目，最后進(jìn)行總結(jié)和經(jīng)驗交流，并提交實驗報告，同時鼓勵學(xué)生發(fā)表研究論文。

2.4建立基于CDIO理念的信息類專業(yè)實踐創(chuàng)新實驗實訓(xùn)中心

積極吸收當(dāng)前先進(jìn)的教學(xué)理念和教改成果，并將其引入到實踐教學(xué)的具體實施過程中。為便于更好地開展綜合性實驗教學(xué)工作，我們對原有的實驗室進(jìn)行了軟硬件的改造和升級，同時整合學(xué)院的軟件工程創(chuàng)新實驗室、機(jī)器人創(chuàng)新實驗室，初步建立了基于CDIO理念的電氣信息類專業(yè)實踐創(chuàng)新實驗實訓(xùn)中心。該實訓(xùn)中心整合了現(xiàn)有的教師和設(shè)備資源，以項目驅(qū)動的方式完成實踐性環(huán)節(jié)的教學(xué)，進(jìn)一步提高了學(xué)生的動手能力。

2.5 建立開放型實驗室管理模式

相對于一般的課程實驗來說，綜合實驗是一門涵蓋內(nèi)容廣泛且難度較大的實驗課程。由于軟件開發(fā)和調(diào)試的連續(xù)性和耗時性的特點，同組學(xué)生需要經(jīng)常長時間在一起討論、分析和解決問題，因此，建立開放的實驗室管理模式勢在必行。

開放型實驗室為學(xué)生提供了一個寬松自由的實驗環(huán)境，為學(xué)生自身的創(chuàng)造性和能動性的發(fā)揮提供了廣闊的空間，給他們創(chuàng)造了充分發(fā)揮自己設(shè)計能力、發(fā)揮想象力和展示自我的硬件條件。開放型實驗建立靈活的學(xué)習(xí)機(jī)制， 充分利用學(xué)生課余時間完成實驗任務(wù)。在開放型實驗室中，學(xué)生的思路不受任課教師的思維以及課本和大綱的限制， 鼓勵學(xué)生主動挑戰(zhàn)、自主研究、大膽創(chuàng)新，充分發(fā)揮每一位學(xué)生的創(chuàng)造潛能。開放型實驗室提高了設(shè)備的利用率及周轉(zhuǎn)率，有利于學(xué)生創(chuàng)造能力和實際動手能力的培養(yǎng)和提高。

通過實驗室對學(xué)生開放，學(xué)生學(xué)習(xí)方式由被動接納向主動探索轉(zhuǎn)換， 充分調(diào)動了學(xué)習(xí)的積極性和主動性。開放型實驗室管理模式能夠給學(xué)生留有想象發(fā)揮的空間，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，同時也陶冶了他們的情操。

3 開設(shè)設(shè)計性綜合性實驗的具體方法

3.1設(shè)計性綜合性實驗項目的設(shè)置

切合實際的實驗指導(dǎo)書是實驗開設(shè)效果好壞的先決條件。我校以軟件開發(fā)人員實際崗位的能力和要求為依據(jù)，選取了12個實驗項目，項目分為兩大類，一類是基礎(chǔ)性設(shè)計性實驗項目，包括：小型動物分類專家系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真實驗、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)、基于Huffman編碼的芯片測試數(shù)據(jù)壓縮處理、操作系統(tǒng)引導(dǎo)程序設(shè)計、公交線路乘車方案查詢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)；另一類是設(shè)計與綜合性實驗及創(chuàng)新性實驗項目，具體包括：基于JSP與Android移動的信息技術(shù)網(wǎng)站設(shè)計與實現(xiàn)、基于移動互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)、高考志愿填報服務(wù)信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、基于云盤的高校教育資源共享系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、基于Android智能醫(yī)院排隊掛號系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、學(xué)生考勤管理評價系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。

第一類實驗項目主要是考察學(xué)生利用所學(xué)課程知識獨立分析和解決實際問題的能力。如學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)安全或者TCP/IP協(xié)議課程后，雖對對稱密碼體制或非對稱密碼體制的知識有所了解，但卻不理解互聯(lián)網(wǎng)中是如何提供安全客體認(rèn)證的，設(shè)置該實驗項目不但可以讓學(xué)生深入理解密碼學(xué)相關(guān)原理，也為密碼學(xué)的實際應(yīng)用提供很好的實例。針對學(xué)生在校期間很少能接觸實際開發(fā)中所常用的新技術(shù)和新方法的問題，設(shè)置了第二類實驗項目?？紤]到學(xué)生入學(xué)以來都在校園里學(xué)習(xí)生活，項目主要選擇學(xué)生在學(xué)習(xí)生活過程中的應(yīng)用類項目，便于學(xué)生理解和接受，可以較快地弄懂需求，深入到項目中來。

3.2設(shè)計性綜合性實驗項目內(nèi)容的設(shè)計

下面以公交線路乘車方案查詢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)為例來進(jìn)行闡述。

需求分析：本系統(tǒng)中有三大基本功能需求，1）公交線路的數(shù)據(jù)輸入與維護(hù)：線路的錄入、修改和編輯功能；2）公交線路的查詢：需具有自動、快速和靈活的查詢功能；3）乘車方案查詢：起始站點線路查詢，設(shè)定中轉(zhuǎn)站點查詢，最短路徑查詢功能。

開發(fā)平臺選擇：基于C/S結(jié)構(gòu)，可以選用的開發(fā)平臺和語言包括：VB6、VC6、Delphi7.0、eclipse（java）、C++Builder6等；基于B/S結(jié)構(gòu)，可以選用的開發(fā)平臺和語言包括：ASP.net、MyEclipse（JSP）、PHP等。對于數(shù)據(jù)庫平臺的選擇，可以選擇SQL Server2005以上或者Oracle9i以上版本。

設(shè)計的目標(biāo)：分為基本目標(biāo)和高級目標(biāo)?；灸繕?biāo)采用任何平臺或者語言實現(xiàn)基本功能；高級目標(biāo)包含基于移動客戶端的界面設(shè)計，涉及基于安卓的開發(fā)，并且需要利用百度地圖等地圖數(shù)據(jù)來開發(fā)直觀的地圖應(yīng)用功能。

軟件測試： 1） 測試需求的分析。對系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分析，分析需求點。2） 測試計劃的編寫。根據(jù)測試需求分析編寫測試計劃，其中包括軟件硬件資源、測試點、集成順序和各種測試進(jìn)度安排等內(nèi)容。3） 測試方案的編寫。測試方案一般由對軟件需求很熟的測試工程師設(shè)計，測試方案要求根據(jù)軟件需求規(guī)格說明書（SRS）上的每個需求點設(shè)計出包括需求點簡介、測試思路和詳細(xì)測試方法等三部分方案。4） 測試過程設(shè)計。主要是對測試用例和規(guī)程的設(shè)計，其中測試步驟和預(yù)期結(jié)果需要編寫詳細(xì)和明確。5） 測試的執(zhí)行。執(zhí)行測試用例，及時提交測試報告等相關(guān)文檔。6） 測試總結(jié)。工具測試結(jié)果修改程序代碼，并把相關(guān)測試的過程、結(jié)果和經(jīng)驗總結(jié)成文檔，寫入實驗報告中。

3.3設(shè)計性綜合性實驗過程的組織實施

實驗的組織形式以學(xué)生自由組合為主，在組合過程中指導(dǎo)老師根據(jù)實際情況對小組成員進(jìn)行局部調(diào)整，盡量做到每個小組成員好差均衡，以三至四人為一小組，每組從上述兩類題目中選擇一至兩個題目，至少選取一個綜合類題目，以小組為單位共同完成實驗。

動員選題環(huán)節(jié)：指導(dǎo)老師詳細(xì)介紹每個實驗項目的所需知識內(nèi)容、最后的結(jié)果要求、實驗過程中注意的事項以及重點和難點。以便讓學(xué)生根據(jù)自己所掌握的知識程度以及感興趣程度選定實驗項目并進(jìn)行組合和分工。

實驗實施環(huán)節(jié)：這是最重要的環(huán)節(jié)。學(xué)生選擇項目后分析需求，查閱資料，進(jìn)行總體和功能設(shè)計，實現(xiàn)功能代碼、進(jìn)行調(diào)試和測試。這個階段需要老師進(jìn)行某種程度上的深度介入，盡管我們強(qiáng)調(diào)學(xué)生發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，但根據(jù)以往的經(jīng)驗，老師的深入指導(dǎo)是學(xué)生圓滿完成實驗項目的必要一環(huán)。

總結(jié)考評環(huán)節(jié)：每個實驗小組演示實驗結(jié)果，指導(dǎo)老師對結(jié)果進(jìn)行評判。對實驗相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行答辯，考察每個學(xué)生對所學(xué)理論掌握的程度、實際的動手能力以及把運(yùn)用所學(xué)理論應(yīng)用到實際的軟件開發(fā)中的能力，主要通過各小組選舉代表和對小組每個成員進(jìn)行答辯的方式來考評小組整體成績和每個小組成員個人成績。驗收各小組的實驗報告，檢驗每個軟件是否達(dá)到功能目標(biāo)。最終的實驗考評成績通過三方面綜合給出：實驗成果占40%，實驗答辯表現(xiàn)占30%，實驗報告占30%。

3.4 設(shè)計性綜合性實驗取得的成效

通過對幾屆相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的信息類專業(yè)軟件類課程綜合實驗的實施，學(xué)生的軟件綜合設(shè)計、綜合分析和解決實際問題的能力得到了較大提高，近4年來我院學(xué)生在“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國機(jī)器人足球大賽、中國計算機(jī)設(shè)計大賽、藍(lán)橋杯軟件設(shè)計大賽、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計大賽等競賽中獲省級以上獎勵80多項，其中在2015年首屆安徽省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中，1項創(chuàng)意組和1項實踐組獲安徽省銀獎。同時，通過幾年來用人單位的反饋信息表明，大部分學(xué)生在很短時間就培養(yǎng)成用人單位的業(yè)務(wù)骨干，畢業(yè)生供不應(yīng)求。實踐表明，我們開設(shè)的信息類專業(yè)軟件類課程綜合實驗，樹立以學(xué)生為本，形成知識、工程實踐能力、素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的教學(xué)理念，構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和工程實踐能力為核心的實驗教學(xué)體系，努力使實驗教學(xué)成為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、實踐能力、創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才和創(chuàng)新人才的重要環(huán)節(jié)和有效途徑。

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