以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的遙感專業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)方法研究

花衛(wèi)華　劉修國　黃帥

摘要：C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是我校遙感專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，也比較枯燥，不易被學(xué)生接受理解。本文結(jié)合作者長期對大一遙感專業(yè)的課程教學(xué)實(shí)踐和對課程內(nèi)容重難點(diǎn)內(nèi)容的分析，跟蹤學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的普遍問題，提出了以程序設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)、以專業(yè)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)方法，從教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)兩個(gè)角度，闡述了如何更好實(shí)現(xiàn)C++課程在專業(yè)課程體系中的教學(xué)目標(biāo)，提高課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο?；程序設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；遙感專業(yè)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0137-02

一、課程內(nèi)容分析及教學(xué)目的

1.遙感專業(yè)的特點(diǎn)與本課程內(nèi)容分析。遙感專業(yè)屬于測繪類大學(xué)科方向，主要培養(yǎng)具備遙感科學(xué)技術(shù)與工程的基本理論、方法和技能的各層次專業(yè)人才。要求學(xué)生能夠熟練掌握衛(wèi)星遙感平臺、傳感器技術(shù)、遙感信息獲取與數(shù)據(jù)處理、多傳感器數(shù)據(jù)匹配和融合、圖像自動解譯技術(shù)等基本技術(shù)與方法，能夠在城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地質(zhì)、測繪等各類遙感領(lǐng)域，從事遙感電子設(shè)備與系統(tǒng)研制、應(yīng)用系統(tǒng)和系統(tǒng)集成的建設(shè)與開發(fā)工作[1]。因此，對遙感專業(yè)的學(xué)生來說，程序設(shè)計(jì)是一門必備的技能。針對面向?qū)ο蟪绦蛘n程的教學(xué)任務(wù)量和教學(xué)特點(diǎn)，我校在制定遙感專業(yè)教學(xué)大綱中安排學(xué)生從一年級開始學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程，分上下兩個(gè)學(xué)期學(xué)完。課程內(nèi)容主要包括[2]：①程序設(shè)計(jì)基本概念與語法，包括數(shù)組、函數(shù)、類和對象、繼承與派生、多態(tài)性、輸入輸出流、異常處理等，以及C++14標(biāo)準(zhǔn)中包含的模版、泛型、匿名方法、lambda表達(dá)式、新型智能指針等。②程序設(shè)計(jì)方法，包括結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)之一就是彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中的一些缺點(diǎn)，但其可以使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中的函數(shù)、數(shù)組等基本理論。本課程主要要求學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想，同時(shí)要求學(xué)生采用規(guī)范的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，形成良好的程序設(shè)計(jì)素養(yǎng)。③程序調(diào)試技巧。④專業(yè)問題的分析與程序轉(zhuǎn)化能力。

2.教學(xué)目的。教師通過理論和實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，了解面向?qū)ο蟮幕靖拍詈褪褂妹嫦驅(qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的基本思想，學(xué)會采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行問題分析，能夠熟練運(yùn)用C++語言解決一般問題，培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐和科研創(chuàng)新能力，為大型應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)打下良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。通過本課程的教學(xué)，希望學(xué)生能夠達(dá)到的能力[3]包括：①程序編寫與調(diào)試能力，熟練掌握VC++的編輯調(diào)試工具，能夠快速編寫程序代碼；掌握程序排錯(cuò)的基本方法，能夠獨(dú)立快速進(jìn)行程序調(diào)試。②專業(yè)問題的分析與程序轉(zhuǎn)化能力，對實(shí)際專業(yè)對象和問題進(jìn)行分析與抽象，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的對象關(guān)系圖，并能進(jìn)行求解。③創(chuàng)新能力，能夠獨(dú)立思考和深入鉆研，善于對所學(xué)知識，進(jìn)行梳理、概括、歸納總結(jié)，給出合理解決方案；能夠獨(dú)立閱讀參考代碼和資料，自我擴(kuò)充知識結(jié)構(gòu)。

二、普遍存在的問題及原因

1.學(xué)習(xí)中存在的問題。在學(xué)習(xí)過程中，大一學(xué)生們普遍反映該門課程的概念和知識點(diǎn)太多，課程內(nèi)容的風(fēng)格與其他課程差別很大，不易理解，一些學(xué)生甚至對編程產(chǎn)生了畏懼情緒，一步跟不上，步步跟不上。學(xué)生們學(xué)習(xí)過程中所遇到的困難具體來說包括以下幾個(gè)方面[4]：①學(xué)生對遙感與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的關(guān)系不清楚，學(xué)習(xí)的熱情不高，比較茫然。②知識點(diǎn)具有一定難度，部分學(xué)生不注重對編程基礎(chǔ)知識的掌握。③本課程是理論教學(xué)與上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)習(xí)任務(wù)量重。④C++中蘊(yùn)含的計(jì)算思維方式不容易掌握[5]。部分學(xué)生在學(xué)習(xí)了本課程后，不善于從計(jì)算機(jī)語言的角度去思考問題。⑤編程環(huán)境VC++相對比較復(fù)雜，不太容易快速掌握。

2.教學(xué)中存在的問題。許多老師具有多年的程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，容易慣性地認(rèn)為所講授的知識點(diǎn)比較容易，從而忽視了學(xué)生的個(gè)性化感受，再加上缺乏有效溝通，最終導(dǎo)致老師講臺上講的很有激情，學(xué)生在下面一臉茫然。具體來說有如下問題：①沒有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的“以教師為中心、學(xué)生被動接受知識”的“填鴨式”教學(xué)方法忽略了學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的主動性，從而培養(yǎng)不了學(xué)生的創(chuàng)造性思維和探索精神，使得原本就不吸引學(xué)生的課堂變得更加枯燥無味，大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[6]。②沒有因材施教。大一新生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識的掌握程度大不相同，在教學(xué)中若進(jìn)度偏快，就有部分學(xué)生無法跟上老師的節(jié)奏，影響學(xué)習(xí)的積極性；如果講的偏慢，會在整體上影響教學(xué)進(jìn)度。

三、以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)方法研究

遙感專業(yè)開設(shè)C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程，目的并不是要每個(gè)學(xué)生將來畢業(yè)了都能夠勝任程序員的工作[7]，而是讓他們學(xué)會利用程序設(shè)計(jì)的思想和工具，具備解決專業(yè)問題的能力和潛力。針對以上對教學(xué)過程中存在問題的分析，現(xiàn)從以下幾個(gè)方面提出以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)方法，力求提高教學(xué)效果。

1.活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。表面上看起來，面向程序設(shè)計(jì)課程本身是一門很枯燥的課，課程內(nèi)容不是概念就是代碼，課程中很多內(nèi)容又不容易被學(xué)生理解。在教學(xué)中如果不和學(xué)生互動，學(xué)生只是被動的學(xué)習(xí)，那么他們不但在學(xué)習(xí)過程中對知識點(diǎn)的理解很困難，而且其學(xué)習(xí)的成果也不會達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。在C++的教學(xué)過程中，最理想的狀態(tài)就是，學(xué)生一直都能保持一種亢奮的狀態(tài)，做到“樂于學(xué)、勤于練、善于思”。針對這種情況，教師可以采取以下幾種手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣：①從簡到難，穩(wěn)扎穩(wěn)打。C++的知識點(diǎn)的難度是不一樣的，在課堂上和上級實(shí)習(xí)中，給學(xué)生以適當(dāng)?shù)奶崾荆寣W(xué)生每一步都能看到解決問題的希望。②課堂上，對重點(diǎn)、難度知識點(diǎn)要盡量形象、生動地進(jìn)行講解，有時(shí)可以借助打比方、講故事，也可引入U(xiǎn)ML或Visio繪圖來輔助。③對容易混淆的概念，集中起來進(jìn)行類比講授。④引導(dǎo)學(xué)生知其然，更要知其所以然。

2.精心設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)題目，全面覆蓋專業(yè)問題。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過實(shí)踐來加深對課程中理論知識的理解。因此，在實(shí)習(xí)內(nèi)容的安排上，既要重視理論知識的重現(xiàn)，又要注重學(xué)生解決問題實(shí)際能力的培養(yǎng)；既要考慮學(xué)生的總體學(xué)習(xí)情況，又考慮學(xué)生的個(gè)體差異；既要考慮專業(yè)知識的覆蓋，又要增加趣味性，并為學(xué)生提供一個(gè)發(fā)揮想象的空間。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要求學(xué)生自己進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，老師在其中只是起引導(dǎo)和輔導(dǎo)作用。通過多次實(shí)踐，學(xué)生不但可以對所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行鞏固，而且還可以在其基礎(chǔ)上創(chuàng)新。著眼于學(xué)科體系內(nèi)的課程銜接，可從以下幾方面來考慮實(shí)習(xí)題目的設(shè)計(jì)：①從大一所學(xué)的高等代數(shù)中出一些關(guān)于矩陣、行列式運(yùn)算方面的問題進(jìn)行訓(xùn)練。②從遙感專業(yè)內(nèi)容本身尋找題目，諸如遙感圖像處理、影像顯示和影像分類等問題，來讓學(xué)生體會C++解決專業(yè)問題的巨大威力。③通過設(shè)置課程設(shè)計(jì)題目，引導(dǎo)學(xué)生既要善于獨(dú)立思考，又要學(xué)會分工協(xié)作。C++語言基于面向?qū)ο笏枷?，無論是微粒度的代碼級的設(shè)計(jì)模式，還是軟件模塊的設(shè)計(jì)組織，都能很輕松地應(yīng)對。指導(dǎo)學(xué)生在大模塊軟件設(shè)計(jì)編寫過程中，學(xué)會團(tuán)隊(duì)合作，同時(shí)在自己的模塊中精益求精。

3.既要紙上談兵，又要參加實(shí)戰(zhàn)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程是一門操作性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[8]，如果只選擇理論考試的方式來測驗(yàn)學(xué)生對本門課程的掌握程度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。單純的考試只會使學(xué)生對課本上的概念和知識進(jìn)行盲目地死記硬背，即使考試拿到很高的分?jǐn)?shù)，也不知道怎么將課本中的理論知識應(yīng)用于實(shí)際操作中，更不懂得怎么用C++語言解決實(shí)際問題，從而出現(xiàn)高分低能的現(xiàn)象。學(xué)習(xí)C++目的是要利用這個(gè)計(jì)算機(jī)語言作為工具，解決本專業(yè)內(nèi)的科學(xué)計(jì)算問題。引導(dǎo)學(xué)生從理論走向?qū)嵺`，真正學(xué)會這門本領(lǐng)。每年都有校級、省級甚至全國性的GIS程序設(shè)計(jì)大賽，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)C++所掌握的不同程度，推薦其參加不同類別的程序設(shè)計(jì)大賽，真正在實(shí)戰(zhàn)中檢驗(yàn)和提高技能。

四、總結(jié)

C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門方法性、實(shí)踐性和應(yīng)用性都比較強(qiáng)的課程，不容易被初學(xué)者理解，在課程的教與學(xué)的過程中都存在著困難。能夠熟練掌握這門課程是廣大師生共同的希望。這門課程學(xué)好了的話，后續(xù)課程會得心應(yīng)手。在本課程的教學(xué)中，以提高學(xué)生運(yùn)用C++解決專業(yè)計(jì)算問題的能力為主要目標(biāo)，通過激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、設(shè)計(jì)遙感類實(shí)習(xí)題目和鼓勵(lì)參加程序設(shè)計(jì)大賽等手段，充分調(diào)動學(xué)生的自主性，強(qiáng)化對面向?qū)ο蟾拍畹睦斫?，適應(yīng)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的[5，8]思維習(xí)慣，逐步學(xué)會靈活運(yùn)用面向?qū)ο笏枷雭矸治龊徒鉀Q具體的專業(yè)計(jì)算問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙巧華，陳健.遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)建設(shè)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題[J].地理空間信息，2010，（05）：154-156.

[2]陳優(yōu)良，徐昌榮，陳淑婷.GIS專業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)改革探討[J].地理空間信息，2010，（01）：151-154.

[3]姜峰，湯偉，賴俊.基于能力培養(yǎng)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，（S1）：126-130.

[4]王新志，曹爽，孫景領(lǐng).測繪專業(yè)“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”課程教學(xué)實(shí)踐與思考[J].測繪工程，2012，（02）：73-76.

[5]程學(xué)云，管致錦.面向計(jì)算思維和探究能力培養(yǎng)的C++實(shí)踐教學(xué)探索[J].電腦知識與技術(shù)，2013，（31）：7037-7038.

[6]王文冰，李輝.以實(shí)例貫穿課堂的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（01）：91-94.

[7]李秉璋，徐亞平，羅燁，等.以提高應(yīng)用能力為目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算機(jī)專業(yè)課教學(xué)——“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”教學(xué)改革探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2006，（12）：28-31.

[8]彭召意，朱艷輝，周玉.C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，（05）：151-154.