面向應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)教學(xué)

摘要：針對(duì)C/C++語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“重結(jié)果輕過(guò)程，重驗(yàn)證輕應(yīng)用，重模仿輕創(chuàng)新”的問(wèn)題，提出從解決復(fù)雜的工程問(wèn)題出發(fā)，構(gòu)建多層次、階梯型與交叉式的程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)及措施，并從實(shí)驗(yàn)形式、實(shí)驗(yàn)方式和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3方面闡述具體實(shí)施過(guò)程。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新人才；應(yīng)用能力

0.引言

創(chuàng)新型人才是建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的力量和重要依托，黨的十八大對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)做出重要部署，國(guó)務(wù)院對(duì)加強(qiáng)創(chuàng)新教育提出明確要求。我國(guó)高等教育法也指出：高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，尤其對(duì)實(shí)踐性較強(qiáng)的軟件工程專業(yè)，應(yīng)通過(guò)工程實(shí)踐開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，在實(shí)際應(yīng)用中提升創(chuàng)新意識(shí)和技能。

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類課程是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，而C/C++通常是理工科學(xué)生接觸的第一門計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，對(duì)于提升低年級(jí)本科生應(yīng)用創(chuàng)新能力至關(guān)重要。傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往重結(jié)果輕過(guò)程，重驗(yàn)證輕應(yīng)用，重模仿輕創(chuàng)新。為探索面向應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在C/C++語(yǔ)言課程中開展立體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

創(chuàng)新能力是個(gè)體運(yùn)用一切已知信息，包括已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)等，產(chǎn)生某種獨(dú)特、新穎、有社會(huì)或個(gè)人價(jià)值產(chǎn)品的能力；創(chuàng)新人才指具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力并取得創(chuàng)新成果的人才，因此，創(chuàng)新教育應(yīng)以提升學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，主要從培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能3個(gè)方面開展。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)促使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐理解并應(yīng)用知識(shí)，相比于理論授課，更有利于多層次多角度地培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在實(shí)踐中激勵(lì)創(chuàng)新意識(shí)，即激勵(lì)推崇創(chuàng)新、求新求變、積極探索的精神，能夠有效激發(fā)創(chuàng)新欲望；在應(yīng)用中培養(yǎng)創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)打破思維定勢(shì)，采用批判地視角，提出與眾不同的設(shè)想或有新意的解決方案；通過(guò)工程訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)提升創(chuàng)新技能，加強(qiáng)獨(dú)立獲取知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力、高效的信息搜集和處理能力、發(fā)現(xiàn)分析和解決問(wèn)題的能力，以及運(yùn)用創(chuàng)新思維及方法將知識(shí)轉(zhuǎn)化為成果的能力。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問(wèn)題及原因

2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性與實(shí)用性

傳統(tǒng)課堂教學(xué)通常基于計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法體系展開，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往是驗(yàn)證某章節(jié)學(xué)習(xí)的語(yǔ)法規(guī)則為主。這種教學(xué)模式忽略知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，不利于建立完整的知識(shí)體系，因此學(xué)生容易迷失在繁雜的語(yǔ)法點(diǎn)中。實(shí)驗(yàn)題目缺少工程應(yīng)用背景，一般利用某個(gè)經(jīng)典算法解決數(shù)學(xué)問(wèn)題或?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的事務(wù)管理，例如用冒泡排序算法處理學(xué)生成績(jī)。這種編程訓(xùn)練側(cè)重鞏固語(yǔ)法和算法實(shí)現(xiàn)，學(xué)生難以將知識(shí)映射到實(shí)際問(wèn)題，不利于構(gòu)建計(jì)算思維與創(chuàng)新思維。

2.2實(shí)驗(yàn)形式缺乏層次與梯度

此類課程通常為大一學(xué)生開設(shè)，考慮到授課對(duì)象計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和自學(xué)能力較弱，且缺乏相關(guān)工程訓(xùn)練，因此實(shí)驗(yàn)的類型通常以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和程序設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，以簡(jiǎn)單的小組項(xiàng)目開發(fā)為輔。對(duì)于簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生一般通過(guò)機(jī)械地模仿教材案例學(xué)習(xí)語(yǔ)法，缺乏創(chuàng)新學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)與環(huán)境。各個(gè)章節(jié)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目都較為獨(dú)立，難以將知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地融合起來(lái)。綜合性實(shí)驗(yàn)一般在課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行，學(xué)生無(wú)法在學(xué)習(xí)過(guò)程中體會(huì)應(yīng)用知識(shí)的成就感，錯(cuò)失了提高學(xué)習(xí)熱情的最佳時(shí)機(jī)。這種實(shí)驗(yàn)體系中實(shí)驗(yàn)形式相對(duì)獨(dú)立且缺乏層次感，各種實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)置缺乏系統(tǒng)性與關(guān)聯(lián)性，不利于通過(guò)實(shí)際應(yīng)用激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏創(chuàng)新激勵(lì)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師往往忽視設(shè)計(jì)思路和創(chuàng)新意識(shí)的引導(dǎo)，很少有針對(duì)性地進(jìn)行創(chuàng)新技能訓(xùn)練。當(dāng)前高校師生比過(guò)低，這一客觀因素導(dǎo)致深入推行創(chuàng)新教育面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對(duì)于大班制授課模式，教師每次指導(dǎo)百余學(xué)生上機(jī)操作，很難有針對(duì)性地進(jìn)行創(chuàng)新思維的啟發(fā)。實(shí)驗(yàn)題目難易的設(shè)置通常沒(méi)有明顯的區(qū)分度，對(duì)于有一定編程基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，完成實(shí)驗(yàn)的要求基本一致。此外，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般要求程序滿足功能性需求即可，而忽略引導(dǎo)學(xué)生深入分析問(wèn)題，從而進(jìn)一步優(yōu)化程序。這種實(shí)驗(yàn)過(guò)程與考核標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致學(xué)生以完成代碼為目標(biāo)，缺乏深入的思考和創(chuàng)新訓(xùn)練，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)及措施

根據(jù)2015年5月國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見(jiàn)》，我院積極推進(jìn)程序設(shè)計(jì)類課程的應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)，從教學(xué)理念、教學(xué)模式及教學(xué)方法進(jìn)行全方位的改革。

（1）革新教學(xué)理念，貫徹“應(yīng)用激勵(lì)創(chuàng)新”的培養(yǎng)方針。摒棄語(yǔ)法導(dǎo)向的教學(xué)，構(gòu)建“多學(xué)科融合，面向創(chuàng)新應(yīng)用”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系?；诳缭合悼鐚I(yè)交叉培養(yǎng)的新機(jī)制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可來(lái)源于各個(gè)學(xué)科的具體實(shí)際問(wèn)題，鼓勵(lì)融合其他學(xué)科的思維方式或技術(shù)手段解決問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)以運(yùn)用程序設(shè)計(jì)思想解決工程及科學(xué)問(wèn)題為著眼點(diǎn)，不僅著力提升學(xué)生的編程技能，還需注重培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維、批判思維與創(chuàng)造性思維，鼓勵(lì)學(xué)生敢想、敢說(shuō)和敢做。

（2）改革教學(xué)模式，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的層次。全面完善教學(xué)體系與課程設(shè)置，打破軟件工程相關(guān)課程之間的壁壘，統(tǒng)籌規(guī)劃程序設(shè)計(jì)相關(guān)課程的知識(shí)體系。及時(shí)更新陳舊的教學(xué)內(nèi)容，從實(shí)際工程項(xiàng)目或科研課題中提煉素材，建立可分解、可擴(kuò)展、可重用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例庫(kù)，實(shí)施設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與綜合性實(shí)驗(yàn)同步與異步相結(jié)合的教學(xué)模式。

（3）強(qiáng)化創(chuàng)新引導(dǎo)，健全激勵(lì)機(jī)制。采用小班授課形式，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)力度，全面開展啟發(fā)式的討論教學(xué)，以激發(fā)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)為宗旨，踐行“做中學(xué)”與“學(xué)中做”的自主學(xué)習(xí)模式。同時(shí)，全面提升教師創(chuàng)新教育水平，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)因材施教，有針對(duì)性地進(jìn)行創(chuàng)新意識(shí)的引導(dǎo)和創(chuàng)新技能的培訓(xùn)。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐

為切實(shí)推進(jìn)在程序設(shè)計(jì)類課程中實(shí)施創(chuàng)新教育，針對(duì)授課對(duì)象的特點(diǎn)及C/C++課程特點(diǎn)，從應(yīng)用出發(fā)構(gòu)建計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí)體系，精心設(shè)計(jì)教學(xué)案例，循序漸進(jìn)地開展多層次的教學(xué)活動(dòng)。

4.1多層次的實(shí)驗(yàn)形式

在立體式的實(shí)驗(yàn)體系中，多種實(shí)驗(yàn)形式有機(jī)融合在共同的教學(xué)目標(biāo)中，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及綜合性實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)框架下。將較為復(fù)雜的工程項(xiàng)目進(jìn)行簡(jiǎn)化，分解為幾個(gè)相關(guān)的案例，某些案例中可抽取若干主要問(wèn)題，每個(gè)子問(wèn)題實(shí)現(xiàn)時(shí)映射到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。在不同的教學(xué)階段分別解決這些子問(wèn)題。同一案例可以在各種相關(guān)課程中使用，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)不同角度分析問(wèn)題。

以在線游戲網(wǎng)站項(xiàng)目為例，將其簡(jiǎn)化為單機(jī)版游戲的開發(fā)，可分解為棋類游戲、牌類游戲和迷宮游戲等案例。在C課程中完成三連棋、貪吃蛇和漢諾塔等游戲的設(shè)計(jì)；而在C++課程中完成撲克牌、國(guó)際象棋和開心農(nóng)場(chǎng)等游戲。棋類游戲分解方式如圖1所示。

教師在課程開始時(shí)介紹游戲網(wǎng)站開發(fā)的項(xiàng)目背景，將單機(jī)游戲設(shè)計(jì)作為綜合性實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。引導(dǎo)學(xué)生利用面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)的思想分析游戲架構(gòu)，將復(fù)雜問(wèn)題分解成功能模塊，鼓勵(lì)學(xué)生從軟件設(shè)計(jì)者的角度思考問(wèn)題。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中引入待解決的問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用程序設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)某些功能。在講授c++語(yǔ)言時(shí)可再次分析該案例，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法。這種項(xiàng)目-案例-問(wèn)題三級(jí)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維方式，還能有效提升學(xué)習(xí)熱情并激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)。

4.2階梯式的實(shí)驗(yàn)方式

結(jié)合多層次的實(shí)驗(yàn)形式，借鑒軟件工程中增量式的開發(fā)方式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中因材施教，針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。對(duì)于剛接觸程序設(shè)計(jì)的初學(xué)者，教師引導(dǎo)從小型游戲人手由淺入深地剖析程序，使學(xué)生體會(huì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，熟練運(yùn)用c或c++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)經(jīng)典算法，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是有效提升編程能力。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的思路和方法，合理規(guī)劃程序，從時(shí)空效率、代碼規(guī)范性及創(chuàng)新性功能等角度優(yōu)化代碼，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵(lì)通過(guò)自主學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)在線游戲的開發(fā)系統(tǒng)，從游戲可玩性、人機(jī)交互方式以及系統(tǒng)負(fù)載等方面完善系統(tǒng)，最終開發(fā)設(shè)計(jì)具有實(shí)用價(jià)值的網(wǎng)絡(luò)游戲。這種遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)方式可以激勵(lì)創(chuàng)新精神，在工程應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，切實(shí)提高創(chuàng)新技能。

4.3交叉式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)源于工程項(xiàng)目或科研課題，引導(dǎo)學(xué)生利用程序思路和方法解決實(shí)際工程或科學(xué)問(wèn)題。為了進(jìn)一步完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的要求，還需結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目管理、網(wǎng)絡(luò)通信以及相關(guān)計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)將各門課程知識(shí)有機(jī)融合，有助于學(xué)生建立完整的計(jì)算機(jī)知識(shí)體系。此外，將交叉學(xué)科項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，鼓勵(lì)軟件工程專業(yè)的學(xué)生更多地了解其他行業(yè)的專業(yè)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)題目涉及機(jī)械工程、信號(hào)處理、數(shù)學(xué)分析、交通運(yùn)輸?shù)榷鄬W(xué)科的工程問(wèn)題，培養(yǎng)多維角度思考問(wèn)題、多學(xué)科啟發(fā)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力。這種多學(xué)科交叉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)可開拓創(chuàng)新思維，能夠有效激發(fā)求知欲望和探索精神，對(duì)于應(yīng)用型復(fù)合人才的培養(yǎng)具有積極作用。

5.結(jié)語(yǔ)

為培養(yǎng)能夠解決實(shí)際工程問(wèn)題的創(chuàng)新實(shí)用性人才，在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行面向創(chuàng)新教育的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革十分必要。立體式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式倡導(dǎo)知識(shí)和實(shí)踐的無(wú)縫結(jié)合，注重解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力培養(yǎng)；以興趣驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，注重學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的提升與能力的挖掘。3年的教學(xué)實(shí)踐表明，應(yīng)用多層次、階梯式與交叉式的實(shí)驗(yàn)體系，使學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，對(duì)提升學(xué)習(xí)積極性和激發(fā)創(chuàng)新精神起到一定作用。近年來(lái)軟件學(xué)院參加國(guó)際ACM-ICPC大賽、MCM-ICM比賽及各級(jí)軟件設(shè)計(jì)比賽的人數(shù)逐年遞增，更多的低年級(jí)本科生積極加入大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、教師的橫縱課題及科研團(tuán)隊(duì)中。然而，要進(jìn)一步提升創(chuàng)新應(yīng)用人才培養(yǎng)的質(zhì)量，還需深入全面地進(jìn)行相關(guān)課程教學(xué)改革，從完善多學(xué)科啟發(fā)的案例庫(kù)、推進(jìn)在線自主教學(xué)平臺(tái)建設(shè)及加強(qiáng)教師創(chuàng)新教學(xué)能力等方面進(jìn)行探索。