基于多課程交叉的程序設計教學改革

馮 瀟

（重慶郵電大學 計算機科學與技術學院，重慶 400065）

基于多課程交叉的程序設計教學改革

馮 瀟

（重慶郵電大學 計算機科學與技術學院，重慶 400065）

提出利用多課程交叉實現(xiàn)程序設計類課程的教學改革，探討課程的教學內(nèi)容、課堂教學方法改革和配套教材建設情況，說明多課程交叉改革取得的效果和下一步改革方向。

多課程交叉；整潔代碼；知識發(fā)現(xiàn)；活代碼

1 背 景

2003年，根據(jù)華為、中興、上海貝爾等國內(nèi)多家知名IT企業(yè)的內(nèi)部培訓資料整理出版的《高質量編程指南C++/C語言》指出：“國內(nèi)大學的計算機教育壓根就沒有灌輸高質量程序設計的概念”“在企業(yè)內(nèi)部測試過近百名新老程序員的編程技能，質量合格率大約是10%”“高質量程序設計非常重要”[1]。

2010年，軟件工程領域的領袖Robert C. Martin，根據(jù)多年軟件開發(fā)和管理經(jīng)驗出版了《Clean Code》，站在軟件學科建設和軟件行業(yè)發(fā)展的高度，提出代碼整潔度直接影響軟件的生命力。Robert C. Martin進一步指出，應將書寫整潔代碼的相關方法、技巧視為基本的程序設計能力。該書中文版譯者韓磊更是明確指出：“代碼整潔性的缺乏是職業(yè)素養(yǎng)和基本功的雙重缺陷?！盵2]可見，企業(yè)更需要知識、能力和素質兼具的人才。

教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會（2006—2010）制定了《計算機科學與技術專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)范及認證》，指出：“高等學校計算機類相關課程在滿足社會需要方面的針對性不夠強，課程內(nèi)容和課程模式必須進行大力度的改革?！?/p>

2006年，教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會發(fā)布了《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》（簡稱白皮書）。白皮書以目前主流的程序設計語言C、C++、VB為例，詳細羅列了程序設計語言的基本知識、語法、初步的調(diào)試能力。

必須指出的是，白皮書中的程序設計教學重點是知識和語法，屬于狹義上的“程序設計”，即軟件生命周期中的下游環(huán)節(jié)——實現(xiàn)（編碼）。廣義上講，程序設計是針對現(xiàn)實中的特定問題進行建模并最終利用計算機求解或控制。該過程可分為建模和實現(xiàn)兩部分，從軟件質量控制的角度來講，建模和實現(xiàn)都必須遵守軟件工程的相關規(guī)范、原則、模式，也就是說，建模、實現(xiàn)和規(guī)范（原則、模式）是程序設計的三要素，是相互聯(lián)系的有機整體，如圖1所示。

由于建模、實現(xiàn)各自涉及不同的理論方法，通常將建模、實現(xiàn)和軟件工程設置為多門課程：一般在一、二學年設置以C、Pascal為代表的面向過程程序設計課程，以C++、Java為代表的面向對象程序設計課程；在三、四學年設置面向對象分析與建模、軟件工程、算法分析與設計等課程。

教育者必須清楚地認識到，即使把建模、實現(xiàn)和軟件工程設置為不同的課程，也不能割斷其天然的、內(nèi)在的聯(lián)系，廣義上的程序設計其本質特征就是“多課程交叉”?；镜某绦蛟O計能力的培養(yǎng)不僅應包含程序設計相關知識的傳授，更應包括軟件工程基礎實踐技能的培養(yǎng)、基礎的系統(tǒng)設計和優(yōu)化原則、模式的運用。

目前，高校的程序設計課程從課程內(nèi)容、教材建設、教學方法來講，多數(shù)都是單一的知識傳授，忽視了基于交叉課程的能力和素質培養(yǎng)。程序設計教育應擺脫單一的知識傳授功能，做好知識、能力、素質的無縫銜接。

圖1 程序設計三要素

2 多課程交叉模式教學改革思路

改革的主要目標是針對程序設計初學者改革課程內(nèi)容和教學模式，幫助學生在學習程序設計之初，就樹立高質量編程的意識，能初步運用基本的軟件工程實踐技能、基礎的系統(tǒng)設計和優(yōu)化原則、模式，提高程序質量。

圍繞改革目標，首先確立“多課程交叉”的知識范圍，將其有機組織為課程內(nèi)容。由于軟件工程和建模領域涉及的知識具有極強的實踐性，因此這些領域的知識在程序設計課程中往往以例題的形式出現(xiàn)，求解時常常需要多次迭代同一個例題，引出更優(yōu)的建模方法和更好的軟件工程實踐規(guī)范。因此，“多課程交叉”模式的教材建設和課堂教學方法是改革中極為重要的一環(huán)。

從實踐角度講，程序設計能力的培養(yǎng)離不開多讀、多寫程序，因此，必須改革實踐和考核環(huán)節(jié)，以動手能力和團隊協(xié)作能力為實踐環(huán)節(jié)的主要評價標準，使之更面向能力的訓練和素質的培養(yǎng)。

3 多課程交叉模式教學改革實踐

自2011年起，在重慶郵電大學范圍內(nèi)，以計算機專業(yè)的限選課程面向對象程序設計C++、非計算機專業(yè)的全校任選課程C++程序設計作為試點，進行了“多課程交叉”模式的教學改革實踐和探索。

3.1 “多課程交叉”模式知識板塊設計

在多次教學實踐活動中我們發(fā)現(xiàn)，交叉課程里反復涉及的內(nèi)容有設計模式、敏捷軟件開發(fā)（主要是測試驅動開發(fā)、簡單設計）、整潔代碼，而程序設計的三要素中，建模主要涉及面向對象分析與建模課程，實現(xiàn)主要涉及面向對象程序設計課程，軟件工程不僅涉及基礎的實踐技能，更需引入初步的敏捷軟件開發(fā)技能，如圖2所示。

圖2 “多課程交叉”模式知識板塊設計

這里，引入整潔代碼相關規(guī)范和技能，將軟件工程和面向對象程序設計銜接起來，提高編碼的規(guī)范性和整潔度；引入設計模式，將軟件工程和面向對象建模銜接起來，強化訓練可復用面向對象程序設計的能力；引入敏捷軟件開發(fā)中的測試驅動開發(fā)和簡單設計，采用更符合學生思維特點的方式進行建模能力訓練。

3.2 “多課程交叉”模式課程內(nèi)容設計

C++程序設計課程的內(nèi)容由各知識板塊和對應實例構成，如圖3所示。實例為知識服務，通過學習知識、完成實例，學生能理解、掌握、初步運用知識。所以，可以將課程內(nèi)容視為平面結構，其主要目標是知識的單向傳授。

圖3 以知識傳授為目標的課程內(nèi)容設置

為了實現(xiàn)“知識、能力、素質”的無縫銜接，課程內(nèi)容改革著眼于實例改革。具體地說：為每個知識板塊精心挑選實例，通過逐次迭代，為同一實例建立更優(yōu)的模型。模型優(yōu)化的指導思想是相關交叉課程——設計模式、整潔代碼、敏捷軟件開發(fā)。這種在實例基礎上反復迭代、優(yōu)化模型的方法，做到將知識、軟件工程基礎實踐技能、初步的系統(tǒng)構建和優(yōu)化原則運用作為整體的基礎程序設計能力同步傳授給學生，其課程內(nèi)容是整體的、多維度的，實例是知識、能力的銜接口，如圖4所示。

目前，改革已經(jīng)連續(xù)在6個年級中貫徹，最終形成一套系統(tǒng)、完整的“多課程交叉”模式講義和教案。

3.3 “多課程交叉”模式課堂教學方法改革

由于課程改革著眼于通過在同一實例上迭代出不同的模型，并且后續(xù)模型應優(yōu)于前面的模型，所以在課堂教學方法上應尤其注意例題的講授方法和建模思想方法的傳授。因此，課堂教學方法擬將活代碼教學法和知識發(fā)現(xiàn)、整潔代碼教學法有機結合在一起。

這里活代碼教學法指：教學過程中將求解問題的過程以完整的、可以運行的程序進行演示的教學方法；知識發(fā)現(xiàn)教學法指：教師在講授知識的過程中，不應將知識和其中包含的思想、方法割裂開來，而應該同步傳授給學生，幫助學生理解問題的來龍去脈，實現(xiàn)“授人以漁”的教學；整潔代碼教學法指：按照軟件工程、敏捷軟件開發(fā)、設計模式等課程的指導思想將高質量、規(guī)范的編碼應用于教學活動中。

課堂教學方法的具體改革思路：從實例建立第一個模型開始，每個模型都采用活代碼教學，而模型1到模型n的多次迭代，采用知識發(fā)現(xiàn)、整潔代碼作為模型優(yōu)化的指導思想。整個優(yōu)化過程就是傳授軟件工程核心思想、良好設計模式的過程，有助于學生通過課堂教學中的實踐環(huán)節(jié)將知識、能力和素養(yǎng)作為一個整體進行理解和掌握，如圖5所示。

圖4 以知識、能力、素質為目標的課程內(nèi)容設置

圖5 課堂教學方法改革示意圖

4 改革效果

目前，基于多課程交叉的教學改革已經(jīng)在課堂教學方法、教案設計、教改立項、教材建設上取得了突出的成果：①2013年，獲得重慶郵電大學教育教學改革立項支持；②2013年，獲得重慶郵電大學規(guī)劃教材立項支持；③貫徹該改革思想的課程面向對象程序設計C++在2014年重慶市普通高校青年教師教學技能競賽中獲得二等獎、重慶郵電大學青年教師教學技能競賽中獲一等獎；④2013年，面向對象程序設計C++課程教案設計獲得重慶郵電大學優(yōu)秀教案一等獎；⑤在清華大學出版社出版教材《解析C++面向對象程序設計》；⑥改革獲得了學生的肯定和喜愛，課程主研的學評教連續(xù)4學期排名全校前5%。

5 結 語

將建模、模型優(yōu)化、模型實踐這3個環(huán)節(jié)有機結合在一起，同步培養(yǎng)學生的知識、能力、素養(yǎng)是軟件領域相關課程教學的薄弱環(huán)節(jié)?；诙嗾n程交叉模式的程序設計類課程改革致力于改進這一現(xiàn)狀。改革的下一個重點：以C++課程為試點，建設多課程交叉模型的MOOC平臺，提供豐富的課堂教學視頻和相應的在線互動平臺；完善課程群配套的教材改革建設，精心設計出基于C、Java、C++的體現(xiàn)多課程交叉教學思想的教材；將多課程交叉模式運用到學生的第二課堂中，包括課程設計、隨堂實驗和課外科技活動，進一步檢驗、修正和完善該改革模式。

[1] 林銳, 韓永泉. 高質量程序設計指南C++C語言(第3版修訂版)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2012.10.

[2] Robert C M. 代碼整潔之道[M]. 韓磊, 譯. 北京: 人民郵電出版社, 2009.12.

（編輯：郭田珍）

1672-5913(2017)02-0018-04

G642

重慶郵電大學2013年教育教學改革項目（XJG-1311）；重慶郵電大學2013年規(guī)劃教材項目（JC2013-09）。

馮瀟，女，講師，研究方向為云計算、大數(shù)據(jù)，fengxiao@cqupt.edu.cn。