計(jì)算機(jī)卓越班面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究

徐明

摘 要：針對(duì)計(jì)算機(jī)卓越班面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)際，分析該課程在工程技術(shù)能力培養(yǎng)方面存在的一些突出性問(wèn)題，圍繞本校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)卓越工程師的培養(yǎng)方案，結(jié)合筆者在該課程的教學(xué)改革研究與實(shí)踐經(jīng)歷，提出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)改革思路和改革的具體措施，并說(shuō)明教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃；計(jì)算機(jī)卓越班；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)；創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

文章編號(hào)：1672-5913（2017）05-0052-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

0 引 言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是國(guó)家教育部貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的各類(lèi)型高質(zhì)量工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)，對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才、全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用[1-2]。

1 現(xiàn)狀分析

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。目前高校工科專(zhuān)業(yè)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程，大多以一門(mén)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言的自身體系為脈絡(luò)展開(kāi)教學(xué)，注重學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言的基本語(yǔ)句、語(yǔ)法、類(lèi)和對(duì)象、繼承和派生、多態(tài)性等有關(guān)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念[3-4]。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。由于該教學(xué)模式不以解決實(shí)際問(wèn)題為目的，因此學(xué)生的創(chuàng)新潛能得不到很好的挖掘。雖然一些高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了多門(mén)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程，例如C++、Java、Karel[5]等，但重復(fù)性的教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法通過(guò)這些課程的學(xué)習(xí)提高自己的創(chuàng)新能力。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容較多，導(dǎo)致很多教師在教學(xué)過(guò)程中缺乏系統(tǒng)性和綜合性。雖然采取了理論知識(shí)講解和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)相結(jié)合的手段，并且配合綜合設(shè)計(jì)性案例的分析[6]，但因?yàn)閷W(xué)時(shí)有限，往往只注重知識(shí)的機(jī)械性灌輸，忽略學(xué)生思考和質(zhì)疑的過(guò)程，學(xué)生很難消化這些枯燥無(wú)味、不易理解的零散知識(shí)，導(dǎo)致不少中等偏下的學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣，無(wú)法真正掌握面向?qū)ο缶幊痰木韬图记伞＿@樣的教學(xué)無(wú)法激發(fā)學(xué)習(xí)主體的積極性和主動(dòng)性，不利于學(xué)有余力的學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。此外，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)相比，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)卓越工程師的培養(yǎng)方案發(fā)生了很大的變化。因此，有必要對(duì)計(jì)算機(jī)卓越班的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革。通過(guò)革除傳統(tǒng)課程教學(xué)中的弊病，針對(duì)計(jì)算機(jī)卓越班的實(shí)際情況，優(yōu)化教學(xué)方法和教學(xué)手段，為培養(yǎng)計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人才打下良好的基礎(chǔ)。

2 改革具體措施

2.1 課程設(shè)置與考核方式的改革

傳統(tǒng)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程共54學(xué)時(shí)（2.5學(xué)分），其中，理論課36學(xué)時(shí)（2學(xué)分），實(shí)驗(yàn)課18學(xué)時(shí)（0.5學(xué)分）?？己朔绞交疽云谀╅]卷筆試為主（占總評(píng)成績(jī)的70%），實(shí)驗(yàn)成績(jī)和平時(shí)成績(jī)?yōu)檩o（占總評(píng)成績(jī)的30%）。閉卷筆試的考核方式具有較強(qiáng)的可操作性，但一般來(lái)說(shuō)，該方式只能考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，很難分辨出學(xué)生利用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想分析、解決問(wèn)題的能力以及上機(jī)編程的實(shí)際操作能力。由于教師將考試的重點(diǎn)放在了知識(shí)點(diǎn)的掌握上，容易誘使學(xué)生在學(xué)習(xí)和備考時(shí)將精力集中在要點(diǎn)的記憶上，從而忽視程序設(shè)計(jì)方法的掌握和實(shí)際動(dòng)手能力的提高，無(wú)法保證工程教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

針對(duì)以上問(wèn)題，在課程設(shè)置上，為了強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)課與理論課分離出來(lái)，單獨(dú)設(shè)置18學(xué)時(shí)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程。此外，為了實(shí)現(xiàn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”中培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才的要求，學(xué)校新增36學(xué)時(shí)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課程。在考核方式上，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的理論課程采用期末閉卷筆試為主的方式；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程采用上機(jī)機(jī)試為主的方式；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課程的考核方式包括軟件設(shè)計(jì)與編程、課程設(shè)計(jì)報(bào)告編寫(xiě)以及一對(duì)一答辯。

2.2 教學(xué)方法的改革

長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法更注重人的社會(huì)性和共性培養(yǎng)，忽視培養(yǎng)人的個(gè)性和創(chuàng)造性，其結(jié)果是培養(yǎng)了大量統(tǒng)一模式的“標(biāo)準(zhǔn)件”[7]。針對(duì)計(jì)算機(jī)卓越班學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)目標(biāo)，筆者提出一種適用于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。該教學(xué)法創(chuàng)造了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和工程實(shí)踐能力。

圖1描繪了創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法流程圖。該流程圖將面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)活動(dòng)分成4個(gè)層次。其中，第1層次的教學(xué)從課堂講練開(kāi)始，通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)例的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)。第2層次的教學(xué)貫穿于實(shí)驗(yàn)課的上機(jī)訓(xùn)練過(guò)程中，通過(guò)一些驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐技能。在此過(guò)程中，隨著學(xué)生理論知識(shí)的積累和實(shí)踐技能的提升，激發(fā)了他們運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的動(dòng)力。第3層次的教學(xué)從第13教學(xué)周開(kāi)始，教師會(huì)給學(xué)生布置課程設(shè)計(jì)的題目和要求。通過(guò)6周左右的課程設(shè)計(jì)，學(xué)生獲得了綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)了解決一般問(wèn)題的能力。通過(guò)3個(gè)層次的教學(xué)，可以完成教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案的所有要求。第4層次的教學(xué)主要由計(jì)算機(jī)卓越班一些拔尖的學(xué)生牽頭，鼓勵(lì)他們帶著班里的普通學(xué)生成立課題組，申報(bào)校級(jí)、市級(jí)乃至國(guó)家級(jí)的各類(lèi)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。獲得資助后，通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目的研究與開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在此過(guò)程中，每個(gè)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)都會(huì)配備一位項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)業(yè)教師進(jìn)行全程指導(dǎo)，幫助學(xué)生團(tuán)隊(duì)取得更大的成績(jī)。為了確保指導(dǎo)教師的服務(wù)質(zhì)量，根據(jù)學(xué)校的教師坐班答疑制度，要求具有高級(jí)職稱的教師每周必須安排8個(gè)小時(shí)的校內(nèi)坐班答疑時(shí)間，具有中級(jí)職稱的教師每周必須安排12個(gè)小時(shí)的校內(nèi)坐班答疑時(shí)間。指導(dǎo)教師克服遠(yuǎn)郊辦學(xué)的困難，有了充足的時(shí)間為學(xué)生的課程答疑解惑，并且協(xié)助學(xué)生解決項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目實(shí)施以及項(xiàng)目答辯過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題。由于完成創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目的主體是學(xué)生，教師只起到指導(dǎo)作用，這樣，學(xué)生不再把學(xué)習(xí)當(dāng)任務(wù)，而是根據(jù)項(xiàng)目的需求來(lái)學(xué)習(xí)，由被動(dòng)地接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地尋求知識(shí)，從而更好地發(fā)揮學(xué)習(xí)主動(dòng)性，并且鍛煉了自己的創(chuàng)造能力、團(tuán)隊(duì)合作能力以及與教師交流的能力。該層次教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于能夠加快學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和融會(huì)貫通，更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和團(tuán)隊(duì)合作精神，提高學(xué)生創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.3 教學(xué)手段的改革

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)手段的改革主要體現(xiàn)為多樣化和全方位。

第一，高清視頻錄播系統(tǒng)的使用。學(xué)校在已經(jīng)擁有的專(zhuān)業(yè)視頻、音頻技術(shù)人員和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套基于校園網(wǎng)的高清視頻錄播系統(tǒng)，通過(guò)校園網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)，將傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)與現(xiàn)代教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，提高教學(xué)水平。筆者通過(guò)主講的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程獲得學(xué)校視頻課程建設(shè)的機(jī)會(huì)，將36學(xué)時(shí)的理論課進(jìn)行了全程錄播。在后臺(tái)錄制人員的幫助以及學(xué)生的配合下，確保了視頻課程的教學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和觀賞性。

第二，多媒體課件與板書(shū)的有機(jī)融合。概念定義、基礎(chǔ)語(yǔ)法、圖表類(lèi)解釋說(shuō)明等用多媒體課件講解，知識(shí)表示更形象、描述信息量更大，節(jié)約了板書(shū)時(shí)間。算法的推理與分析過(guò)程則采用板書(shū)方法，教師邊寫(xiě)邊講，使學(xué)生思維和教師書(shū)寫(xiě)同步，更有利于學(xué)生深入理解重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

第三，實(shí)驗(yàn)環(huán)境真實(shí)性的保障。本課程課堂上所講案例的所有代碼都在真實(shí)的開(kāi)發(fā)環(huán)境上運(yùn)行，通過(guò)教師的引導(dǎo)，在師生交互過(guò)程中完成編碼工作，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和實(shí)踐能力的提高。本課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要由計(jì)算機(jī)工程與技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)提供，一人一機(jī)，通過(guò)機(jī)房管理軟件控制師生交互，教師可以在答疑過(guò)程中將任何一臺(tái)機(jī)器作為教師機(jī)進(jìn)行屏幕廣播教學(xué)，為學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)提供了良好的環(huán)境。此外，計(jì)算機(jī)工程與技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心還建有專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，包括航運(yùn)信息處理實(shí)驗(yàn)室、航運(yùn)工程研究實(shí)驗(yàn)室、智能海事網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)生創(chuàng)新基地、與甲骨文（中國(guó)）軟件系統(tǒng)有限公司合作設(shè)立的ORACLE實(shí)驗(yàn)室等，這些專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室為大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)施提供了良好的條件。

第四，課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)。通過(guò)建設(shè)課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，從時(shí)間和空間上延伸了課堂教學(xué)。在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上除提供教學(xué)基本文件外（教學(xué)大綱、教學(xué)日歷），還及時(shí)上傳了課件、例題、練習(xí)題、單元測(cè)試內(nèi)容等教學(xué)資源。

3 教學(xué)效果分析

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法在教學(xué)理念和實(shí)施方式方面有很大的區(qū)別。在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程前后，筆者對(duì)上海海事大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)2013級(jí)和2012級(jí)該課程的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，列出了各自的學(xué)習(xí)效果情況。其中，2013級(jí)選擇了采用創(chuàng)新教學(xué)法的計(jì)算機(jī)131卓越班，人數(shù)為31人。2012級(jí)選擇了采用傳統(tǒng)教學(xué)法的計(jì)算機(jī)121班，人數(shù)為37人。不同教學(xué)班級(jí)的教學(xué)效果對(duì)照見(jiàn)表1。其中，優(yōu)秀率由總評(píng)成績(jī)90分及以上學(xué)生的人數(shù)除以班級(jí)學(xué)生總數(shù)計(jì)算得出，良好率由總評(píng)成績(jī)80分及以上學(xué)生的人數(shù)除以班級(jí)學(xué)生總數(shù)計(jì)算得出。

由表1可知，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的計(jì)算機(jī)131卓越班優(yōu)秀率和創(chuàng)新項(xiàng)目參與度大幅領(lǐng)先于采用傳統(tǒng)教學(xué)法的計(jì)算機(jī)121班。由于計(jì)算機(jī)131卓越班的學(xué)生從計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)3個(gè)班級(jí)中優(yōu)選而出，不能依據(jù)表1的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單得出創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法的結(jié)論，還需要考慮生源質(zhì)量因素對(duì)數(shù)據(jù)的影響。為了觀察創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)際教學(xué)效果，筆者將所有計(jì)算機(jī)131卓越班的學(xué)生還原到大學(xué)入學(xué)時(shí)初始分班的狀態(tài)。然后，選擇計(jì)算機(jī)131班的學(xué)生數(shù)據(jù)代表創(chuàng)新教學(xué)法的教學(xué)效果，計(jì)算機(jī)121班的數(shù)據(jù)代表傳統(tǒng)教學(xué)法的教學(xué)效果。不同教學(xué)方法的教學(xué)效果對(duì)照見(jiàn)表2。

由表2可知，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在優(yōu)秀率、良好率以及創(chuàng)新項(xiàng)目參與度等指標(biāo)上比傳統(tǒng)教學(xué)法的教學(xué)效果更好。

4 結(jié) 語(yǔ)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)卓越班學(xué)生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個(gè)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)體系中具有十分重要的地位和作用。創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)法整合了各種教學(xué)資源，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。實(shí)踐證明，隨著課程教學(xué)改革的不斷深入，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到不斷提升，對(duì)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的實(shí)施起到一定的推進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐秀娟， 劉宇， 單世民， 等. 面向卓越工程師的IT服務(wù)管理課程教學(xué)研究與探索[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2016（6）： 85-89.

[2] 胡建人， 李文舉.計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)卓越工程師培養(yǎng)探索[J]. 大學(xué)教育， 2016（6）： 148-150.

[3] 麻志毅. 面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2013.

[4] 冀津， 王冠宇. 悅?cè)せ瘜W(xué)習(xí)在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)教育， 2013（18）： 99-102.

[5] Bergin J， Stehlik M，Roberts J， et al. Robot： A gentle introduction to the art of object-oriented programming in Java[M].Redwood City： Dreamsongs Press， 2013.

[6] 魏春英. 案例教學(xué)在VC++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用[J]. 濟(jì)寧學(xué)院學(xué)報(bào)， 2009， 30（3）： 33-34.

[7] 王芳， 王昭俊， 劉京， 等. 創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下研究生多元互補(bǔ)課堂教學(xué)模式實(shí)踐[J]. 高等建筑教育， 2016， 25（5）： 35-38.

（編輯：孫怡銘）