面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)改革

李雪飛+李晶+余琍+代永平

摘 要：針對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，分析當(dāng)前教學(xué)中存在的教學(xué)目標(biāo)不明確、教學(xué)內(nèi)容陳舊、程序設(shè)計(jì)課程不連貫等問題，提出合理組織教學(xué)內(nèi)容、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法和改革教學(xué)方法、教學(xué)手段、課程評(píng)價(jià)等措施，旨在提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)改革；MASON；計(jì)算機(jī)編程

文章編號(hào)：1672-5913（2017）07-0118-04

中圖分類號(hào)：G642

0 引 言

在計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)課程中，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)類課程是學(xué)生必修的核心課程，在整個(gè)培養(yǎng)方案中，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程占據(jù)著舉足輕重的地位。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想從提出到現(xiàn)在，一直是程序開發(fā)的主流思想，在未來很長一段時(shí)間也將是一種主要的編程思想，是所有計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)人員必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)國家對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)踐教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)先明確對(duì)應(yīng)用型人才的基本要求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①具有較強(qiáng)的文化素質(zhì)，專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)掌握較好，能夠掌握計(jì)算機(jī)學(xué)科主干課程的內(nèi)容；②實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)，能夠快速掌握軟件、硬件的使用，充分理解計(jì)算機(jī)運(yùn)行機(jī)制；③具有很強(qiáng)的分析問題、解決問題的能力；④要掌握一門或多門程序設(shè)計(jì)類語言，并充分理解程序設(shè)計(jì)原理，特別是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想。

1 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)類課程在教學(xué)中的問題

1.1 教學(xué)目標(biāo)不明確

理論課與實(shí)驗(yàn)課涇渭分明，使理論課的知識(shí)難以運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)課中，造成了難以學(xué)以致用、學(xué)用脫節(jié)的狀況，在實(shí)驗(yàn)中不能達(dá)到鞏固理論和檢驗(yàn)理論的目的。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程不是單純的理論講解，其主要目的是增強(qiáng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力。首先需要選用適合的理論課教材，然后配合教材設(shè)置實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)課和理論課相輔相成。

1.2 教學(xué)內(nèi)容陳舊

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程通常包括編程語言語法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)類庫等內(nèi)容。課程涵蓋的教學(xué)內(nèi)容很多，但存在實(shí)際教學(xué)課時(shí)過少的問題。同時(shí)，面向?qū)ο笳Z言課程學(xué)習(xí)難度比較大，包含各種不同需求的應(yīng)用框架，而傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容主要偏向基本理論學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生不能真正掌握面向?qū)ο蟮暮诵乃枷?，?duì)知識(shí)點(diǎn)理解困難，學(xué)習(xí)熱情降低，教學(xué)效果不夠理想[1]。

移動(dòng)互聯(lián)大背景下應(yīng)用開發(fā)的理論與實(shí)踐教學(xué)模式，要求學(xué)生既要掌握扎實(shí)的計(jì)算機(jī)理論知識(shí)，又要掌握大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新理念、新技術(shù)。學(xué)生只有結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，學(xué)習(xí)運(yùn)用新技術(shù)，提高知識(shí)儲(chǔ)備，才能提升自己的實(shí)踐開發(fā)能力和項(xiàng)目管理能力。

1.3 程序設(shè)計(jì)類課程缺乏連貫性和一致性

當(dāng)前面向?qū)ο罄碚摻虒W(xué)中各章節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性較小，實(shí)踐操作注重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且前后實(shí)驗(yàn)沒有連貫性和一致性，導(dǎo)致學(xué)生不能整體把握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想，缺乏對(duì)面向?qū)ο笏枷氲暮暧^認(rèn)識(shí)，實(shí)踐動(dòng)手能力很難提高，更沒有參與大型軟件項(xiàng)目的能力。

考慮到近年來，云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。這對(duì)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)，尤其是計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)人員培養(yǎng)來說，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。

2 教學(xué)改革的措施和方法

2.1 合理組織教學(xué)內(nèi)容

在實(shí)踐教學(xué)的初始階段和中間階段，按照學(xué)生對(duì)事物的普遍認(rèn)知規(guī)律，可以采用從宏觀到具體的認(rèn)識(shí)方式，合理組織教學(xué)內(nèi)容。首先，通過一個(gè)或多個(gè)覆蓋知識(shí)點(diǎn)廣的應(yīng)用程序，讓學(xué)生構(gòu)建對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程較完整的認(rèn)識(shí)[1]，提高學(xué)生學(xué)習(xí)編程設(shè)計(jì)的興趣。然后，把實(shí)際應(yīng)用程序各部分功能的實(shí)現(xiàn)原理，合理分解到教學(xué)的各章節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)中，使學(xué)生建立整體概念，然后逐步細(xì)化，掌握知識(shí)點(diǎn)，由點(diǎn)到面、由淺到深地學(xué)習(xí)。這種層次化的學(xué)習(xí)方式，能夠滿足學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣。實(shí)踐證明，帶有目的性的教學(xué)，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在教學(xué)的最后階段，要求學(xué)生在掌握全部知識(shí)后進(jìn)行總結(jié)，構(gòu)建宏觀的程序設(shè)計(jì)思維，利用掌握的知識(shí)和方法重新思考教學(xué)初期提供的完整程序，并鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手解決類似問題，以實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

2.2 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。在實(shí)際教學(xué)中，只有激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，才能獲得更好的教學(xué)效果[2]。教師在安排教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要注重以下幾點(diǎn)。首先，要注重學(xué)生對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)類課程的第一印象，在第一堂課上激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的興趣。比如C++程序設(shè)計(jì)教學(xué)，在第一堂課上教師給學(xué)生演示常用的軟件程序（QQ、微信、游戲等），讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這些程序就是將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)習(xí)完本課程也能寫出如此實(shí)用的程序 [1]。其次，在往后的教學(xué)中，要避免照本宣科地給學(xué)生解釋知識(shí)要點(diǎn)，特別是比較枯燥、難以理解的知識(shí)點(diǎn)，例如繼承、多態(tài)，可以通過生活中的類似案例來講解，不僅讓學(xué)生明白編程語言的思想來源于生活，更能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。最后，在課程結(jié)束前，帶領(lǐng)學(xué)生重新學(xué)習(xí)第一堂課的內(nèi)容，介紹知識(shí)點(diǎn)在具體程序中如何運(yùn)用，使學(xué)生明白課堂所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)是構(gòu)成復(fù)雜程序的基本元素。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)完成后，要注意歸納總結(jié)，深入理解面向?qū)ο蟮暮诵乃枷?，在?shí)踐中不斷提升自己的動(dòng)手能力。

2.3 教學(xué)方法改革

在實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)以學(xué)生自主思考學(xué)習(xí)為主，教師起指引方向和介紹方法的作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，讓學(xué)生敢于表達(dá)自己的見解。教師可以引導(dǎo)學(xué)生相互討論[3]，讓學(xué)生成為課堂的主角。程序設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性強(qiáng)的課程，當(dāng)學(xué)生做課程設(shè)計(jì)遇到錯(cuò)誤時(shí)，教師要真正給學(xué)生講清楚錯(cuò)誤的原因，讓學(xué)生動(dòng)手調(diào)試，錯(cuò)誤能夠加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。同時(shí)，每做完一個(gè)任務(wù)，教師就要對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，站在學(xué)生的角度，幫助學(xué)生理清思路。這樣，學(xué)生不僅可以清楚問題的本質(zhì)，還能獲得更多的自信，增強(qiáng)對(duì)程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 教學(xué)手段改革

針對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程抽象不易理解的特點(diǎn)，在實(shí)踐教學(xué)中可以采取多媒體的教學(xué)方式，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。教師借助網(wǎng)絡(luò)通信工具，通過開設(shè)微信和QQ課程學(xué)習(xí)交流群[4]，鼓勵(lì)學(xué)生相互幫助。學(xué)生遇到問題，可在交流群中提出，請(qǐng)其他學(xué)生回答問題。對(duì)有見解、態(tài)度端正的學(xué)生，可以給予獎(jiǎng)勵(lì)， 以構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)氛圍。課堂時(shí)間有限，教師在課余時(shí)間可以通過網(wǎng)絡(luò)通信工具加強(qiáng)與學(xué)生的溝通交流，給學(xué)生發(fā)送課件、參考書、源代碼等資料，以彌補(bǔ)課堂課時(shí)太少的問題[5]。同時(shí)，要注重利用網(wǎng)絡(luò)資源，例如MOOC、網(wǎng)易云課堂等在線學(xué)習(xí)資源，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2.5 課程評(píng)價(jià)改革

合理的課程評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的客觀反映。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，課程評(píng)價(jià)要采用全面的評(píng)價(jià)方式，結(jié)合學(xué)生的課堂表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力做出評(píng)價(jià)。針對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，可以根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、課程設(shè)計(jì)和綜合程序等幾方面綜合評(píng)價(jià)。課堂表現(xiàn)可以在回答問題次數(shù)、上課出勤率、課后作業(yè)完成等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)；課程設(shè)計(jì)考核可以通過參與課程設(shè)計(jì)次數(shù)、課程設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)代碼質(zhì)量等方面考核；綜合程序練習(xí)可以通過團(tuán)隊(duì)成員互評(píng)、程序驗(yàn)收答辯、項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)等給學(xué)生打分；最后再綜合這幾方面的分?jǐn)?shù)，給出一個(gè)能夠真實(shí)反映學(xué)生程序設(shè)計(jì)實(shí)踐水平的分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)技能和學(xué)科應(yīng)用能力的提升。

2.6 面向需求設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)中，首先要注重講解理論知識(shí)，但更要注重將面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的理論知識(shí)與具體程序設(shè)計(jì)相結(jié)合，讓學(xué)生在實(shí)踐中強(qiáng)化對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生分析、解決問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的興趣。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)中，將配套一個(gè)完整的面向需求的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基于MASON仿真平臺(tái)，MASON是由George Mason大學(xué)用Java開發(fā)的離散事件仿真庫，全稱為Multi-Agent Simulator of Neighborhood[6]。選擇MASON平臺(tái)是因?yàn)樵撈脚_(tái)的設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①性能高效，MASON的設(shè)計(jì)思路是為了使軟件更小且運(yùn)行速度更快；②易上手，MASON仿真平臺(tái)操作簡(jiǎn)單，官方亦提供了完整的操作文檔，即使初次接觸面向?qū)ο笳n程的學(xué)生也能快速入門，不必花費(fèi)過多時(shí)間了解框架平臺(tái)的使用方法，可將學(xué)習(xí)精力集中在程序設(shè)計(jì)，更好地將課程知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐操作；③擁有可視化GUI選項(xiàng)，MASON仿真平臺(tái)提供了GUI接口，方便操作者使用[7]。根據(jù)學(xué)生反饋，在初次接觸面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)，就能自己動(dòng)手寫出帶有GUI的程序，更容易提升對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的興趣和學(xué)習(xí)熱情。

在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，參考面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和MASON平臺(tái)的特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了配套的課程實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)題目見表1。學(xué)生在課程初期可以根據(jù)興趣選擇一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。隨著課程不斷進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)的程序設(shè)計(jì)要求由淺入深、層次推進(jìn)，每個(gè)階段將需求與最新的知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，既深化了課堂的理論知識(shí)，又強(qiáng)化了動(dòng)手能力和解決問題能力，讓學(xué)生切身體會(huì)到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

具體來說，應(yīng)采用從整體到局部的方式組織教學(xué)內(nèi)容，將課程分為4個(gè)層次：①面向?qū)ο笳Z言基礎(chǔ)；②類與對(duì)象，繼承與派生；③設(shè)計(jì)模式；④軟件工程理論及大型軟件的研發(fā)和維護(hù)。在教學(xué)中將圍繞這4個(gè)層次的知識(shí)體系進(jìn)行課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。隨著理論教學(xué)的推進(jìn)，學(xué)生在課堂和試驗(yàn)中學(xué)到的知識(shí)越來越多，實(shí)驗(yàn)也將逐步擴(kuò)展成為一個(gè)小型項(xiàng)目，完成對(duì)學(xué)生程序設(shè)計(jì)綜合能力的訓(xùn)練。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)將采用滾雪球的疊加方式[8]，設(shè)計(jì)思路見圖1。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)該將不同層次的知識(shí)點(diǎn)貫穿起來，隨著知識(shí)層次的深入，將現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)逐步遷移到下一知識(shí)層次，并不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)提出新的要求和改善目標(biāo)。表2是其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)的概要設(shè)計(jì)描述。

在實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)際運(yùn)行中，還將對(duì)實(shí)驗(yàn)的管理、考核方式進(jìn)行改革。實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間安排將采取分階段檢查的方式，每一階段在前一階段已完成的情況下，由教師對(duì)當(dāng)前的階段性成果進(jìn)行評(píng)估；然后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)選題設(shè)置新的需求或?qū)σ淹瓿傻男枨筇岢鲂薷?，讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度循序漸進(jìn)，由易到難；最終將綜合各個(gè)階段的成果進(jìn)行綜合考核，將實(shí)驗(yàn)考核分?jǐn)?shù)作為最后總評(píng)成績(jī)的重要參考之一。

3 結(jié) 語

本文針對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，根據(jù)學(xué)生對(duì)事物認(rèn)知規(guī)律，合理組織教學(xué)內(nèi)容，旨在教學(xué)過程中不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣。學(xué)生對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想有了清晰的認(rèn)識(shí)，在實(shí)踐過程中能夠運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的方法，編寫出擴(kuò)展性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)的軟件。利用MASON仿真平臺(tái)完成課程設(shè)計(jì)，能夠更好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。近一年的實(shí)踐證明，采用這種教學(xué)方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情明顯提高，教學(xué)效果得到了顯著提升。在今后的教學(xué)過程中，我們將不斷改進(jìn)這種教學(xué)方式，以提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力為目標(biāo)，順應(yīng)時(shí)代的需求，不斷完善教學(xué)模式。

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（編輯：孫怡銘）