面向大類工科專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

宋友

摘 要：程序設(shè)計(jì)能力是信息時(shí)代工科大學(xué)生的一項(xiàng)基本能力，傳統(tǒng)的工科專業(yè)都會(huì)開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)課。在大類招生背景下，如何有效開(kāi)展大類工科專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)變得尤為重要。本文給出了大類工科專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中師資建設(shè)、教學(xué)規(guī)范、資源利用等問(wèn)題的解決與實(shí)施辦法。

關(guān)鍵詞：大類工科專業(yè)；程序設(shè)計(jì)課程；教學(xué)改革

近年來(lái)許多大學(xué)陸續(xù)開(kāi)始實(shí)施寬口徑、強(qiáng)基礎(chǔ)的大類專業(yè)招生和培養(yǎng)[1]。所謂大類專業(yè)培養(yǎng)，就是在大學(xué)的第一年或低年級(jí)，同一大類、不同專業(yè)的培養(yǎng)方案相同，課程設(shè)置和教學(xué)要求相同，比如計(jì)算機(jī)與信息類、文史類、理科類等。學(xué)生在低年級(jí)以接受基礎(chǔ)教學(xué)和通識(shí)教育為主，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生對(duì)各個(gè)細(xì)分的專業(yè)逐步了解和認(rèn)識(shí)，到一年級(jí)或二年級(jí)結(jié)束時(shí)根據(jù)自己的興趣和愛(ài)好選擇相應(yīng)的專業(yè)，接受進(jìn)一步的專業(yè)教育。

程序設(shè)計(jì)能力是所有工科專業(yè)學(xué)生的必備基礎(chǔ)，在信息時(shí)代，其基礎(chǔ)性地位就跟數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科一樣，已不可或缺。對(duì)于工科專業(yè)學(xué)生，程序設(shè)計(jì)能力是其將來(lái)在科學(xué)研究、工程實(shí)踐中進(jìn)行邏輯推理、問(wèn)題求解、方案設(shè)計(jì)、算法分析、信息處理、數(shù)據(jù)管理等方面的基本能力。因此，做好面向工科專業(yè)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)工作是一項(xiàng)很重要的基礎(chǔ)任務(wù)，一些高校對(duì)此進(jìn)行了許多有益的探索[2， 3]。

一、程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工程能力訓(xùn)練是國(guó)內(nèi)外高校共同關(guān)注的工程能力培養(yǎng)課程。國(guó)外高校的專業(yè)限制較弱，大多數(shù)程序設(shè)計(jì)類課程都是面向全校開(kāi)設(shè)。例如，普林斯頓大學(xué)開(kāi)設(shè)了Computer Science 217， Introduction to Programming

Systems課程，主要介紹基于C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)方法、軟件工具等；麻省理工學(xué)院開(kāi)設(shè)了6.S096 Introduction to C and C++課程，講授C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)和面向?qū)ο缶幊獭?/p>

在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等均開(kāi)設(shè)有必修的程序設(shè)計(jì)課程，大部分學(xué)校是在大一上學(xué)期或大一下學(xué)期開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)課程，主要以C語(yǔ)言作為程序設(shè)計(jì)課的編程語(yǔ)言，課程名稱為“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”。該課程是面向工科專業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)課程，對(duì)后繼各專業(yè)學(xué)院的必修課、專業(yè)課均有直接的支撐關(guān)系。但由于我國(guó)高校專業(yè)邊界明顯，通常各學(xué)院?jiǎn)为?dú)開(kāi)設(shè)自己的程序設(shè)計(jì)課程。

“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程的基礎(chǔ)性地位跟數(shù)學(xué)、物理、英語(yǔ)等課程有所不同。數(shù)學(xué)、物理作為自然科學(xué)類基礎(chǔ)課，在各高校都是公共課，基本由數(shù)學(xué)、物理專業(yè)學(xué)院集中承擔(dān)。同樣，公共英語(yǔ)課也多由外語(yǔ)專業(yè)學(xué)院承擔(dān)。由于“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，且由各專業(yè)學(xué)院自己的專業(yè)師資開(kāi)設(shè)，導(dǎo)致該課程教學(xué)存在較大的差異。這種差異性不僅體現(xiàn)在不同專業(yè)教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)上，也體現(xiàn)在不同學(xué)院的教學(xué)規(guī)范和實(shí)施過(guò)程方面。筆者分析了北京航空航天大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“北航”）10多個(gè)工科學(xué)院的“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程大綱，選了有代表性的6個(gè)學(xué)院，見(jiàn)表1所示。

表中的符號(hào)與編號(hào)說(shuō)明：

C1—C6：指6個(gè)不同的學(xué)院；

T1：期末考試；

T2：上機(jī)實(shí)踐（實(shí)驗(yàn)課）等；

T3：作業(yè)（考勤）與實(shí)踐（大作業(yè)）等；

R1：《C程序設(shè)計(jì)（第四版）》（譚浩強(qiáng)，清華大學(xué)出版社）；

R2：《C程序設(shè)計(jì)（第四版）學(xué)習(xí)輔導(dǎo)》（譚浩強(qiáng)，清華大學(xué)出版社）；

R3：《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第三版）》（夏寬理，中國(guó)鐵道出版社）；

R4：《C++語(yǔ)言基礎(chǔ)教程（第3版）》（呂鳳翥，清華大學(xué)出版社）；

R5：《C Primer Plus（第6版）中文版》（Stephen Prata， 人民郵電出版社）；

R6：《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第3版）》（譚浩強(qiáng)，清華大學(xué)出版社）；

R7：《A First Book of ANSI C， Third Edition》（Gary J. Bronson， 電子工業(yè)出版社）；

R8：《C程序設(shè)計(jì)上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》， 課程組自編指導(dǎo)手冊(cè)。

從表1可以看出：同一門課，不同學(xué)院在學(xué)時(shí)、學(xué)分設(shè)置上存在較大差異，表1中就存在3個(gè)版本；學(xué)時(shí)與學(xué)分的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不規(guī)范，通常是16學(xué)時(shí)為1個(gè)學(xué)分，1個(gè)實(shí)踐學(xué)時(shí)按1/2理論學(xué)時(shí)計(jì)算，但有的學(xué)院按1：1計(jì)算，有的學(xué)院則實(shí)踐課不計(jì)學(xué)分；考核方法也各不相同；所用的教材基本相同，但教材版次、教學(xué)參考書(shū)等卻有區(qū)別；一個(gè)學(xué)院的教師團(tuán)隊(duì)人數(shù)、構(gòu)成等也都各有千秋。

進(jìn)一步分析，各學(xué)院的教學(xué)內(nèi)容也都千差萬(wàn)別，即便學(xué)時(shí)相同，課程的組織方式也不一樣。例如，C1和C3學(xué)院都是40學(xué)時(shí)，兩者的理論學(xué)時(shí)和實(shí)踐學(xué)時(shí)占比都很接近，但C1學(xué)院折算為2.5學(xué)分，C3學(xué)院則計(jì)算為2學(xué)分；C1在函數(shù)與指針部分占用13個(gè)學(xué)時(shí)（理論+實(shí)踐），而C3則占用16學(xué)時(shí)；C1包括了位運(yùn)算，C3則沒(méi)有涉及，等等。

可以看出，各工科專業(yè)開(kāi)設(shè)的“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程的差異性很大，存在明顯的教學(xué)孤島現(xiàn)象（不同專業(yè)的教師缺少教學(xué)工作的相互交流）。即使是同一個(gè)學(xué)院講授這門課的兩個(gè)老師，彼此也不熟悉對(duì)方的教學(xué)工作，也不了解對(duì)方的授課情況。這不是一個(gè)好現(xiàn)象。誠(chéng)然，教學(xué)是一門藝術(shù)，每個(gè)教師有自己的特色才能展現(xiàn)教學(xué)的藝術(shù)魅力。但是，作為一門基礎(chǔ)課程，在一個(gè)學(xué)校內(nèi)部統(tǒng)一教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求則是非常必要的。如果僅憑老師的隨意發(fā)揮，一定會(huì)造成教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果差異太大。遇到教學(xué)水平高的老師，則是學(xué)生的幸運(yùn)，反之則不容樂(lè)觀。因此，由各學(xué)院?jiǎn)为?dú)開(kāi)設(shè)自己的程序設(shè)計(jì)課程的現(xiàn)狀需要改變。

二、程序設(shè)計(jì)大類課改革要解決的核心問(wèn)題

弱化專業(yè)限制，面向大類工科專業(yè)開(kāi)展統(tǒng)一的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)，無(wú)疑是值得鼓勵(lì)的。但是，程序設(shè)計(jì)課程作為各高校的大類課，如何進(jìn)行改革卻是一個(gè)新的問(wèn)題。

在培養(yǎng)目標(biāo)上，北航的“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程針對(duì)航空航天類10個(gè)工科專業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與算法設(shè)計(jì)能力，為進(jìn)一步科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在課程內(nèi)容上，該課程涵蓋了C語(yǔ)言的各種數(shù)據(jù)類型、表達(dá)式與運(yùn)算、輸入輸出、程序的結(jié)構(gòu)與邏輯、指針、文件等知識(shí)的語(yǔ)法、語(yǔ)義、抽象、表達(dá)與應(yīng)用。訓(xùn)練學(xué)生從一開(kāi)始就培養(yǎng)良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，學(xué)會(huì)用結(jié)構(gòu)化方法編寫程序，熟練掌握編程工具與調(diào)試方法等，能進(jìn)行基本的容錯(cuò)處理與分析，具備通過(guò)聯(lián)機(jī)手冊(cè)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行資料查找與問(wèn)題求解的能力，等等。

一是提高課程標(biāo)準(zhǔn)。在分析各專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀中，我們發(fā)現(xiàn)過(guò)去各工科專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)普遍比較老舊，教學(xué)內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，實(shí)踐的難度和強(qiáng)度都不足，以至于不少學(xué)生一學(xué)期結(jié)束后還不會(huì)做基本的程序設(shè)計(jì)，這顯然不能滿足信息時(shí)代、新工業(yè)時(shí)代發(fā)展的要求。目前國(guó)家正在開(kāi)展新工科建設(shè)，對(duì)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)都提出了新的要求，其中數(shù)理運(yùn)算、工程知識(shí)、計(jì)算機(jī)能力、信息能力等是重要組成部分[4]，而程序設(shè)計(jì)課程在講授這些知識(shí)和訓(xùn)練這些能力方面具有基礎(chǔ)性地位。因此，需要制定更高的課程標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)更豐富的課程內(nèi)容，安排更充實(shí)的實(shí)踐，以滿足學(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研究與工程任務(wù)的計(jì)算需要。

二是提升教師隊(duì)伍的教學(xué)水平。過(guò)去，各個(gè)工科專業(yè)都是自己開(kāi)設(shè)該課程，老師也基本來(lái)自本專業(yè)，但這些老師大多數(shù)不是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)科班出身，在程序設(shè)計(jì)的知識(shí)結(jié)構(gòu)上難免會(huì)有些缺項(xiàng)和遺漏。另外，一個(gè)課程組的老師也不多，相互之間能互補(bǔ)互助的效果也不大。因此，老師的知識(shí)缺陷自然會(huì)造成教學(xué)效果打折扣。

三是加強(qiáng)規(guī)范管理。從第一部分的分析可知，不同學(xué)院的教學(xué)在學(xué)時(shí)、學(xué)分、教材、教學(xué)內(nèi)容、教師結(jié)構(gòu)等方面都有較大差異，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。而在大類專業(yè)招生的背景下，學(xué)生在第一學(xué)年結(jié)束后開(kāi)始選專業(yè)，教學(xué)內(nèi)容的一致性、學(xué)分的公平性等都很重要，統(tǒng)一的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范就顯得勢(shì)在必行。

四是有效利用教學(xué)資源。在大類招生和培養(yǎng)背景下，程序設(shè)計(jì)課程變成了學(xué)校的公選課，需要較多的教師、教務(wù)、教室、機(jī)房等教學(xué)資源，這些應(yīng)由學(xué)校統(tǒng)一安排。如何統(tǒng)籌安排和利用好教學(xué)資源，也是學(xué)校需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。

三、北航的具體探索

為了解決固有問(wèn)題，克服現(xiàn)有困難，達(dá)成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，北航教學(xué)部門對(duì)程序設(shè)計(jì)大類課建設(shè)開(kāi)展了一系列探索。

一是組長(zhǎng)聘任制度。學(xué)校聘任了教學(xué)責(zé)任感強(qiáng)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、教學(xué)效果優(yōu)秀的教師擔(dān)任課程組長(zhǎng)。在學(xué)校教學(xué)部門領(lǐng)導(dǎo)下，課程建設(shè)實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。組長(zhǎng)負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)組建、教學(xué)安排、教學(xué)質(zhì)量控制、教學(xué)改革、教師考核等。

二是教師遴選制度。2017年秋季，學(xué)校對(duì)程序設(shè)計(jì)任課教師進(jìn)行公開(kāi)招聘，全校40余名教師在各學(xué)院推薦下報(bào)名競(jìng)聘。首先進(jìn)行上機(jī)編程測(cè)試，有20余名教師獲得通過(guò)。接著，通過(guò)了機(jī)試的老師參加教學(xué)試講。學(xué)校聘請(qǐng)校內(nèi)外專家擔(dān)任評(píng)委，最終確定了16名教師，組成首批教學(xué)團(tuán)隊(duì)。這些教師來(lái)自于全校各學(xué)院，其中信息大類（電子、計(jì)算機(jī)、軟件等）教師約占一半，另一半來(lái)自于其他工科專業(yè)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)老師的知識(shí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)專業(yè)化和多元化，交叉融合特征明顯。

三是質(zhì)量保障制度。課程組定期開(kāi)展集體備課，平均每?jī)芍苓M(jìn)行一次。老師分工負(fù)責(zé)各章節(jié)的講義制作等教學(xué)設(shè)計(jì)。課程組統(tǒng)一教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，包括教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、講義、習(xí)題等，所有教師都保持課程進(jìn)度大致一致，但每位教師可以發(fā)揮自己的教學(xué)特色、展現(xiàn)自己的教學(xué)個(gè)性與教學(xué)藝術(shù)。

課程組開(kāi)展相互聽(tīng)課與互評(píng)（同行評(píng)議）活動(dòng)，每位教師一學(xué)期至少聽(tīng)4次課，對(duì)聽(tīng)課情況進(jìn)行總結(jié)記錄，填寫《聽(tīng)課記錄表》并交給課程組長(zhǎng)。同時(shí)，課程組還接受學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)組專家的聽(tīng)課。對(duì)于教學(xué)效果反饋不好的教師，課程團(tuán)隊(duì)成員和專家采取多輪次聽(tīng)課方式，了解其教學(xué)情況，并進(jìn)行問(wèn)題診斷，給出改進(jìn)意見(jiàn)。若改進(jìn)效果仍舊難以達(dá)到要求，建議其退出本課程組。

程序設(shè)計(jì)課程實(shí)行統(tǒng)一考試、教考分離。學(xué)校建立了任課教師動(dòng)態(tài)準(zhǔn)入準(zhǔn)出制度，接受優(yōu)秀教師加入課程組，對(duì)教學(xué)質(zhì)量較低的老師進(jìn)行勸退。

四是利用在線編程平臺(tái)開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)。平臺(tái)部署在騰訊云上，保證了商業(yè)級(jí)的安全性、穩(wěn)定性和訪問(wèn)效率，有效地解決了學(xué)校資源緊張與學(xué)生實(shí)際需求較大的矛盾。

四、改革成效

我校圍繞大類課建設(shè)目標(biāo)，經(jīng)過(guò)一輪教學(xué)改革探索，取得了較好的教學(xué)效果。

一是教學(xué)團(tuán)隊(duì)在遴選任課教師時(shí)不考慮職稱、學(xué)院等因素，只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就是唯才是舉。專家組選聘的標(biāo)準(zhǔn)就是看候選人是否有足夠的教學(xué)熱情，是否有較好的編程能力，是否有更好的教學(xué)效果。經(jīng)過(guò)三個(gè)階段（報(bào)名、上機(jī)測(cè)試、試講）的遴選，任課教師的整體教學(xué)水平得到提高，為教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

二是以教學(xué)大團(tuán)隊(duì)的形式開(kāi)展大類課教學(xué)，每個(gè)教師有各自的任務(wù)分工，總體上降低了教師的工作量。具體分工表現(xiàn)為：制作講義時(shí)，每個(gè)教師負(fù)責(zé)相應(yīng)的章節(jié)；專人負(fù)責(zé)上機(jī)實(shí)踐平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)與實(shí)踐內(nèi)容的管理；專人負(fù)責(zé)教學(xué)資料的管理；專人負(fù)責(zé)教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)的分析與反饋，等等。教師工作負(fù)荷減少，可以將更多的精力投入到教學(xué)研究中。

三是在集體備課中，教師們會(huì)圍繞比較基礎(chǔ)、重要、困難的問(wèn)題進(jìn)行分析，開(kāi)展深入的討論，從而對(duì)許多困難的問(wèn)題形成了教師容易執(zhí)行的教法和學(xué)生容易理解的解法。在相互聽(tīng)課、相互評(píng)價(jià)的實(shí)施過(guò)程中，教師之間相互學(xué)習(xí)、相互影響、相互帶動(dòng)，教師的教學(xué)熱情得到了更大提高，教師的業(yè)務(wù)水平也不斷提升。

四是加強(qiáng)了教學(xué)規(guī)范性，包括教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、講義、作業(yè)、上機(jī)實(shí)踐、備課記錄、聽(tīng)課記錄、考試等各方面的資料都進(jìn)行了循環(huán)檢查，集中管理，使得教學(xué)運(yùn)營(yíng)更加安全可靠。

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[資助項(xiàng)目：中央高校教育教學(xué)改革專項(xiàng)“北航大類專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程群建設(shè)”、騰訊—教育部產(chǎn)學(xué)合作新工科建設(shè)項(xiàng)目“面向新工科的計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程改革”（201702002005）]

[責(zé)任編輯：夏魯惠]