基于CS2013的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程建設(shè)

賴曉燕，趙　浩，程鈴鈁

（福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福建 福州　350002）

0　引言

2013年，ACM和IEEE聯(lián)合推出了第四部計(jì)算機(jī)科學(xué)高等教育指導(dǎo)性大綱 CS2013(Computer Science Curriculum 2013)[1,2]，該綱領(lǐng)性文件提供了100多門將知識(shí)單元具象化的案例課程，為國(guó)內(nèi)外高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)教育提供了切實(shí)可操作的藍(lán)本，因此受到了全球計(jì)算機(jī)教育行業(yè)的高度關(guān)注，也引發(fā)了國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)高等教育領(lǐng)域的專家對(duì)其進(jìn)行研究和實(shí)踐的熱潮[3]。CS2013中計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系共由18個(gè)知識(shí)領(lǐng)域構(gòu)成，每個(gè)知識(shí)領(lǐng)域可以再細(xì)分為多個(gè)知識(shí)單元，其中，與“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程相關(guān)的有兩大知識(shí)領(lǐng)域：程序設(shè)計(jì)語言（Programming Language, PL）和軟件開發(fā)基礎(chǔ)（Software Development Fundamentals, SDF），SDF是由2001年發(fā)布的CS2001和2008年發(fā)布的CS2008中的編程基礎(chǔ)（Programming Fundamentals, PF）重新整合而成的，但是兩者具有較大的差別，PF側(cè)重的是一種編程技能，而 SDF更關(guān)注的是整個(gè)軟件的開發(fā)過程，更強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維方面的訓(xùn)練和求解實(shí)際問題能力的培養(yǎng)[4,5]。目前的“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)能否達(dá)到新的綱領(lǐng)性文件要求？在 CS2013指導(dǎo)下的“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程如何定位？在 CS2013指導(dǎo)下的課程將如何建設(shè)？這些都是亟需探索和研究的問題[6]。

1　程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教學(xué)包括兩方面的內(nèi)容：一是C語言的語法；二是程序設(shè)計(jì)的思想和方法[7]。課堂教學(xué)按照給出語法、舉例說明語法、學(xué)生練習(xí)、分析總結(jié)這一模式來組織教學(xué)，這種教學(xué)方式存在弊端：一方面在一開始就以C語言的語法為重點(diǎn)，學(xué)生將記憶十幾種的輸入輸出格式說明符、三十幾個(gè)運(yùn)算符的結(jié)合性、優(yōu)先級(jí)等，很容易讓學(xué)生淹沒在語法規(guī)則中，陷入細(xì)枝末節(jié)而忽略了程序設(shè)計(jì)的思想，“只見樹木不見森林”，體會(huì)不到編程的樂趣，易使學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒，隨著課程的深入，問題將不斷累積，學(xué)生終將失去編程的興趣，畏懼編程，甚至對(duì)選擇的計(jì)算機(jī)專業(yè)是否適合自己持有懷疑的態(tài)度；另一方面現(xiàn)行教學(xué)側(cè)重編程技巧，未涉及軟件開發(fā)方面的思想，遠(yuǎn)離實(shí)際應(yīng)用，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)[8]。采用的教學(xué)模式以教師為中心，互動(dòng)不夠，學(xué)生在聽中學(xué)，束縛了學(xué)生思維，培養(yǎng)的學(xué)生缺少自主探索解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生評(píng)價(jià)方式較單一，以期末紙質(zhì)試卷成績(jī)?yōu)橹?，很難客觀考核學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。綜上所述，目前的教學(xué)與CS2013的要求不一致，以CS2013為指導(dǎo)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程建設(shè)與改革實(shí)踐勢(shì)在必行。

2　課程定位與培養(yǎng)目標(biāo)

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門程序設(shè)計(jì)類課程，這門課程的掌握程度將直接影響學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程如：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、JAVA程序設(shè)計(jì)等的學(xué)習(xí)熱情，因此，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程作為編程語言的啟蒙課程，不僅要介紹第一門程序設(shè)計(jì)語言—C語言，還肩負(fù)著激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的熱情，在計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程體系中，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的地位和作用是顯而易見的。

CS2013指導(dǎo)下的課程培養(yǎng)目標(biāo)為：通過C語言的編程實(shí)踐，讓學(xué)生了解軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)的過程，熟悉結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想和方法，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行問題描述和求解的思維方法，能夠熟練使用C語言編程解決實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，養(yǎng)成良好的編程素養(yǎng)和工程素養(yǎng)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來從事軟件開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

3　課程建設(shè)與實(shí)踐

3.1　教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

打造高水平的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，是程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程授課質(zhì)量的有力保障，是課程建設(shè)的首要任務(wù)，也是課程建設(shè)的一個(gè)長(zhǎng)期奮斗的目標(biāo)。經(jīng)過多年的努力，我們學(xué)院已經(jīng)形成一支既掌握教學(xué)技能，又具有工程實(shí)踐能力的“雙師型”專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。我們?cè)?009年組建程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)在教學(xué)團(tuán)隊(duì)由10名教師組成，主要成員均長(zhǎng)期從事本課程或程序設(shè)計(jì)類相關(guān)課程的教學(xué)和學(xué)術(shù)研究，其中，副教授3人，高級(jí)工程師1人，2名教師近三年到國(guó)內(nèi)高校訪學(xué)，6位教師長(zhǎng)期從事 ACM、“藍(lán)橋杯”全國(guó)軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才、全國(guó)電子設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模等學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)，累積了豐富的項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，5名教師參加了為期一年的企業(yè)實(shí)踐鍛煉，增強(qiáng)了企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，2人考取了計(jì)算機(jī)軟件水平資格證書。這幾年，通過鼓勵(lì)教師外出學(xué)習(xí)、參加企業(yè)實(shí)踐、指導(dǎo)學(xué)生競(jìng)賽、參加會(huì)議等方式，團(tuán)隊(duì)教師的理論知識(shí)更加系統(tǒng)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力得到較大提升。

3.2　教學(xué)內(nèi)容的組織和規(guī)劃

根據(jù) CS2013中的程序設(shè)計(jì)語言和軟件開發(fā)基礎(chǔ)兩大知識(shí)領(lǐng)域的要求，突出計(jì)算思維能力、編程實(shí)踐能力、分析解決問題能力、自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)，結(jié)合我院實(shí)際，對(duì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的理論和實(shí)踐內(nèi)容均進(jìn)行了重新規(guī)劃。

（1）基于CS2013的理論教學(xué)設(shè)計(jì)

我們將“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”這門課程的內(nèi)容分成兩個(gè)部分：一是程序設(shè)計(jì)與算法基礎(chǔ)；二是C語言程序設(shè)計(jì)精髓，見表 1。第一部分從具體的編程語言中獨(dú)立出來，以啟發(fā)和訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維為目標(biāo)，這部分內(nèi)容不需要計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，適合剛?cè)胄５拇笠恍律?。通過這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅讓學(xué)生了解程序設(shè)計(jì)的幾種基本方法，熟悉計(jì)算機(jī)求解問題的常用策略，更重要的是讓學(xué)生理解計(jì)算機(jī)是如何解題的，掌握用計(jì)算機(jī)處理問題的思維方法。第二部分再以C語言為例，傳授用計(jì)算機(jī)語言表達(dá)思想的技術(shù)，用C語言實(shí)現(xiàn)問題求解的自動(dòng)化。通過這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生熟悉C語言程序設(shè)計(jì)的集成開發(fā)環(huán)境，了解軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)的過程，熟練運(yùn)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法解決實(shí)際問題，增強(qiáng)從問題分析、算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、代碼測(cè)試與調(diào)試等的一系列能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及將來解決工程實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)地基礎(chǔ)。

（2）CS2013的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的定位和目標(biāo)，遵循循序漸進(jìn)、舉一反三、兼顧趣味性和實(shí)用性等實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)原則，結(jié)合我院教學(xué)情況，針對(duì)CS2013中需要在實(shí)踐環(huán)節(jié)中予以強(qiáng)化的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如下的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，見表 2。在整體規(guī)劃中，共包含8個(gè)實(shí)驗(yàn)和1個(gè)課程設(shè)計(jì)。

3.3　教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變

（1）探索“MOOC+課堂”的混合式理論教學(xué)模式

2016-2017學(xué)年的第2學(xué)期，2016級(jí)計(jì)算機(jī)專

業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程，采取“MOOC+課堂”的線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式。經(jīng)過教學(xué)團(tuán)隊(duì)的精心選擇比較，我們最終在“中國(guó)大學(xué)MOOC”平臺(tái)找到一門符合教學(xué)目標(biāo)的 MOOC課程—由哈爾濱工業(yè)大學(xué)蘇小紅教授團(tuán)隊(duì)主講的“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”，其第5次的開課時(shí)間為2017年2月13日-2017年4月10日，與2016級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)安排同步?；旌辖虒W(xué)模式的具體實(shí)施方式為：首先，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在第5次開課前把該課程的所有MOOC視頻看完并完成所有測(cè)評(píng)和作業(yè)，整理出 MOOC內(nèi)容、進(jìn)度、難點(diǎn)及重點(diǎn)；然后，制定了線上學(xué)習(xí)部分的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)；最后，在傳統(tǒng)課堂部分增加了針對(duì) MOOC部分的課上測(cè)驗(yàn)和課堂討論環(huán)節(jié)，一方面是檢驗(yàn)學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)情況，另一方面是對(duì)線上重點(diǎn)和難點(diǎn)部分進(jìn)行及時(shí)講解指導(dǎo)?；旌鲜浇虒W(xué)給學(xué)生更多自主性，學(xué)生可以自己決定學(xué)習(xí)的時(shí)間、視頻播放的次數(shù)，真正成了學(xué)習(xí)的主人，極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，教師也從講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，因此受到了師生的極大歡迎。

表1　基于CS2013的理論教學(xué)設(shè)計(jì)Tab. 1　Theoretical teaching design based on CS2013

表2　基于CS2013的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)Tab. 2　Practical teaching design based on CS2013

（2）探索“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

在實(shí)踐教學(xué)中，嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式。因筆者授課的專業(yè)一般為80人左右，按照4人一組，分成20個(gè)小組，每組設(shè)置一位組長(zhǎng)，教師以項(xiàng)目小組形式進(jìn)行管理。具體實(shí)施方式為提前1周公布下次實(shí)驗(yàn)課所需的知識(shí)點(diǎn)、具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，要求學(xué)生在MOOC平臺(tái)完成相應(yīng)的課程，進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)和練習(xí)。以函數(shù)實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為：掌握函數(shù)的定義和調(diào)用方法，理解遞歸函數(shù)的執(zhí)行過程，掌握常用的窮舉、遞推和遞歸等問題求解策略和了解防御式編程方法等。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前要完成的MOOC學(xué)習(xí)任務(wù)為：觀看問題求解策略的有關(guān)視頻及完成相關(guān)的練習(xí)。實(shí)驗(yàn)課上，教師不再重復(fù)講解函數(shù)的調(diào)用過程以及常用求解策略的算法基本思想，而就難點(diǎn)部分如遞推、遞歸的不同點(diǎn)進(jìn)行講解，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程演示，讓學(xué)生和老師一同進(jìn)行程序調(diào)試，接著剩下多數(shù)的時(shí)間留給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，同組學(xué)生可以進(jìn)行討論，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師同學(xué)生一同進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析。

3.4　考核方式的改革

傳統(tǒng)的考核評(píng)價(jià)方式一般是平時(shí)成績(jī)占30%、期末成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)主要來源于學(xué)生的出勤和作業(yè)上交情況，期末采用紙質(zhì)試卷考試，這種考核方式不適合目前的“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。我們?cè)谠圏c(diǎn)過程中，改革了考核方式，具體措施包括：首先，重在過程考核，采用“MOOC成績(jī)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)+上機(jī)考試成績(jī)”方式，其中，MOOC成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%，上機(jī)考試成績(jī)占60%。其次，采取上機(jī)考試，摒棄之前紙上談兵的紙質(zhì)試卷，選擇更能考核考核學(xué)生實(shí)際編程能力的機(jī)考。最后，進(jìn)行期中、期末兩次機(jī)考，激發(fā)學(xué)生上機(jī)編程的積極性。

4　結(jié)語

以 CS2013為指導(dǎo)，實(shí)施了程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程建設(shè)和改革，我們?cè)诮虒W(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行有益的探索，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編程解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生養(yǎng)成了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，教學(xué)效果好，受到學(xué)生的一致好評(píng)。當(dāng)然，在開展課程建設(shè)實(shí)踐的過程中也遇到一些問題，比如，由于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的差異性，部分學(xué)生未能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成 MOOC學(xué)習(xí)任務(wù)，2016級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)MOOC課程獲取率為90%。今后，我們將多與兄弟院校進(jìn)行溝通交流，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以持續(xù)推進(jìn)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程建設(shè)與改革。