流體機械工程專業(yè)“計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)研究

梅冠華　康燦　顧媛媛

摘 要 《計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)》是高等院校非計算機專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程對于學(xué)生的學(xué)習(xí)、工作和生活具有重大的指導(dǎo)意義，由于該課程專業(yè)跨度大、涵蓋內(nèi)容廣、實踐性強，因此講授和學(xué)習(xí)難度較大。通過對學(xué)生特點和該課程傳統(tǒng)教學(xué)方式的深入分析，提出了一些行之有效的教學(xué)手段與學(xué)習(xí)方法，在實際教學(xué)中取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞 軟件基礎(chǔ) 教學(xué)設(shè)計 C++

當(dāng)前，計算機軟件技術(shù)已經(jīng)深入到各行各業(yè)，已經(jīng)并將繼續(xù)發(fā)揮巨大的推動作用。因此，對于非計算機專業(yè)的工程技術(shù)人員來說，若能掌握一定的計算機知識，則可以很方便地與計算機專業(yè)的技術(shù)人員一起，開發(fā)適用于本行業(yè)的相關(guān)軟件。[1]合理的本科生培養(yǎng)應(yīng)該是使得本科生對于本專業(yè)的知識有深入扎實的掌握，同時又能對其他方面的相關(guān)知識有廣泛涉獵，這樣方能游刃有余、從容不迫，以不變應(yīng)萬變。當(dāng)今社會，需要的正是這種復(fù)合型、創(chuàng)新型的人才。因此，“計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)”被眾多高校列為非計算機專業(yè)的必修課程，江蘇大學(xué)能源與動力工程學(xué)院流體機械及工程系也特別針對本專業(yè)學(xué)生開設(shè)了該課程，以期學(xué)生可學(xué)習(xí)和掌握一定軟件開發(fā)方面的知識，為將來的學(xué)習(xí)、工作和生活提供指導(dǎo)和借鑒。

由于該課程屬于概述類課程，其涵蓋了算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、軟件工程等眾多知識，且針對的是非計算機專業(yè)學(xué)生，因此講授和學(xué)習(xí)難度較大，對于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)生普遍表示“理解不了”。如何讓學(xué)生們高效地學(xué)好和學(xué)活這門課，這是亟待解決的問題。經(jīng)過對本專業(yè)學(xué)生前期知識儲備和學(xué)習(xí)特點的調(diào)研，對該課程知識點結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系的深入分析，結(jié)合多年的的學(xué)習(xí)、工作和教學(xué)經(jīng)驗，在實際教學(xué)過程中進(jìn)行了有針對性的處理，收到了良好的教學(xué)效果。

1 學(xué)生特點

1.1 對課程認(rèn)可度不高，學(xué)習(xí)興趣不濃厚

當(dāng)前軟件行業(yè)飛速發(fā)展，針對各行各業(yè)已推出了相對較為成熟的專用軟件，可以解決常見的行業(yè)問題。[2]比如流體機械行業(yè)有CFTurbo軟件來進(jìn)行水力設(shè)計，有UG軟件用來三維建模，有FLUENT軟件來分析流場等。這就使得學(xué)生們普遍認(rèn)為軟件開發(fā)是搞計算機的同學(xué)所做的事情，跟自己沒有關(guān)系，而自己只要使用好這些軟件就行了。因此，學(xué)生大多認(rèn)為這門課的知識將來用不上，缺乏學(xué)習(xí)興趣。

1.2 前期知識儲備不足，學(xué)習(xí)過程痛苦煩躁

雖然95后的學(xué)生較早接觸到了計算機，但大多只是用來進(jìn)行如打游戲和看電影等娛樂活動，并未對計算機的工作原理有較為清晰的認(rèn)識。此外，盡管前期學(xué)過C++語言，但受限于較少的課時和較少的實踐積累，多數(shù)同學(xué)對于C++的掌握僅限于常見變量和運算、控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)等相對簡單的知識點，一旦涉及到結(jié)構(gòu)體、類和對象、重載、模板、指針等較為復(fù)雜的知識點，就束手無策、不知所云。這導(dǎo)致在本課程的學(xué)習(xí)過程中，同學(xué)們對理論部分理解起來較為吃力，而對于代碼實現(xiàn)則更是一頭霧水。前期知識儲備不足影響了課程學(xué)習(xí)效果。

1.3 對于新技術(shù)既渴望好奇又害怕畏懼

任誰也無法抵抗人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)這些新名詞鋪天蓋地的狂轟濫炸，任誰也無法阻擋這些新興科技對于其他行業(yè)的巨大推動。面對這些新技術(shù)，同學(xué)們感到好奇，渴望了解它們究竟是什么，如何起源的，發(fā)展現(xiàn)狀如何，將來又會產(chǎn)生哪些影響。另外又感到害怕，害怕新技術(shù)引起的新變革會顛覆本行業(yè)的傳統(tǒng)格局，如果不能及時把握這些看似神秘而又高大上的新技術(shù)，很有可能被時代所淘汰。這種既好奇又畏懼的矛盾心理同樣反映在該課程的學(xué)習(xí)過程中。

1.4 對老師和課堂的過分依賴

不同于中學(xué)時代老師對知識點的再三強調(diào)和題海戰(zhàn)術(shù)，和大學(xué)其它課程類似，由于知識面寬廣且教學(xué)課時有限，該課程講授時不可能把一個知識點翻來覆去地不斷強調(diào)，基本上只能保證一兩遍的講解，這就使得課程知識點較多、節(jié)奏較快。但學(xué)生的注意力往往不能長時間聚焦，一旦稍有松懈，便無法跟上節(jié)奏。實際上，過分依賴?yán)蠋熀驼n堂，想要在課堂上全盤消化吸收知識點是不切實際的，該課程更多地需要學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、上機實踐和自我領(lǐng)悟。

2 該課程傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足

2.1 實踐環(huán)節(jié)較少，學(xué)習(xí)效果較差

以往的課時分配上，重視課堂講授理論知識，而忽視上機編寫代碼、實際問題建模與求解、軟件項目開發(fā)等實踐環(huán)節(jié)，實踐環(huán)節(jié)象征性開設(shè)兩三次，甚至沒有。在課堂講授上，更多的也是對理論知識的闡述，而對理論的具體代碼實現(xiàn)避而不談或語焉不詳。缺乏實際動手操作的實踐環(huán)節(jié)，這使得原本就很難理解的知識點更加晦澀艱深，且進(jìn)一步打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 專業(yè)結(jié)合不強，學(xué)習(xí)目標(biāo)不明

以往的開課老師一般來自計算機學(xué)院，雖然其對于計算機領(lǐng)域的知識掌握得十分扎實，然而對于學(xué)生所在專業(yè)領(lǐng)域的知識知之甚少。這導(dǎo)致在講課過程中，對于學(xué)生的專業(yè)需求不甚明了，不能很好地將課程知識與聽課學(xué)生所在專業(yè)的相關(guān)知識和具體應(yīng)用場景結(jié)合。知識點的傳輸過程脫離專業(yè)需求，顯得枯燥乏味，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.3 集中教學(xué)模式，無法因材施教

毋庸置疑，最好的教學(xué)模式應(yīng)該是一對一的家教式教學(xué)，可以針對每個同學(xué)的特點因材施教。[3]受限于外部條件，實際情況多為大班集中教學(xué)模式，教師在講課過程中很難考慮到每個學(xué)生理解能力上的差異和學(xué)習(xí)狀態(tài)的好壞，無法滿足不同層次學(xué)生的多樣需求，僅能就學(xué)生的平均水平來安排教學(xué)。造成學(xué)習(xí)能力差的學(xué)生聽不懂，能力較強的學(xué)生又感覺簡單無趣，既無法使前者輕松收獲知識，更無法使后者百尺竿頭更進(jìn)一步。

3 改進(jìn)措施

3.1 結(jié)合專業(yè)實際，濃厚學(xué)習(xí)興趣

第一節(jié)課，通過實例和講解充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。首先，縱然有很多本行業(yè)相對較為成熟的軟件，然而其使用起來相當(dāng)于黑箱，如果不對其內(nèi)部工作機制有所了解，是不能很好地發(fā)揮其功能的。其次，這些商業(yè)軟件雖然通用性強，但適用性差，也并非任何實際問題都能解決，有時我們不得不自己去開發(fā)軟件來解決特定問題，這就需要用到本課程的相關(guān)知識。再者，軟件開發(fā)屬于高薪行業(yè)，有部分同學(xué)將來考研或是找工作會跨界到計算機行業(yè)，那么有了本課程知識的積累，其后續(xù)的再學(xué)習(xí)和工作將會較為容易。最后，藝多不壓身，掌握本課程相關(guān)知識，也可用來高效指導(dǎo)生活的方方面面，比如數(shù)據(jù)整理、查找和排序方法、日程安排、人際關(guān)系圖、運籌帷幄等。總之，要讓同學(xué)們深刻認(rèn)識到軟件技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，務(wù)必要對其有所了解才能有所作為。

3.2回顧計算機原理和C++語言，夯實前期基礎(chǔ)

針對學(xué)生前期知識積累薄弱的情況，先進(jìn)行計算機基本原理和C++語言的知識點回顧，為后續(xù)學(xué)習(xí)鋪平道路。使學(xué)生對于計算機的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、工作原理有了初步的理解，并對C++的結(jié)構(gòu)體、類和對象、重載、模板、指針等較為復(fù)雜的知識點有較深入的理解。著重通過舉例使這些知識點形象生動。比如用流體力學(xué)中一個空間點上具有速度、壓力、密度等變量，可將其綜合起來定義為一個新的類型，來引出結(jié)構(gòu)體的概念。再比如用平面上的點具有x和y坐標(biāo)兩個變量，同時又需要經(jīng)常計算該點距離原點O的距離，可將這兩個變量和計算距離函數(shù)綜合起來，這便是類的概念。用金庸武俠劇不斷翻拍來類比重載的概念，用小學(xué)生寫作文的“小明扶老奶奶過馬路”和“小張扶老奶奶過馬路”來類比模板的概念等。磨刀不誤砍柴工，夯實了前期知識基礎(chǔ)，極大方便了本課程后續(xù)知識點的學(xué)習(xí)。

3.3 結(jié)合專業(yè)特色和生活實際，深入淺出的教學(xué)

主講老師雖然出身于流體機械專業(yè)，卻在軟件公司開發(fā)過大型軟件，因此既有扎實的行業(yè)基礎(chǔ)，又有豐富的軟件開發(fā)經(jīng)驗，非常適合本課程的講解。其結(jié)合生活實踐和專業(yè)知識，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，先拋出幾個具體的問題，然后總結(jié)抽象出同一類問題，再給出該類問題的解決方法，寫出算法的具體流程及偽代碼，最終編寫算法的C++程序?qū)崿F(xiàn)。使同學(xué)們形象直觀、由實際中得出理論，再將理論用于實際，學(xué)以致用，活學(xué)活用。在講述“?！边@種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，先用生活中常見的彈匣、糖葫蘆、羊肉串、織毛衣等實例引出“先入后出、后入先出”這樣一種數(shù)據(jù)類型，并通過流體機械裝配與拆解過程引出“先裝后拆，后裝先拆”這樣的零件排序，隨后給出棧的定義及其順序和鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)，最后給出其程序?qū)崿F(xiàn)，并進(jìn)一步提出?？梢杂脕砗侠碇笇?dǎo)自己的日常事務(wù)安排。在講述“回溯法”時，通過走迷宮和摸著石頭過河的實例很好地詮釋了其試探前進(jìn)不行就回退換路走的思路。將枯燥的理論與這些專業(yè)例子和生活例子的緊密結(jié)合，使得學(xué)生可更加容易地理解這些知識點。

3.4 理論聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)學(xué)生動手能力

該課程屬于一門實踐性很強的課程，僅僅是從理論層面上理解相關(guān)概念，而不去真正編寫代碼實現(xiàn)，這無異于蜻蜓點水、紙上談兵。為此，本課程除了課堂講授之外，還安排了大量的上機操作環(huán)節(jié)、小軟件開發(fā)環(huán)節(jié)。指導(dǎo)學(xué)生們實際動手編寫線性表、棧、隊列的線性存儲、鏈接存儲結(jié)構(gòu)，對角矩陣、帶狀矩陣、稀疏矩陣的壓縮存儲方式，二叉樹的存儲和前序、中序與后序遍歷，以及常見的查找和排序方法等，并就有代表性的小游戲如俄羅斯方塊、貪吃蛇、連連看等的開發(fā)過程進(jìn)行演示，使同學(xué)們不僅在理論上對所學(xué)知識有所領(lǐng)悟，更能真正在代碼編寫與調(diào)試的實踐中深入理解和靈活運用課程知識。

3.5 與時俱進(jìn)，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容

圍棋程序AlphaGo輕松戰(zhàn)勝人類頂尖棋手李世石與柯杰，購物網(wǎng)站精準(zhǔn)的廣告推送，智能導(dǎo)航可實時避開擁堵路段，這些都顯著提高了人們的生產(chǎn)效率和生活水平。對于這些新技術(shù)，學(xué)生們普遍存在既新鮮好奇又害怕畏懼的矛盾心理。為此，特意對人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等知識作了粗略的概述性講解，著重回顧了它們的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，展望了其未來發(fā)展趨勢，并通過手寫體識別、計算流體動力學(xué)的云計算、流體機械工程優(yōu)化等例子來說明人工智能、云計算等在生活和本行業(yè)中的應(yīng)用。這些緊貼時代的新內(nèi)容，使得同學(xué)們耳目一新，知識面大為拓展，為今后深入學(xué)習(xí)和靈活運用這些新技術(shù)推開了一扇窗。

3.6 分組互助，課后學(xué)習(xí)，全面提升

建立課程QQ群，將課程PPT和相關(guān)代碼上傳到群共享文件，方便師生互動和課后學(xué)習(xí)。針對學(xué)生層次參差不齊，學(xué)習(xí)能力差異較大的實際情況，將學(xué)生分為學(xué)習(xí)興趣小組，并由學(xué)習(xí)能力較強的同學(xué)擔(dān)任組長，幫助組內(nèi)同學(xué)在學(xué)習(xí)上一起進(jìn)步。此外，該小組將在課下自選題目共同完成小型軟件的開發(fā)，最終以項目開發(fā)報告和程序的形式提交，并進(jìn)行課堂展示，成績按一定比例計入期末總分，通過團隊協(xié)同合作和實際項目開發(fā)，可全面提升學(xué)生的軟件開發(fā)水平。對于那些學(xué)有余力和興趣濃厚的同學(xué)，推薦C++的經(jīng)典學(xué)習(xí)網(wǎng)站www.learncpp.com、經(jīng)典教材《C++Premier》、矩陣運算經(jīng)典教材《矩陣計算》、人工智能相關(guān)書籍《游戲編程中的人工智能技術(shù)》等資源，更進(jìn)一步豐富其知識結(jié)構(gòu)，同時也能在一定程度上提升其科技英語水平。

4 結(jié)語

當(dāng)今世界飛速發(fā)展，科技進(jìn)步日新月異，復(fù)合型人才正是社會迫切需求的，“計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)對于非計算機專業(yè)的學(xué)生而言意義十分重大，同時它也是一門教授和學(xué)習(xí)難度都很大的課程，其教學(xué)方式方還有待不斷研究探索?？v然提出了一些新的教學(xué)方法和方式，也收到了較好的教學(xué)效果，可是仍需精益求精。在今后的教學(xué)中，要充分考慮學(xué)生前期知識儲備和學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，深入分析課程知識點的相互關(guān)聯(lián)，結(jié)合本專業(yè)特點和時代特色，精心設(shè)計課堂教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)，不斷推陳出新，培養(yǎng)出更加優(yōu)秀的應(yīng)用型、創(chuàng)新型、復(fù)合型本科人才。

參考文獻(xiàn)

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