新工科背景下計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式探究

趙建華

(商洛學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)院， 商洛 726000)

0 引言

技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)進(jìn)步和國家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整對(duì)高等院校的人才培養(yǎng)質(zhì)量，尤其是工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力、工程素養(yǎng)等提出了更高的要求。為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，達(dá)成了《“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識(shí)》[1]。2017年4月8日，教育部在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會(huì)，形成了《“新工科”建設(shè)行動(dòng)路線(“天大行動(dòng)”)》[2]。 2017 年6 月9 日，教育部在北京召開新工科研究與實(shí)踐專家組成立暨第一次工作會(huì)議，審議通過《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》，提出新工科建設(shè)指導(dǎo)意見[3]?！皬?fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”、“北京指南”旨在通過新工科建設(shè)，推動(dòng)人才培養(yǎng)模式等方面的改革，使高校人才培養(yǎng)適應(yīng)快速出現(xiàn)和變化的市場(chǎng)，適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展，這對(duì)高等工程教育提出了新要求、新思路。

新經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展迫切需要高校面向未來布局新工科建設(shè)，探索更加多樣化和個(gè)性化的人才培養(yǎng)新模式，深化高等教育改革，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程科技人才[4,5]。如何適應(yīng)新環(huán)境、新態(tài)勢(shì)是高等教育，特別是計(jì)算機(jī)專業(yè)教育必須面對(duì)的新挑戰(zhàn)、新考驗(yàn)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的“新工科”人才主要是具有實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競(jìng)爭(zhēng)力等特征的高素質(zhì)復(fù)合型人才。[6,7]

然而，目前大部分地方院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程中，仍舊是“以教師為中心”，不是“以學(xué)習(xí)者為中心”，學(xué)生仍舊只是知識(shí)的被動(dòng)接受者。同時(shí)，實(shí)踐平臺(tái)、教學(xué)內(nèi)容以及考核方式較為落后。傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，不能很好的培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，也難以適應(yīng)新時(shí)代對(duì)人才的需求，培養(yǎng)的人才距離“新工科”要求的高素質(zhì)復(fù)合型人才還具有很大差距。[8-9]

為了培養(yǎng)新時(shí)代適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)人才，本文以“新工科”人才特征為目標(biāo)導(dǎo)向，以計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，探究新工科背景下計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式。主要包括：第一，積極推進(jìn)以“翻轉(zhuǎn)課堂”為核心的教學(xué)方法改革；第二，大力開展多渠道的程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)；第三，及時(shí)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的更新；第四，建立健全的課程評(píng)價(jià)體制。最后，對(duì)方案的合理性進(jìn)行分析。

1 新工科背景下計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式

(1)積極推進(jìn)以“翻轉(zhuǎn)課堂”為核心的教學(xué)方法改革

由于計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程不僅僅需要學(xué)生掌握基本的程序設(shè)計(jì)和開發(fā)必備的語法等基礎(chǔ)知識(shí)，又需要學(xué)生具備豐富的程序設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，具備較強(qiáng)的項(xiàng)目實(shí)踐開發(fā)能力。因此，這類課程很適合采用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)?；诜D(zhuǎn)課堂的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)過程分為線上學(xué)習(xí)和線下實(shí)施兩部分，線上學(xué)習(xí)部分主要讓學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)自由地安排學(xué)習(xí)進(jìn)度和內(nèi)容；線下實(shí)施過程中，授課教師可跳過陳述式知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，轉(zhuǎn)而將重點(diǎn)放在學(xué)生疑難問題和重點(diǎn)知識(shí)的講解中。這樣既能有效地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)、交流協(xié)作和動(dòng)手實(shí)踐的能力，又能有效地提高課堂學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量，克服學(xué)生普遍存在自主學(xué)習(xí)能力差和動(dòng)手能力差的問題。[10]

具體地講，該教學(xué)模型中兩大主體是教師和學(xué)生兩個(gè)角色，雙方協(xié)同，缺一不可。根據(jù)教學(xué)流程分為課前準(zhǔn)備活動(dòng)、課堂教學(xué)活動(dòng)和課后教學(xué)活動(dòng) 3 個(gè)階段。每個(gè)階段教師和學(xué)生都有具體的任務(wù)，該教學(xué)結(jié)構(gòu)模型如表1所示。

表1 教學(xué)結(jié)構(gòu)模型

具體操作如下。

第一階段:課前準(zhǔn)備活動(dòng)

對(duì)于教師一方，首先在課前準(zhǔn)備好這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，整理這節(jié)課的重要知識(shí)點(diǎn)和啟發(fā)學(xué)生思考的問題，并將其制作成“微視頻”和 PPT，同時(shí)整合教程、文獻(xiàn)等教學(xué)資源。在每次上課前一周將學(xué)習(xí)資料發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，作為學(xué)生課前學(xué)習(xí)的參考資料。其次，教師設(shè)計(jì)好課堂教學(xué)活動(dòng)，安排好本次教學(xué)具體的實(shí)施步驟。在這個(gè)階段，教師應(yīng)采取以案例和項(xiàng)目作為載體，將基本知識(shí)點(diǎn)融合進(jìn)來，避免對(duì)基本知識(shí)的過多灌輸。比如講授《JAVA程序設(shè)計(jì)》這門課程中程序基本結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時(shí)，應(yīng)將順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)融入到具體的實(shí)踐應(yīng)用案例中進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的安排和教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的操作部分，應(yīng)結(jié)合具體的項(xiàng)目實(shí)際，將數(shù)據(jù)庫的加載、連接和操作等一系列基本知識(shí)融入到項(xiàng)目的開發(fā)過程中。

對(duì)于學(xué)生一方，須要通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，提前觀看“微視頻”，翻閱PPT內(nèi)容。了解并掌握學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容，熟悉基本知識(shí)點(diǎn)，多方位領(lǐng)會(huì)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)教師提出的問題進(jìn)行認(rèn)真思考，通過資料查找回答老師提出的問題。同時(shí)，總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)心得，提出學(xué)習(xí)中的困惑點(diǎn)，形成學(xué)習(xí)筆記和匯報(bào)文檔，在老師講授與交流討論時(shí)使用。

第二階段：課堂教學(xué)活動(dòng)

對(duì)于教師一方，可以通過QQ(群) 、微信(群)或課代表反饋等多種渠道了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況和知識(shí)掌握情況，了解學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)遇到的難點(diǎn)和困惑，對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析。及時(shí)合理微調(diào)授課內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)。首先，教師在課堂上對(duì)本節(jié)課的重點(diǎn)難點(diǎn)以及學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的疑惑問題進(jìn)行統(tǒng)一講解。其次，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的實(shí)踐題目組織學(xué)生進(jìn)行分組學(xué)習(xí)、交流討論和協(xié)作開發(fā)。每個(gè)小組 4 人左右，并推選出一名組長(zhǎng)，組長(zhǎng)主要負(fù)責(zé)分配小組中的每名成員的任務(wù)和實(shí)踐結(jié)果匯報(bào)。

在這里，教師所設(shè)計(jì)實(shí)踐題目的案例不僅要囊括本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，而且盡量兼顧實(shí)用性和趣味性，同時(shí)應(yīng)注重知識(shí)運(yùn)用的綜合性和連貫性，后續(xù)知識(shí)要以前續(xù)知識(shí)為基礎(chǔ)。最后，通過項(xiàng)目答辯等方式了解學(xué)生掌握知識(shí)的情況，評(píng)定學(xué)生是否達(dá)到程序開發(fā)課程的目的。并對(duì)小組的項(xiàng)目完成情況給出評(píng)價(jià)，以討論、答疑、匯報(bào)等形式強(qiáng)化重點(diǎn)或難點(diǎn)問題。

例如，比如講授《JAVA程序設(shè)計(jì)》這門課程對(duì)象的定義與使用這一部分時(shí)，設(shè)計(jì)的案例除了包含對(duì)象的定義和實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容外，還應(yīng)結(jié)合前面的基礎(chǔ)，如Java基本語法結(jié)構(gòu)等編程語言要素。既復(fù)習(xí)前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)，又培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化意識(shí)，幫助學(xué)生建立知識(shí)體系，學(xué)以致用。

對(duì)于學(xué)生一方，應(yīng)該帶著課前自學(xué)過程中碰到疑問進(jìn)行有目的性的聽課，解決課前自學(xué)過程中遇到的問題與困惑，增強(qiáng)接收知識(shí)的主動(dòng)性與深入性，在實(shí)踐練習(xí)中及時(shí)與小組成員或教師溝通，提高編程能力和解決問題的能力。

第三階段：課后教學(xué)活動(dòng)

對(duì)于教師一方，根據(jù)課堂學(xué)生的表現(xiàn)情況與教學(xué)反映出來的問題進(jìn)行總結(jié)，及時(shí)完善本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)方法，為后期教學(xué)做好準(zhǔn)備。同時(shí)，教師要及時(shí)給學(xué)生布置本次課的教學(xué)實(shí)踐任務(wù)，使學(xué)生不斷地鞏固所學(xué)知識(shí)內(nèi)容。另外，教師要對(duì)學(xué)生的課堂翻轉(zhuǎn)表現(xiàn)情況做出考評(píng)，掌握和了解教學(xué)效果，并根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)踐作業(yè)的完成質(zhì)量給予相應(yīng)的平時(shí)成績(jī)，將平時(shí)成績(jī)納入期末考評(píng)中，不斷激勵(lì)學(xué)生積極融入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)過程中。

對(duì)于學(xué)生一方，在課堂教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生主要通過課后練習(xí)和編程實(shí)踐來鞏固所學(xué)知識(shí)。此外，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，向老師和同學(xué)提出疑問，及時(shí)反映學(xué)習(xí)時(shí)遇到的問題，及時(shí)反饋教師在教學(xué)過程中存在的問題。教師根據(jù)學(xué)生的問題進(jìn)行梳理總結(jié)，在線進(jìn)行答疑。逐漸形成以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的課后教學(xué)交流模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)輔助學(xué)習(xí)相結(jié)合、相統(tǒng)一。

翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)程序設(shè)計(jì)課程的任課教師理論知識(shí)層次和項(xiàng)目實(shí)踐操作能力要求較高，需要任課教師不但具有扎實(shí)的專業(yè)功底，而且還需具備豐富的項(xiàng)目開發(fā)能力和經(jīng)驗(yàn)，這就需要大量的雙師型教師來推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革。

(2)大力開展多渠道的程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)的一個(gè)非常重要的途徑，也是關(guān)鍵所在，然而當(dāng)前高校實(shí)踐教學(xué)過程中基于教師、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)方法在支撐人才培養(yǎng)方面存在諸多的局限性。要達(dá)到新工科人才培養(yǎng)要求，克服現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)方法和條件不足等弊端，需要通過多渠道進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，不斷拓寬計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐途徑。

①開展深度校企合作，以“特色班”為載體，引企駐校、引校進(jìn)企，校企一體化辦學(xué)

校企合作是應(yīng)用型地方本科院校提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的一個(gè)重要途徑。與企業(yè)開展深度合作，讓高校培養(yǎng)的人才走出校門就能順利上崗，實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，與社會(huì)需求相適應(yīng)。

一方面，依托校企合作，通過企業(yè)捐贈(zèng)設(shè)備、共享設(shè)備等渠道，彌補(bǔ)學(xué)校發(fā)展過程中實(shí)踐條件不足、落后的弊端，為學(xué)校進(jìn)行程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐搭建平臺(tái)，創(chuàng)造條件。一方面，積極探索企業(yè)新技術(shù)，以企業(yè)需求為目標(biāo)，創(chuàng)建校企共建特色班。引入企業(yè)一線資深工程師任教，開展項(xiàng)目教學(xué)，尤其開展熱門技術(shù)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)校企課程學(xué)分置換，通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提升學(xué)生的程序開發(fā)能力。這類課程主要集中在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)應(yīng)用軟件開發(fā)、Web程序設(shè)計(jì)等課程中。同時(shí)，企業(yè)可以對(duì)考核合格的學(xué)生錄用為實(shí)習(xí)生，在寒暑假期間進(jìn)行定崗帶薪實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)過程中進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

②充分借助互聯(lián)網(wǎng)提供的資源開展實(shí)踐

首先，充分利用網(wǎng)上提供的MOOC等教學(xué)資源指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐，鍛煉學(xué)生自主獲取知識(shí)能力和自己動(dòng)手編程能力。目前針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)已建設(shè)了一批支持軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)課程的MOOC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括可實(shí)現(xiàn)多種語言程序代碼自動(dòng)判分的OnlineJudege平臺(tái)、支持開展數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)等。這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可為在線學(xué)習(xí)者提供便捷入口，開展程序設(shè)計(jì)與開發(fā)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，完善地支撐在線學(xué)習(xí)的全過程。

其次，充分利用互聯(lián)網(wǎng)提供的開源軟件，讓學(xué)生閱讀質(zhì)量高、具有一定代碼量和功能的開源軟件，在此基礎(chǔ)上對(duì)開源軟件進(jìn)行維護(hù)，完善其功能，糾正其缺陷，提高學(xué)生的代碼閱讀能力，感受高質(zhì)量程序代碼的基本風(fēng)格和要求，進(jìn)一步提高編程能力，提高編寫程序的質(zhì)量。

③依托創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目鍛煉學(xué)生，提供學(xué)生的實(shí)踐能力

開放一些軟件相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生提供課外學(xué)習(xí)提供資源和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。鼓勵(lì)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，積極參加各種學(xué)科競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。通過項(xiàng)目的申報(bào)和完成去鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和精神，鍛煉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

(3)及時(shí)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的更新

計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其軟件技術(shù)發(fā)展非常迅猛，人才培養(yǎng)方案、課程大綱和課程內(nèi)容的設(shè)置往往具有一定的滯后性，不能滿足社會(huì)和行業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的需求。因此需要定期對(duì)人才培養(yǎng)方案的進(jìn)行修訂，更新知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程的教學(xué)內(nèi)容。尤其對(duì)于一些與學(xué)生職業(yè)和技能更直接的專業(yè)選修課，更應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行課程大綱和課程內(nèi)容的升級(jí)。同時(shí)，教師應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行知識(shí)結(jié)構(gòu)更新，根據(jù)行業(yè)的發(fā)展，在教學(xué)過程中向?qū)W生介紹一部分最新的知識(shí)和工具。比如，對(duì)于《移動(dòng)應(yīng)用軟件開發(fā)》、《Web程序設(shè)計(jì)》和《數(shù)據(jù)庫開發(fā)與應(yīng)用》等專業(yè)選修課程，應(yīng)及時(shí)根據(jù)行業(yè)需求，從人才培養(yǎng)方案、課程大綱和教學(xué)內(nèi)容方面等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行升級(jí)和改造，讓學(xué)生接受最新知識(shí)，與市場(chǎng)和行業(yè)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接。

(4)建立健全的課程評(píng)價(jià)體制

建立以能力為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，打通理論與實(shí)踐的評(píng)價(jià)機(jī)制。加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核力度，制定完善的實(shí)踐課程考核方案，以學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)能力為主要考核目標(biāo)，以學(xué)生的實(shí)踐作品為主要考核內(nèi)容。

首先，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程中，重點(diǎn)考核學(xué)生教學(xué)的參與程度、自主學(xué)習(xí)的掌握程度、演示的作品的質(zhì)量以及團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)程度，激發(fā)學(xué)生自學(xué)學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的熱情。

其次，在實(shí)驗(yàn)課的考核中，考核包括知識(shí)點(diǎn)、模塊測(cè)試和綜合測(cè)試等幾個(gè)部分，重點(diǎn)考核學(xué)生程序作品的質(zhì)量、參與度。

最后，將課外學(xué)科競(jìng)賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的成績(jī)也作為學(xué)生實(shí)踐考核的一部分，激發(fā)學(xué)生參與課外實(shí)踐的積極性。

2 方案分析

方案可行性強(qiáng)，操作性強(qiáng)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)符合社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求。隨著智能時(shí)代的到來，高等教育面臨巨大的挑戰(zhàn)。一個(gè)重要方面的原因就是，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力較低，不能適合智能社會(huì)發(fā)展的需要。因此，如何有效提高學(xué)生的自主能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，既是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，也是國內(nèi)高等教育教學(xué)改革的熱點(diǎn)。

(2)符合學(xué)生求知需求。目前在校大學(xué)生已經(jīng)明顯感覺到自己所學(xué)知識(shí)陳舊，知識(shí)面較窄，與社會(huì)和行業(yè)脫節(jié)，因此該方案符合當(dāng)前學(xué)生的實(shí)際，滿足學(xué)生的需求。

3 總結(jié)

本文結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)際進(jìn)行調(diào)研和分析，以“新工科”人才特征為目標(biāo)導(dǎo)向，探究新工科背景下計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式。方案符合社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求，符合以實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)。本文對(duì)“新工科”背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)模式具有一定的指導(dǎo)意義，并可以推廣到其它專業(yè)。