軟件技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革探究

鄒 姍 劉貴如 姚紅燕 竇易文

(安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 安徽 蕪湖 241000)

一、引言

隨著人工智能研究與應(yīng)用熱度的不斷攀升，計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，其中的研究熱點(diǎn)如輔助駕駛[1]、機(jī)器人[2]與電氣相關(guān)專(zhuān)業(yè)的聯(lián)系最為緊密。為此，安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院將“計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)”作為電子科學(xué)與技術(shù)和通信工程專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)類(lèi)必修課程之一。該課程涵蓋了計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的四門(mén)專(zhuān)業(yè)課程：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“軟件工程”“操作系統(tǒng)概論”和“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”，是一門(mén)計(jì)算機(jī)綜合類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。電子科學(xué)與技術(shù)與通信工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，能夠了解并掌握計(jì)算機(jī)軟件最基本的方法，提高軟件素質(zhì)和用計(jì)算機(jī)求解實(shí)際問(wèn)題的能力、抽象思維能力和動(dòng)手編程求解能力，為今后熟練應(yīng)用本專(zhuān)業(yè)相關(guān)軟件，并進(jìn)行相關(guān)的二次開(kāi)發(fā)等奠定堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)[3]。

二、現(xiàn)狀

“計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)”是一門(mén)綜合類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，有著很廣泛的實(shí)用價(jià)值，但真正透徹地掌握它卻不容易。所以傳統(tǒng)的“理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)”并不能滿足當(dāng)前本課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)需求，主要存在如下幾點(diǎn)問(wèn)題：

(一)學(xué)習(xí)目的不明確

學(xué)習(xí)該門(mén)課程的目的，大部分同學(xué)都未能明確，學(xué)習(xí)時(shí)缺乏興趣和動(dòng)力。并且還存在缺乏解決實(shí)際問(wèn)題的經(jīng)歷，無(wú)法體會(huì)到本課程所涵內(nèi)容的實(shí)用性與重要性等問(wèn)題。很多學(xué)生學(xué)完本課程，只能敘述幾個(gè)常用術(shù)語(yǔ)或經(jīng)典算法，既沒(méi)有理解操作系統(tǒng)對(duì)軟硬件資源的管理，也沒(méi)有掌握到軟件開(kāi)發(fā)的工具與流程，更不用說(shuō)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)，開(kāi)發(fā)完成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。

(二)課時(shí)資源有限

電器學(xué)院學(xué)時(shí)略有不同，電科有42個(gè)課時(shí)，通信僅有30個(gè)課時(shí)。很多問(wèn)題無(wú)法深入講解，更無(wú)法通過(guò)更多的實(shí)例和實(shí)驗(yàn)加深理解與應(yīng)用。

(三)學(xué)生學(xué)習(xí)難度大

由于“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”的課程由四部分知識(shí)組成，分別為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“數(shù)據(jù)庫(kù)”“操作系統(tǒng)”“軟件工程”。以上課程專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，在缺乏興趣與熟練的編程技能的情況下學(xué)習(xí)，難度較大。

(四)教學(xué)效果不佳

由于課時(shí)與學(xué)生專(zhuān)業(yè)導(dǎo)致的興趣與能力問(wèn)題等原因，教師在教學(xué)時(shí)會(huì)感覺(jué)有心無(wú)力，從而導(dǎo)致教學(xué)效果不能達(dá)到預(yù)期效果。

綜合上述問(wèn)題，如何根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，采用多元化的教學(xué)方法開(kāi)展教學(xué)，使他們?cè)谡莆粘Ｓ玫能浖夹g(shù)后，為后修的課程打好基礎(chǔ)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，以提高自身分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，成為目前課程教學(xué)中需重點(diǎn)解決的棘手問(wèn)題。結(jié)合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[4]，本文重點(diǎn)對(duì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、信息化與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)法在“計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中的應(yīng)用展開(kāi)分析和探討，以提高教師的教學(xué)效率，從而促使學(xué)生主動(dòng)高效學(xué)習(xí)，并將之應(yīng)用到各自的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。

三、探索與實(shí)踐

(一)案例、任務(wù)驅(qū)動(dòng)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法來(lái)源于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，與其相適應(yīng)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式為：以學(xué)生為中心，教師在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中起組織和指導(dǎo)作用，利用情境、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)新精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的目的[4]。

課程教學(xué)的具體應(yīng)用如下：

用實(shí)際待解決的案例作為課程的引導(dǎo)，從學(xué)生的好奇心著手，給學(xué)生留下思考的問(wèn)題，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性。如世界著名的“哥尼斯堡七橋問(wèn)題”作為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的開(kāi)課案例，增強(qiáng)了學(xué)生課程學(xué)習(xí)的興趣。

在講解具體知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以選擇與實(shí)際生活密切相關(guān)，使用的核心算法更具有代表性的案列。在講解“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的“單源最短路徑”算法時(shí)，用深入社會(huì)生活的導(dǎo)航作為案例。先提出問(wèn)題，讓學(xué)生在不斷尋求解決方案的同時(shí)潛移默化地提高他們主動(dòng)思考的能力，接著引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)象與對(duì)象關(guān)系的分析，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，拋出算法思想，最終給出核心算法，并在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證算法。整個(gè)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程既可以讓學(xué)生體驗(yàn)到主動(dòng)思考帶來(lái)的與眾不同的樂(lè)趣，同時(shí)掌握與熟練應(yīng)用課程知識(shí)。“單源最短路徑”問(wèn)題及經(jīng)典算法(Dijkstra(迪杰特斯拉))如圖1所示，其中在分析了對(duì)象與對(duì)象關(guān)系后，選擇有向帶權(quán)圖來(lái)表示這個(gè)問(wèn)題，并采用了鄰接矩陣的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

終點(diǎn)從A座(源點(diǎn))到各終點(diǎn)的當(dāng)前最短路徑值及求解過(guò)程i=1i=2i=3i=4i=5B座∞∞∞∞∞無(wú)C座10(A座,C座)D座∞60(A座,C座,D座)50(A座,E座,D座)E座30(A座,E座)30(A座,E座)F座100(A座,F座)100(A座,F座)90(A座,E座,F座)90(A座,E座,D座,F座)VJC座E座D座F座S{A座,C座}{A座,C座,E座}{A座,C座,D座,E座}{A座,C座,D座,E座,F座}

圖1 Dijkstra(迪杰特斯拉)算法案例

始于2015年的“工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證” 旨在為相關(guān)工程技術(shù)人才進(jìn)入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證，對(duì)專(zhuān)業(yè)建設(shè)起了很好的促進(jìn)作用，其認(rèn)證理念為“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，聚焦于學(xué)生“應(yīng)該得到什么”[5]，在各國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中都明確列出畢業(yè)生的基本知識(shí)、能力和素質(zhì)的要求。而任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式更是強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體的實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)任務(wù)的獨(dú)立完成度。

“校園導(dǎo)航”的任務(wù)要求在“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程知識(shí)講解完畢后布置，要求學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題的解決，要求如下：任務(wù)描述與需求分析(軟件工程知識(shí))；對(duì)象與對(duì)象關(guān)系分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的選擇(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí))；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)(數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí))。

(二)信息化教學(xué)

隨著前沿信息技術(shù)的迭代發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”已成為教育均衡化發(fā)展領(lǐng)域中的助推器[6]。信息化因其具有可以實(shí)現(xiàn)“突破時(shí)空”“資源復(fù)制”“支持個(gè)性化”與“全過(guò)程管理”等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[7]，從而成為常規(guī)教學(xué)的有效輔助手段。

在“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)中，采用了“超星學(xué)習(xí)通”+傳統(tǒng)課堂教學(xué)+“E會(huì)學(xué)”方式進(jìn)行教學(xué)。課前將教學(xué)資料及教學(xué)進(jìn)度安排上傳學(xué)習(xí)通，并提醒學(xué)生課前采用下載或在線閱讀的方式進(jìn)行課程預(yù)習(xí)；課程采用傳統(tǒng)教學(xué)(PPT+講授)的方式進(jìn)行面對(duì)面的互動(dòng)式授課，其中的互動(dòng)除了傳統(tǒng)的口頭提問(wèn)回答方式外，還加入了學(xué)習(xí)通的課堂測(cè)試環(huán)節(jié)，極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性；課后，“E會(huì)學(xué)”每個(gè)章節(jié)均設(shè)置了相應(yīng)的選擇題與判斷題，以驗(yàn)證學(xué)生對(duì)基本概念的掌握程度，同時(shí)在“超星學(xué)習(xí)通”中安排了稍微復(fù)雜的題型，如論述題與應(yīng)用題，以便從多層次驗(yàn)證學(xué)生在理解概念、經(jīng)典算法、問(wèn)題分析與靈活運(yùn)用的能力。

以上方法的綜合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了教育優(yōu)質(zhì)資源共享與教育優(yōu)質(zhì)化成果共享的可能性，多層次保障教育公平的實(shí)現(xiàn)。

(三)建立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，注重動(dòng)手能力

采用灌輸?shù)姆绞剑處焼畏矫娴氖谡n，已不能滿足當(dāng)前的教學(xué)需求，“教”與“學(xué)”需相輔相成。教學(xué)時(shí)，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)思考與學(xué)習(xí)才是秉承學(xué)生中心的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念的終極方法。“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程作為計(jì)算機(jī)相關(guān)課程，更強(qiáng)調(diào)其動(dòng)手能力，所以建立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生在摸不著、看不著的課堂抽象學(xué)習(xí)中，自己動(dòng)手驗(yàn)證各知識(shí)點(diǎn)，從而在達(dá)到知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力提高的同時(shí)，還能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

四、考核及成績(jī)分析

為實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為培養(yǎng)中心的專(zhuān)業(yè)認(rèn)證教育理念，避免培養(yǎng)出只會(huì)“紙上談兵”的畢業(yè)生，考核時(shí)需要綜合考慮學(xué)生期末考試成績(jī)與平時(shí)成績(jī)，以強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程的重要性。課程成績(jī)由平時(shí)成績(jī)與期末成績(jī)組成，平時(shí)成績(jī)則含三個(gè)部分：課堂表現(xiàn)、作業(yè)與實(shí)驗(yàn)。各考核環(huán)節(jié)所占分值比例及考核細(xì)則如下。

圖2 考核方式和成績(jī)?cè)u(píng)定方法

按照以上的考核方式，以近兩屆的學(xué)生成績(jī)及課程達(dá)成度形成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以進(jìn)行比較，如圖3所示。

圖3 總評(píng)成績(jī)及分析

五、結(jié)語(yǔ)

“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程對(duì)于與計(jì)算機(jī)有交叉知識(shí)的電器學(xué)院學(xué)生是相當(dāng)重要的。但對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)與通信工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，常常覺(jué)得過(guò)于抽象，難于理解。本文在分析了該課程存在的問(wèn)題基礎(chǔ)上，提出了三種方法相結(jié)合的課程教學(xué)體系的改革，此改革方案有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生在掌握概念的同時(shí)，能夠深入理解相關(guān)算法，面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能夠靈活利用所學(xué)知識(shí)解決之，從而達(dá)到了學(xué)以致用的教學(xué)目的。

隨著需求與軟硬件教學(xué)環(huán)境的不斷變化，課程組成員不斷更新教學(xué)理念，讓學(xué)生不僅僅達(dá)到高的考試分?jǐn)?shù)，也不囿于本門(mén)課程的應(yīng)用能力的提高，而是培養(yǎng)可以獨(dú)立思考與學(xué)習(xí)的合格人才，為將來(lái)的更高層次的學(xué)習(xí)提供支持。