新工科背景下面向過程編程課程改革與建設(shè)

馬 創(chuàng) 劉 俊 解紹詞

（重慶郵電大學(xué)軟件工程學(xué)院 重慶 400065）

1 背景

2018年，在成都舉辦的全國高等學(xué)校本科教育工作會議上，教育部進一步強調(diào)要發(fā)展新興工科、改造傳統(tǒng)工科，統(tǒng)一部署了新工科的建設(shè)方案。隨著新工科建設(shè)方案的實施，許多新的教學(xué)理論、方法與模式在高校本科教學(xué)過程中得到了研究與實施?！毒幊袒A(chǔ)（1）面向過程》是軟件工程學(xué)課本科培養(yǎng)方案中重要一門課程，該課程入門簡單，但實踐性要求高，很多知識點學(xué)生只能記憶，不易理解，該課程不僅要求學(xué)生針對現(xiàn)實問題進行抽象和編碼、能獨立排查程序錯誤，且對計算機硬件相關(guān)知識需要基本了解。同時，本課程也是軟件工程學(xué)科和計算機相關(guān)學(xué)科的一門基礎(chǔ)課程，它不僅是計算機原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等其它課程的必要先修課，而且對于學(xué)生掌握程序設(shè)計一般方法和技術(shù)，熟悉上機操作和程序調(diào)試技術(shù)都有重要作用。

目前，從學(xué)生就業(yè)和相關(guān)課程教學(xué)反饋回來的信息，直接指出了課程在培養(yǎng)學(xué)生獨立運用程序解決實際問題時的能力欠缺。由于受學(xué)時和傳統(tǒng)教學(xué)方式的限制，教師只能在課堂上教授淺表層的知識點，沒有時間進行深入學(xué)習。因此，要想徹底改變這一格局，教育者要意識到，課堂教學(xué)活動中最寶貴的資源是師生面對面相處的有限時間，這些時間應(yīng)該被用于實現(xiàn)深層次的學(xué)習。在大量優(yōu)質(zhì)的MOOC、SPOC出現(xiàn)以后，學(xué)生完全可以借助新的教學(xué)手段在課前進行淺表層學(xué)習，老師則負責指導(dǎo)學(xué)習在課堂上進行基于問題、基于案例的深度學(xué)習，這種學(xué)習可以以實驗、研討、報告、辯論等形式展開，教師在整個教學(xué)活動中，只是一個引導(dǎo)者、組織者。

2 存在的問題

傳統(tǒng)教學(xué)方法存在一定的優(yōu)勢，如：學(xué)生可充分利用課堂時間完成相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習、需要掌握的知識點清晰明了等。但是傳統(tǒng)方法在激發(fā)學(xué)生積極性、創(chuàng)造性方面存在不足。新工科提倡創(chuàng)新性、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，以創(chuàng)新性思維推動應(yīng)用型人才改革，因此傳統(tǒng)教學(xué)方法難以適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的必然趨勢。目前《編程基礎(chǔ)（1）面向過程》課程教學(xué)存在的主要問題有：

2.1 教學(xué)過程對實踐部分強化不夠

任何工程學(xué)科教育都離不開理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)理念，理論學(xué)習是實踐的基礎(chǔ)，實踐是理論學(xué)習的最終目標。目前，我校在面向過程程序課程設(shè)計與教學(xué)的過程中對實驗實踐的教學(xué)仍停留在依靠實驗指導(dǎo)書的階段，使實驗課程難以達到培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題能力的目的，禁錮學(xué)生的思維，這與新工科概念中創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心理論相悖。學(xué)生脫離了實際問題的環(huán)境，對所學(xué)知識的理解和掌握僅僅停留在知識點的程度，如何將實際問題抽象為計算問題，進一步表達為編程語句這一過程，難以做到融會貫通。

2.2 考評環(huán)節(jié)形式單一

新工科意義下的創(chuàng)新人才應(yīng)具備更高的綜合素質(zhì)，因此需要更加完善的考評機制作為衡量標準?，F(xiàn)有的面向過程編程課程期末考試區(qū)分度不高，考試形式與往年較為相似，導(dǎo)致學(xué)生平時上課僅僅學(xué)習相關(guān)理論和書本知識，而忽略實際動手能力的培養(yǎng)，也可以順利通過考試。與此同時，除了考試考核的內(nèi)容與方式需要進行適當調(diào)整外，實驗實踐過程中的打分環(huán)節(jié)也需進一步細致化、科學(xué)化和全面化。

2.3 “教學(xué)軟件”個性化體現(xiàn)不強

教學(xué)軟件是一個包含教學(xué)計劃、內(nèi)容與方法等多方面的概念。傳統(tǒng)工科教學(xué)常常囿于教學(xué)計劃的約束在固定的課時里進行“填鴨”式教學(xué)。以面向過程編程課程為例，教師們把課堂教學(xué)重點放在對語法、語義掌握與注意事項等方面而不重視結(jié)合具體程序進行講解；在編程實踐中將教學(xué)重點放在編程技巧和程序調(diào)試上而沒有結(jié)合生活實際去引導(dǎo)學(xué)生接觸與時俱進的新硬件、新程序。另一方面，傳統(tǒng)工科班級體量較大，大班教學(xué)的優(yōu)勢在于方便教師控制教學(xué)進度、課堂管理以及考核評定，但是缺點同樣明顯。面向全體學(xué)生的集中授課很難對每一位學(xué)生提出有針對性的指導(dǎo)，無法在教學(xué)過程中進行針對性施教。

針對上述存在的問題，本文結(jié)合實踐經(jīng)驗，從教學(xué)的方法、手段、內(nèi)容等方面進行闡述，以培養(yǎng)學(xué)生實際問題解決能力為核心，構(gòu)建面向過程程序設(shè)計教學(xué)改革與建設(shè)新的參考方案。

3 改革方式

結(jié)合新工科背景的要求與現(xiàn)代教學(xué)的實際情況，傳統(tǒng)工科的課程改革方法應(yīng)該緊扣上述的幾個共性問題，以問題樹立風向標，為課程改革之路指引正確的方向。同時，由于問題存在于多個方面，故其對應(yīng)的解決方法也應(yīng)是多角度的，依此提出“多角度融合式課程教學(xué)改革框架”。

3.1 多樣化教學(xué)模式

采用單一的期末考試作為考核評價手段，往往出現(xiàn)臨時抱佛腳的學(xué)習行為。本課程組對教學(xué)環(huán)節(jié)進行了改革，課程考核更加重視過程性考核。理論課的具體考核如下：（1）出勤及課堂表現(xiàn)：10%；（2）課外編程作業(yè)：20%；（3）章節(jié)平均測驗成績：30%；（4）期末考試40%。實踐課程的具體考核方式如下：（1）出勤及表現(xiàn)：10%；（2）實驗完成情況和實驗報告：30%；（3）實踐項目成績：30%；（4）期末考試成績：30%。其中實踐項目分配采用分組方式，按小組分配實驗項目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進行團隊協(xié)作，通過團隊合作完成項目結(jié)果驗收，由教師綜合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計能力、系統(tǒng)分析能力、創(chuàng)新能力及自主學(xué)習能力給出小組成績，具體各項指標比例如表1所示。通過考核方式的改革，提高學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，以適應(yīng)新工科對計算機類人才的要求。

表1：考核參考評分

為了提高學(xué)生的學(xué)習興趣，課程組每次上課中都會播放一段其他知名高校的名師授課視頻，課后和同學(xué)們交流，引導(dǎo)同學(xué)提出建設(shè)性意見，包括：課程內(nèi)容，授課方式等，老師通過收集信息來不斷改進教學(xué)方式。

本課程組將順應(yīng)全球教育改革趨勢，將線上學(xué)習引入全校理工科類的《編程基礎(chǔ)（1）面向過程》課堂，要求學(xué)生初步適應(yīng)線上、線下的混合學(xué)習模式，并且對于學(xué)習情況定期考核。這在一定程度上，增強了學(xué)生自主學(xué)習的能力，為想要學(xué)習的學(xué)生提供了非常好的課下自學(xué)的途徑。

3.2 實現(xiàn)教學(xué)全過程積極互動

師生互動現(xiàn)象在課堂教學(xué)中是客觀存在的，貫穿課堂教學(xué)的全過程。根據(jù)其產(chǎn)生效果的不同，可以把師生互動分為正互動和負互動。正互動就是指能取得積極效果的互動方式，即有效的師生互動；負互動是指不能取得積極效果，甚至是負面效果的互動方式，即無效或影響教學(xué)效果的師生互動。

尋找“興趣點”，以趣引動。興趣是“最好的學(xué)習助推器”。教學(xué)中，教師要善于抓住符合學(xué)生身心特征的“興趣點”，以學(xué)生喜愛的方式開展教學(xué)活動，激起學(xué)生參與互動的欲望，達到提高師生互動有效性的目的。如在學(xué)習《數(shù)組》內(nèi)容時，結(jié)合電子游戲《英雄聯(lián)盟》的人物屬性數(shù)值存儲方式，所需變量數(shù)量等展開介紹，引導(dǎo)學(xué)生積極主動對不同的數(shù)據(jù)組織存儲方式展開探索。

創(chuàng)造“思維點”，以思引動。數(shù)學(xué)思維的訓(xùn)練始終是編程語言教學(xué)的核心任務(wù)之一。然而，由于學(xué)生的個體差異和教學(xué)內(nèi)容的區(qū)別，有些知識中的思維過程比較難以把握。此時，教師可以有意識地參與學(xué)生的討論，幫助學(xué)生學(xué)會用數(shù)學(xué)的方法思考問題，把握學(xué)生學(xué)習過程中的“思維點”。在學(xué)習《函數(shù)》時，對比編程函數(shù)和數(shù)學(xué)中計算函數(shù)的異同，讓學(xué)生理解函數(shù)產(chǎn)生的邏輯過程，函數(shù)的本質(zhì)作用以及如何將邏輯推理過程轉(zhuǎn)化為計算機語言表示，以樹立面向過程編程的思維模式，把握以外在編程語言形式培養(yǎng)內(nèi)在編程思維的目的。

3.3 個性化、差異化培養(yǎng)模式

做到學(xué)生課外自主學(xué)習、單元測試、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、實驗環(huán)節(jié)的全過程積極互動，既能督促學(xué)生平均分配學(xué)力，又能助于教師根據(jù)學(xué)生實際學(xué)習情況，適時調(diào)整課堂上課的內(nèi)容、進度、深度、廣度。

整個教學(xué)過程有個人完成環(huán)節(jié)和團隊完成環(huán)節(jié)，例如：單元測試、課后最低練習數(shù)量及期末測試，都是個人完成環(huán)節(jié)，保障了每個人能夠達到學(xué)習要求，避免了“混水摸魚”和“濫竽充數(shù)”的情況。而課前的資料查詢、PPT制作，課堂上的給老師和同學(xué)們上課以及課后習題講解，每個團隊甚至每個成員可以根據(jù)興趣以及天賦差別進行不同層次的深入學(xué)習，實現(xiàn)了因材施教、個性化、差異化教學(xué)。

面向畢業(yè)要求的程序設(shè)計課程應(yīng)同時注重學(xué)生個人編程、調(diào)試能力的培養(yǎng)，也應(yīng)注重學(xué)生團隊協(xié)作、溝通能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課程組利用每次課前的團隊題目、課堂的講述及討論環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供了兩條并行的能力鍛煉線路，有助于學(xué)生能力的全面培養(yǎng)。

4 結(jié)語

隨著計算機軟件技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的高級編程語言成為軟件工作者需要掌握的必備語言。但是面向過程編程一直以來都是編程入門語言之一，學(xué)好面向過程編程，有助于面向?qū)ο蟾呒壵Z言的學(xué)習和面向?qū)ο笏季S的形成，通過面向過程編程的學(xué)習，培養(yǎng)學(xué)生在編程過程中的計算思維，有助于學(xué)生深刻領(lǐng)會把握程序語言與邏輯思維之間的關(guān)系，對學(xué)生快速學(xué)習其他高級編程語言的能力起到促進作用，為學(xué)生提供學(xué)習編程語言更高的視角。同時，教學(xué)目標的調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、新的教學(xué)方法和手段的運用、考核機制的完善等措施順應(yīng)我國當前高校人才培養(yǎng)的目標，為學(xué)生提供了更加個性化的廣闊選擇空間。