高校計算機專業學生程序設計能力培養改革思路

　　摘要：面對信息科技行業日益激烈的人才競爭，高校計算機專業學生需要培養過硬的程序設計能力，以便適應嵌入式系統設計、軟件開發、系統管理維護等領域的用人需求。國家中長期教育改革和發展規劃綱要中提出了“堅持能力為重，提高人才培養質量”的要求。文章在分析現有教育教學方式的基礎上，提出在培養學生程序設計能力方面應強化學生程序理解能力的實踐教學改革思路，并通過網絡教學管理平臺的建設予以實施和推廣。
　　關鍵詞：計算機專業；程序理解能力; 程序設計能力；教學管理平臺
　　
　　隨著信息科技的不斷進步與發展，新型軟硬件產品和信息服務不斷涌現。在嵌入式系統設計、軟件開發、系統管理維護等領域，高素質程序設計人才的需求與日劇增，這對高校計算機專業的人才培養提出了更加具體的要求。如何適應社會對高素質程序設計人才的需求，對于重慶郵電大學這樣一所以信息科學技術為特色和優勢的高校來說尤為迫切。
　　盡管各高校都制定了適合自身特色的培養方案以應對社會對程序設計人才的需求，但受教學方法、實踐教學環境、考核方式等因素的影響，近年來，如何提高學生程序設計能力一直是高校計算機實踐教學改革的重要內容之一。“讀懂程序難，設計程序更難”成為計算機專業學生普遍反映的問題，有條件的用人單位通常需要組織專門的培訓來滿足生產的要求，這極大地影響了學生的就業能力和企業的生產效率。提升在校學生的程序設計能力，需要從教學方法、教學手段和資源建設等方面入手，探索一些新的思路。
　　1現狀分析
　　目前，大多數高校均通過開設C/C++、Java等程序設計類課程培養學生的程序設計能力，而此類課程的傳統教學方式是采用以知識點為單元的“講授—驗證—作業—考核”流程，即首先由主講教師在課堂上講授語法、結構等知識點，學生在課后或實驗環節中上機驗證，通過完成習題來體會程序設計方法，最后組織考核[1-2]。多年的教學實踐表明，這樣的實施流程忽略了一個至關重要的環節——培養學生的程序理解能力。
　　什么是學生的程序理解能力？簡單說來就是當大段代碼出現在學生面前的時候，學生是否能夠明白這樣一段程序代碼在計算機中是怎樣執行的，執行過程中環境會發生怎樣的變化，是否能獲得正確的執行結果，等等。傳統的教學流程將程序設計這個有著嚴格的邏輯結構的行為拆分成為了若干個離散的知識點，學生在僅僅掌握這些知識點的前提下，尚未透徹理解給定的代碼，此時，要設計出可用、高效的程序具有很大的挑戰。
　　程序設計類課程學習的一個主要內容是掌握不同程序設計語言的語法規則和流程，進而靈活運用以解決遇到的專業領域問題。程序設計語言和人與人之間交流所用自然語言有一定的共性，且遠沒有自然語言復雜。在學習自然語言的過程中，通常首先學習基礎語句，然后對語句的字詞進行分析，進而掌握句子的意思，最后在充分理解句法的基礎上組合出能表達
　　個人意愿的句子。程序設計語言也可以遵循這樣的學習方法，先學習示例程序語句，然后拆分語句，用離散的知識點去分析解釋語句的構造，并查看運行過程和結果，在頭腦中形成直觀印象，然后利用這些知識點有組織地結合程序結構的思想去解決問題。因此，先熟識程序的“廬山真面目”，理解程序的編寫方法，然后模仿編寫，將使得程序設計能力的培養變得事半功倍。
　　從另一方面來看，多樣化的程序設計語言對于高校程序設計類課程的教學要求提出了新的挑戰。考慮到學分結構、師資力量、個性教育、教學管理等因素，不可能、也沒必要為每一門程序設計語言都開設相關的課程。即便能夠這樣做，往往會出于對學生成績考核的量化而要求學生在選課階段便對相應的語言進行選擇，由不同的教師對其進行授課指導。絕大多數學生在選擇程序設計語言時，由于沒有直觀的印象，也沒有具體的應用需求，僅從教師簡單的介紹和外界輿論，很難選擇適合個人發展方向的語言環境。為滿足個性培養的需求，讓學生能找到適合自己的主要語言方向，需要提供豐富的、開放的程序設計教學資源[3]，且允許學生靈活選擇。同時，多樣化、自由選擇的程序設計語言教學資源也將使得學有余力的學生能對照學習，提高學習效果。
　　2改革思路
　　圍繞上述分析，為了培養具有良好程序設計能力的計算機專業學生，在教學實踐過程中，我們結合學校的專業建設、團隊建設、課程建設和實驗室建設工作，主要從以下幾個方面進行改革探索。
　　1) 培養學生的程序閱讀能力。在培養方案中，加大實驗實踐學分的比重，明確程序設計類課程在實踐能力方面的教學標準和能力要求。實踐環節并不是強調學生立即進入到具體的程序設計的學習，而是提供大量程序和針對這些程序提出的問題，引導學生對程序設計風格和相關知識點進行模仿學習，并追蹤程序運行過程，查看運行結果。在這個過程中，教師通過評價學生的閱讀效果，指導學生理解程序中具體知識點。
　　2) 培養學生的程序設計能力。在現有培養方案中，教學內容貫穿程序設計語言、數據結構、數據庫、軟件工程等系列課程，明確每一階段的能力要求，采用基礎訓練、項目驅動和課賽結合等教學組織形式，以在校期間編寫數萬行代碼為形式要求，以解決某一領域的具體應用問題為導向，促進學生程序設計能力的逐步提高。
　　3) 建設包含多種程序設計語言的教學資源。組織教師建設多樣化、開放式的程序設計類課程教學資源，包括大量的程序代碼、知識點和幫助學生理解程序。學生可自主選擇不同的語言進行學習，并在階段性考核前自愿隨意調整，教師僅對學生學習進程和最終階段性學習效果進行控制。為實現這一改革思路，我們采用以題庫為核心的網絡教學管理平臺，原因有以下幾點：
　　① 從網絡使用角度來看，網絡化的教學管理平臺具有開放、訪問方便等特點。目前，絕大多數高校都構建了良好的校園網，有條件的高校甚至可以將其發布在Internet上，提供校內校外的同步訪問。學生的學習場所不再局限于課堂，而是擴展到了校園網(或Internet)上。
　　② 從資源管理角度來看，培養程序閱讀能力所需的大量程序代碼和針對不同知識點進行學習可按照“一對多”或“多對多”的對應關系存儲在數據庫中，學生僅需通過發送請求就可獲得相互關聯的程序、知識點和問題等，再圍繞相關的問題進行在線練習。同時，授課教師還可根據教學和學生學習的實際情況，在數據庫中陸續添加和補充新的內容。
　　③ 從教學管理角度來看，平臺可以記錄學生訪問行為、讀取程序細節等內容，可以通過學生的練習結果追蹤學生學習效果，統計分析后的信息可以為教師提供輔助決策，并可對學習效果明顯的學生進行“精英指導”，而對學習效果不明顯的學生進行人為干預，整體上促進學生程序設計能力的提高。
　　④ 從程序設計語言選擇的角度來看，可以為每一種主流的程序設計語言提供一套題庫資源。在這個過程中，可以根據階段性教學目標準備難度相似、進度相同的不同程序設計語言的資料。學生在學習過程中，僅告知學習的大致進度以及階段性考核檢查的時間，而由學生自行選擇感興趣的程序設計語言進行理解學習，且在任何時間可以自行更換，僅需要在階段性考核時選定一種語言參與考核，提高學生學習的靈活性。
　　⑤ 從教學考核的角度來看，學生總體程序設計能力的考核不局限于以學期為單位的時間段，而是以能力要求為標準設定的學習階段，在完成一個階段的學習之后自行申請考核。在校期間，必須分階段完成相應的內容并通過階段考核。這種方法使得能力要求明確，有利于個性化教育，并能充分挖掘學生的學習潛力[4]。
　　
　　3具體實施
　　按照上述改革思路，學生程序設計能力的培養可分三個階段來實施，如圖1所示。從最初程序閱讀能力的培養，到程序編寫能力的培養，最后進行綜合程序設計能力的提高，每一個階段都有對應的解決方案與之對應。實施重點是建設以題庫為核心的網絡教學管理平臺。
　　網絡教學管理平臺實現“程序”和“問題”一對多的映射關系，采用“知識點”的方式對每一個問題所針對的基礎培養的內容進行區別和歸納，通過“難度”來判定學生對于具體問題的掌握程度。系統主要對象關系如圖2所示。
　　在具體運行過程中，以日志形式收集基本的信息，如學生的來訪次數、語境選擇、操作情況等，提供統計信息供教師進行查看以評價學生階段性學習情況，必要時可進行指導或干預。平臺主要工作流程如圖3所示。
　　目前，網絡教學管理平臺已為C/C++語言建設了一定規模的程序庫和問題庫，并不斷進行擴充，其他語言如Java等也正在建設中。平臺試運行以來為重慶郵電大學計算機相關專業的學生提供了開放的程序設計學習環境，并通過平臺在線考核評價其程序設計能力，從學生的投入程度和考核結果來看，學生的主動學習意識和程序設計能力普遍得到了提高，教學效果良好。教學團隊中指定一名教師對平臺的日常運行進行管理維護，并定期檢查學生訪問情況。其余教師擬定和補充多種語言的題庫資源，指定階段性學習任務，并定期答疑解惑。
　　4結語
　　我校對于計算機專業學生程序設計能力的培養還在不斷地改革和探索，現行的方法和平臺的優缺點還有待進一步實踐和檢驗。未來的工作除了對現有工作的總結提高，還需要重點對平臺的功能進行擴展完善，從而更好地服務于計算機專業的人才培養，為社會輸送高素質程序設計人才，也為類似高校相關專業提供可借鑒的經驗。
　　參考文獻：
　　[1]