基于課程群的計算機專業課程設計探索與實踐

李竹林，王文發，許 淳

（延安大學 計算機學院，陜西 延安 716000）

教育部“高校本科教學質量與改革工程”意見中指出，全面提高高等教育質量的核心是大力提升人才培養水平[1]。2011年12月30日，國務院在人民大會堂就關于實施《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》工作情況的報告進行專題詢問時，教育部副部長杜玉波表示，實踐能力培養是目前人才培養中最薄弱的環節，也是我們今后提高人才培養質量的一個切入點和突破口[2]。可見，在今后本科的培養過程中，加強實踐能力的培養是重點內容之一。

計算機專業是工科類型，重在培養應用型、工程型人才。然而，在以往的高校計算機專業教學過程中，實驗教學一直以驗證型基礎實驗為主，學生所學的理論知識雖然在基礎實驗中得到了驗證，能掌握基礎的專業知識，學習基本的編程方法。但是學生所學的理論知識與實際的社會需求項目沒有結合起來，學生分析實際問題、解決實際問題的能力得不到培養。本文以CDIO教育理念[3-4]為引導，提出了基于工程項目的三級計算機專業課程設計方案。

1 二級課程設計方案

結合我校的實際情況，設計了3個階段的課程設計，分別為一級課程設計、二級課程設計以及三級課程設計。如圖1所示。這3個階段是緊密相關的，與基礎實驗也是緊密相關的。基礎實驗是基于工程項目課程設計的重要基礎，這三級課程設計又是循序漸進，層層相扣，逐步培養社會需求的計算機專業應用型、工程型人才。

圖1 計算機專業三級課程設計框圖Fig.1 Three-level computer course design diagram

其中的基于課程群的二級課程設計以相關核心課程群和相關能力要求為基礎，以實際工程項目為載體，主要培養學生綜合應用相關知識的能力，尤其是創新思維能力與終生學習能力。通過二級課程設計，促進學生理解課程群間專業知識的必然的深層的聯系，加深學生對所學理論知識的鞏固和理解；培養學生的分析能及運用所學知識解決實際問題能力；提高學生的綜合編程能力；提高學生的合作交流能力；激發學生的創新思維與能力，為進一步學習、后續的課程設計以及培養成社會需求的計算機人才奠定扎實的基礎。為了達到課程設計目的，主要從兩方面著手：一是從二級課程設計的方案入手；二是從師資力量的培養與要求入手。

1.1 設計思路

基于課程群的課程設計的總思路是：以CDIO教育理念為導向，以實際項目為載體，以提高能力為目標，由高素質教師為指導老師，在課程學習完之后，組織課程設計，完成實驗教學。具體地說，由以下幾個方面：

1）結合社會需求、學校實驗平臺、師資力量以及學生的實際情況，明確計算機專業主干課程，計劃一級課程設計的主要課程、課程設計實施時間以及組織安排工作；

2）明確計算機類專業的核心能力，進行課程設計，做到每一門課程都有合適的實際工程項目供學生選擇；

3）明確學生的課程設計任務與培養目標的對應，做到因材施教；

4）制定可行的實施方案與評定標準，實行指導老師負責制；

5）走校企合作之路，實時掌握企業對計算機人才的需求，與企業合作開發設計課程。

1.2 主要內容

基于課程群的課程設計主要環節包括：問題驅動的理論教學、課程設計以及課程設計考書。其中的考核方法詳見第1.3小節。

基于工程項目的二級課程設計涉及到的主要課程群如表1所示。

表1 基于工程項目的二級課程設計課程群劃分Tab.1 Two-level course design classification based on project

根據CDIO的教育理念，培養具有實際能力和創新思維的大學生是我們的根本目標。為了讓學生更容易將所學的知識和實際生活結合起來，也能更好地完成課程設計任務，我們采取了問題驅動的課堂教學方法。即在每門課程的教學過程中，對主要章節的知識點設計出合理的、與實際相結合的，并且課程間相關聯問題，首先提出問題，引起學生的思考，并引導學生學習新的知識解決問題。這樣，一方面提高學習興趣，明確學習目標；另一方面，也為后繼的基于課程群的集中課程設計打下了基礎，使得學生不至于課程設計時感到迷茫或無法下手。現列出為“課程群1”的課程設計所設計的主要課堂教學問題：

1）有n個學生的m門課程成績，請輸入到計算機中管理。能實現的功能：查找、插入、刪除、排序等；

2）停車場管理問題——棧和隊列的應用；

3）文本編輯——字符串的應用；

4）哈夫曼樹的應用；

5）校園導游問題；

6）實現n個學生的m門功課的成績管理，包括每門課的最高成績、平均成績、排序；每個學生的平均成績、n個學生按總分排序，并討論算法的復雜度。

對應的“課程群1”的課程設計題目有：

①運動會分數統計；

②航空訂票系統；

②文章編輯：輸入一頁文字，程序可以統計出文字、數字、空格的個數；

④排序系統設計；

⑤散列表的設計與實現；

⑥采用哈夫曼編碼思想實現文件的壓縮和恢復功能，并計算壓縮前后的占用空間比；

⑦校園導航問題：設計學校的平面圖，至少包括10個以上的景點，找出從任意點到達另一點的最佳路徑；

⑧學校超市選址問題（帶權有向圖的中心點）。

要求：2～3人一個題目，采取分工與合作的方式共同完成。

1.3 考核的方式

考核的總體思路是：轉變傳統的考試觀念，樹立以“能力考核”、“全面培養”為中心的現代考試觀念。不同的課程有不同的考核標準。

考核考核時主要有如下幾項參考：

1）初步設計內容的考核：是否有查閱資料能力？問題分析是否清楚？設計思想如何？解決問題的方案是否合理？有無創新點？

2）合作交流能力的考核：是否和同組成員協作愉快？是否善于和同學、指導老師交流溝通？

3）程序編碼能力與測試能力的考核：能否獨立擔當程序模塊的編碼工作？程序是否清晰、易讀？在解決關鍵問題的算法設計與實現上是否高效？是否能獨立完成程序的測試，測試用例如何？

4）文檔質量的考核：設計結構是否合理？方案是否可行？表達是否正確與規范？

5）答辯能力的考核：能否清楚表達自己的設計理念、思想及方案，對測試結果的解釋是否合理？回答問題是否準確？

6）出勤率極平時表現的考核：是否遵守考勤相關的規定？

7)綜合表現如何？

根據上面的考勤因素，為了合理、全面考核學生的能力，二級課程設計規定了不同的因素給予不同的權值，如表2所示。

2 師資力量配備

要通過課程設計提高學生的解決問題能力、系統工程能力及創新能力，培養建設一支結構合理、具有較高教學水平和較強實踐能力的優秀教師團隊是非常必要的。主要從下列3個方面做起。

2.1 更新教學理念

從2004年提出CDIO新的教育理念，多次組織老師認識學習，系統、深入理解“構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）與運作（Operate）”的內在含義、12 條標準以及能力大綱[5-6]，并將其應用在計算機專業課程的教學過程中。除此之外，盡量參加國際國內的教育、學術交流活動，開闊視野、豐富和更新知識、提高教學水平，保證教師有先進的教學理念和教學方法，保證骨干教師具有專業課程開發的能力，保證專業課程設計達到預期目標。

表2 課程設計考核因素及權重Tab.2 Course design evaluation factors and weight

2.2 提高工程實踐能力

通過項目的實施，培養更多的專業骨干教師，特別是培養年輕的專業骨干教師。為此，我們堅持高校與企業相結合，“產、學、研、用”相結合，并且要求骨干教師每年必須承擔或參與工程項目的開發工作。其過程中，要求每位教師至少有1到2個項目的整體參與過程：調研、需求分析、實施方案設計、詳細設計、開發、調試[7]、使用說明、驗收交付以及維護等。這樣，不僅培養了教師的系統工程能力，也需要教師不斷學習新技術解決實際問題，最后要求教師將成果擬定論文發表。

2.3 團隊合作精神

“團隊精神”的力量是不可估量的，是高校建設與發展中非常重要的因素。但由于高校招生規模擴大，教師工作量加重，教師往往是埋頭備課，除了參加院系會議外，平時交流與溝通的機會很少，造成了教師以“個人自主學習、自主科研”形式為主。為了打破這種格局，形成教學科研團隊，發揮團隊的凝聚力，我們爭取橫、縱向項目，以項目為載體，搭建學習交流平臺，共同討論教學、項目開發中存在的問題，研討教學與科研的方法，以促進教學效果、提高科研能力，強化教師隊伍的團隊精神。

3 結 論

基于課程群的課程設計方案通過在我校的計算機教學專業中近幾年的探索與實踐，取得了較好的教學效果，基本上達到了培養計算機人才的目的。在今后的教學過程中，將進一步根據社會需求強化師資力量，盡量挖掘學生的潛能，充分發揮學生的特長，培養高素質的計算機專業應用人才。

[1]中華人民共和國教育部.《教育部 財政部關于“十二五”期間實施 “高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見》[EB/OL].（2011-09-26）ttp://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5666/201109/xxgk_124985.html

[2]杜玉波.實踐能力是目前人才培養中最薄弱環節[EB/OL]，（2011-12-30）.http://www.china.com.cn/news/2011-12/30/content_24291691.htm

[3]查建中.面向經濟全球化的工程教育改革戰略——產學合作與國際化[J].高等工程教育研究，2008，16（1）:21-28.

ZHA Jian-zhong.Strategy of engineering education reform in the era of economic globalization[J].Research in Higher Education of Engineering，2008，16（1）:21-28.

[4]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，16（3）:1-6.

ZHA Jian-zhong.On CDIO model under “learning by doing”strategy[J].Research in Higher Education of Engineering，2008，16（3）:1-6.

[5]查建中.工程教育改革戰略“CDIO”與產學合作和國際化[J].中國大學教學，2008，5：16-19.

ZHA Jian-zhong.Engineering education reform strategy of"CDIO" and the industry-university cooperation and international[J].China University Teaching，2008，5：16-19.

[6]王碩旺，洪成文.CDIO:美國麻省理工學院工程教育的經典模式—基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）:116-119.

WANG Shuo-wang，HONG Cheng-wen.CDIO:the classic mode of engineering education in MIT—An unscrambling on the CDIO syllabus[J].Journal of Higher Education in Science&Technology，2009，28（4）:116-119.

[7]王文龍，張少博，陳海峰.一種試驗數據處理軟件設計[J].火箭推進，2012（1）：76-80.

WANG Wen-long，ZHANG Shao-bo，CHEN Hai-feng.Design of a test data processing software[J].Journal of Rocket Propulsion， 2012（1）：76-80.