基于開放式實驗教學提高學生程序設計能力的研究

【摘要】分析傳統實驗教學模式在計算機程序設計類課程教學中缺陷和不足的基礎上，開展開放式的實驗教學，以培養學生的創新能力和提高學生的程序設計能力。

【關鍵詞】開放式實驗教學 程序設計 創新能力

【基金項目】荊楚理工學院課題基金《基于開放式實驗教學提高學生程序設計能力的研究》（基金號：JX201213）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）12-0226-02

開放式實驗教學是從培養學生創新思維和創新意識出發，結合理論課針對某項或某個領域有關的問題，采用科學思維方法，大膽設計，進行開放式教學的一種模式。是培養學生實踐動手能力和創新精神、實現高校人才培養目標的有效途徑 ，是以學生為中心的、培養學生的綜合能力和創新能力、富有個性的實驗教學模式[1-2]。實施開放性實驗教學，對于學生鞏固所學知識，培養獨立工作能力及養成嚴肅認真的科學作風等方面具有明顯的優越性，有利于完成教學目標，培養出適應社會需求的具有創新素質的應用型人才。

1.程序設計類課程實驗教學現狀

傳統的實驗教學模式是以教師為中心，教師根據教學大綱和實驗大綱的要求布置實驗任務，學生被動的執行和完成。對于計算機的程序設計類課程，如C，C++，JAVA等，這種傳統的實驗教學模式所導致的直接影響就是學生缺乏實際動手能力，與理論學習脫節。實驗教學課普遍存在學生目標不明確，學生對于實驗課程缺乏興趣，機械的完成形式化的實驗任務，缺乏創造性思維，不能從實質上提高程序設計能力。指導老師往往只能針對個別有興趣學生進行輔導，整體的實驗教學效果難以得到提升。在多年從事程序設計類課程的實驗教學過程中，傳統的實驗教學模式所帶來的問題具體體現在以下三個方面。

⑴實驗教學形式化，學生思維僵化

在理論課程進行到一定階段后都會有實驗課程安排，一般按照教材配套的實驗任務進行講解演示，然后預留時間讓學生完成指定實驗任務。配套的實驗任務設計都能很好的對階段性理論知識進行驗證和實踐，這是這類典型實驗教學任務的優點。但這樣很容易導致實驗教學的形式化，教師按照實驗步驟演示出正確的結果，學生則按部就班的去完成同樣的實驗。學生思維僵化，經常出現按照教材事例、教師演示示例絲毫不差的做能得出應該的結果，稍有偏差出現問題后就束手無策，要么按部就班的從頭來過，要么直接問指導教師，很少會主動思考為什么出問題，本次實驗的目的是什么。

⑵實驗過程被動，實驗結果唯一

傳統的實驗教學模式下，學生在整個實驗過程中始終處于被動的地位，被動的接受，被動的執行，學生成了機械操作者，只是對著實驗指導書重復一遍，就可得出很好的實驗結果，常常是實驗做完了，報告交了，一點印象都沒有，這還是學習態度比較積極認真的學生。一部分惰性比較大的學生則是將同學做好的實驗報告一抄了事，反正實驗結果都是一樣的。在我批閱統計的2012-2013一學年C語言程序設計和C++程序設計兩門課程涉及六個班級（班級人數在40人左右）的數十次實驗報告中，上交實驗報告的相似雷同率達60-70%，真的是成了學生口中的“一人做完，全班不愁”。

⑶設計與實際脫節，程序與問題脫節

設計好的實驗任務往往只側重于驗證對應的理論知識點，甚至是為了驗證而設計的實驗任務。這樣的實驗任務學生完成消化的再好，卻很難聯系到實際，所編寫的程序能夠正確無誤的運行，卻很難解決問題。例如C語言程序設計課程中講解循環時典型的累加和階乘的計算。學生可以很輕松的編寫出從1加到100，1000……的程序并且運行得到正確的結果。然而從加變到乘，同樣的程序運行得到的結果卻顯然不是預期。溢出這個知識點顯然學習過，數字位數的拆解也學習過。當碰到了與設計的實驗結果不一樣時，顯然不是既定的程序能夠完成的。這樣的一些實際的問題顯然按照設計好的實驗任務是不會出現的，而一旦出現也是設計好的實驗任務所無法解決的。

2.開放式實驗教學改革

實驗教學是高等學校教育教學的重要環節，對學生綜合素質的培養和能力的提高起著至關重要的作用。教育部把開放式實驗教學作為高校本科教學水平評估指標體系中一個重要觀測點。

開放式實驗教學是一種有別于傳統教學模式的新型教革項目，是實驗方式的創新， 是培養學生實踐動手能力和創新精神、實現高校人才培養目標的有效途徑。施開放性實驗教學，對于學生鞏固所學知識，培養獨立工作能力及養成嚴肅認真的科學作風等方面具有明顯的優越性，有利于完成教學目標，培養出適應于社會需求的具有創新素質的應用型人才。

在2013-2014學年的VC程序設計課程中，按照開放式實驗教學理念的指導，本著以學生為主體的思想，在課程的實驗教學環節中改變學生只是實驗操作者的傳統實驗教學模式，建立開放性實驗教學模式，用開放性教學思想指導實驗教學全過程。經過對學生的問卷調查以及實驗報告，課程設計的批閱統計可以看到開放式實驗教學模式在實際教學中取得了良好的效果。（11級計算機科學與技術本科1-3班，1班58人，2班48人，3班45人，共計151人）

每一次的實驗任務設計均只提出所需體現的理論知識點而不設定具體指標，完全由學生自由發揮，自主設計實現并提交相應的實驗代碼和報告。在沒有固定套路的實驗過程和統一的實驗結果下，實驗報告的相似，雷同率大幅下降。學習興趣高，態度端正的學生可以充分發揮創新精神，大膽設計并就過程中出現的問題與指導老師探討交流；部分惰性學生也因為沒有統一結果的實驗任務而不敢抄襲，在指導老師的引導和鼓勵下進行相對簡單的實驗任務設計和實現。在課程設計環節（課程設計按5人一個小組以團隊形式組建），學生設計并提交的課題未出現相同。這些直觀的數據統計顯示出開放式實驗教學模式對實驗課程環節的效果明顯。

⑴實驗教學開放化，學生自主創新

實驗教學的開展不再只是教師的單純演示講解然后布置實驗任務，而是結合理論課針對某項或某個領域有關的問題，在教師的引導下由學生自主設計實驗任務，在實驗設計過程中驗證運用相關理論知識。這樣能夠充分發揮學生的創新意識，訓練了學生的實驗操作動手能力和創新能力，培養了學生初步掌握科學研究的思維方式和科研工作方法，為使其學會重視通過實驗來解決問題，進行項目開發和程序設計打下了良好的基礎。

⑵學生主導實驗過程，實驗結果多樣化

從提出問題開始，到形成概念、解決問題為止，學生始終處于獨立思考、積極探索的學習氛圍，真正實現以學生為中心，以教師為引導的開放式實驗模式。給學生發揮自身的創造性和能動性提供了廣闊的空間，體現“發展個性、因材施教”的原則，富有個性的教育理念。這樣可以充分發揮學生的主體作用，激發其主動參與的熱情、變“被動學習”為“主動學習”?？梢源偈箤W生形成對化學學習的持久興趣，同時又可激發學生的求知欲。

⑶問題驅動設計，程序貼近實際應用

計算機的程序設計類課程的一個主要目的是訓練學生理解掌握計算機的邏輯設計，通過程序設計控制計算機來解決各類實際問題。這就要求學生在學習過程中要以問題驅動設計，做到從問題中來，到問題中去。驅使學生不斷學習的動力應該是對問題抽絲剝繭，逐步解決所得到的成就感，而不是教師填鴨式的灌輸。程序設計要貼近實際生活應用，而不是課堂上的理想構建環境。當有學生設計的ATM模擬系統可以輸入指定金額時，我就會問學生當你在銀行的ATM取款時是否能夠輸入金額，如果不能使為什么，能不能實現輸入金額……當有學生模擬火車購票系統時，我就會問學生一次可以買幾張，如何判斷；當出現同時多窗口購票時誰先誰后……

3.總結

在高等學校，實驗教學由傳統模式向開放式模式轉化是一個必然的趨勢，是當前信息化社會對應用型人才培養提出的要求。計算機程序設計這類強調創造能力和實踐能力的課程對開放式實驗教學的需求更是迫不及待。當然，開放式實驗教學的內涵遠不止本文所闡述的這些。開放性教學思想應指導實驗教學全過程，要在時間空間上，課堂內外，科研課題，聯合項目等各個方面實行多種形式、相互銜接的開放模式。

參考文獻：

[1]金正一.建設開放性實驗室的思考與實踐[J].實驗室研究與探索，2007；26（1）：124

[2]梁桂英，王春曉.開放實驗教學提高學生創新能力[J].高師理科學刊，2007；27（1）：91

[3]王興邦.實驗室開放的內涵與機制研究[J].實驗室研究與探索，2009；28（5）：11

作者簡介：

余琨（1978.09-），男，漢族，湖北漢川人，碩士，講師，研究方向為計算機網絡安全。