基于能力培養的程序設計基礎教學改革和實踐

馬虹　陳玉芳

摘 要： 在程序設計基礎課程的教學中，采用傳統的教學模式和方法已經不能滿足軟件產業快速發展對高素質軟件人才培養的需求。為此，以能力培養為教學目標，對程序設計基礎這門課程的教學內容、教學過程、教學模式和方法、考核方式等進行了改革和實踐。實踐表明，學生的程序設計能力及綜合素質均得到了提高。

關鍵詞： 程序設計基礎； 高素質軟件人才； 能力培養； 程序設計能力

中圖分類號：TP312 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）03-54-03

0 引言

印度、愛爾蘭在軟件產業的發展上都取得了巨大成功。究其原因，除了與政府的全方位支持，精準的市場定位，合理的業務選擇等因素息息相關以外，更重要的是依賴于源源不斷進入軟件行業的高素質軟件人才。高校培養是這些國家軟件人才培養的主要途徑之一。其軟件教育的共同特點是課程根據軟件企業的需求進行設置，重視通過課程使學生接觸新技術、新理念，把實際應用培訓和綜合能力的培養擺在第一位，從而使學生畢業后能快速進入工作角色[1]。中國軟件產業近年來也快速崛起，這為軟件相關課程的教學帶來了無限生機，更帶來了巨大挑戰。怎樣緊跟軟件產業快速發展的步伐，怎樣在教學過程中提升學生的綜合素質和能力，特別是工程應用能力，使他們成為符合我國軟件產業發展需要的人才，是每一個軟件課程教師都需要面對的問題。

1 程序設計基礎教學現狀

程序設計基礎是軟件工程專業的第一門專業基礎課。開設這門課程的主要目的是幫助學生初步建立計算思維，掌握程序設計的一般方法，具備基本的程序設計能力；同時加強學生的專業修養，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，為后續課程的學習打下堅實基礎。然而在該課程的傳統教學中存在一些問題。

一是在課程改革、課時壓縮的大背景下，學時非常緊張。

二是該課程的理論教學長期以教師講授為主，學生處于被動聽課的學習狀態；在理論教學中側重語法知識、概念地講解，對算法設計、程序實現過程的講解不夠。因此，學生難以體會程序設計中的挑戰和樂趣，缺乏主觀能動性，課堂教學效率較低。

三是實訓環節側重解決書后題目，而這些題目大多是書本例題的類題演練，學生往往是依葫蘆畫瓢，綜合能力難以得到真正提高。因此課程結束后，很多學生仍然陷入了“學了程序設計，遇到實際問題卻不會靈活運用所學知識進行程序設計，甚至不知道應該如何下手”的怪圈。

四是忽視培養學生良好的編程習慣，為后續學習、工作留下隱患。

五是考核方式單一。目前的考試主要以筆試為主，側重考核學生對重要知識點的記憶，很難對學生實際編程能力作出客觀、全面的評價。

這些問題導致了所培養的學生與我國軟件產業實際人才需求產生脫節。要適應軟件產業飛速發展對軟件人才培養的要求，就必須著力解決上述問題，對現有的教學進行改革。

2 具體改革措施

2.1 轉變教學理念

在整個教學過程中，始終以“適應軟件產業的發展需要，培養學生綜合能力”為教學目標，緊緊抓住“程序設計”這條主線，以學生為主體，以教師為主導，開展教學活動。即，教學內容的選擇、教學過程的設計和實施、教學模式和方法的改革、學生考核方式的調整等每一環節都緊緊圍繞“能力培養”這一核心。

2.2 精心設計教學

程序設計基礎教學包括理論教學和實踐教學，二者特點不同，因此，在教學設計上應采取不同的策略。

2.2.1 理論教學改革

我校是以C語言作為程序設計基礎的教學語言。C語言的概念多，語法規則復雜。過分強調語法規則和細節，容易讓學生感到枯燥無味，失去興趣；更重要的是，由于課時緊張，教師沒有足夠的時間剖析編程思路和算法設計，這就容易誤導學生舍本逐末，難以掌握程序設計的精髓。因此，必須對教學內容進行合理的裁剪和編排，對理論知識，采用抓“大”放“小”和“精講多練”的原則，例如：對于格式化輸入、輸出等知識點，學生完全可以在自學基礎上，通過案例、練習逐步掌握。教師只需要在課堂上花很少的時間進行總結、點撥。而循環、函數、指針等內容既是課程的重點又是難點，因此對這些部分教學內容就要進行精心的設計。

對于重點、難點內容的講解，為激發學生的學習興趣，可選取恰當的案例，以任務為驅動，講授程序設計的基本概念和方法。具體做法是，首先提出一個問題或任務，然后和學生一起利用已有知識對問題進行分析。如：明確已知條件；需要解決什么問題；如何將大任務合理地分解為若干小任務；這些小任務之間有什么關聯；哪些小任務是運用已有知識和技巧可以解決的；哪些解決不了；整個問題的難點在哪里，應該如何應對，可以采用什么數學模型去處理這個問題，怎樣設計C語言程序求解這個數學問題等等。通過這樣的方式引導學生一步步地整理出算法并編程實現。在整個過程中，要多設問題，要努力讓學生主動思考，使學生成為學習主體，減少教師的單向灌輸，僅作必要講授。講授時，重點應放在思路、算法分析和程序設計、實現上。只講解一些最主要的語句，對于細枝末節的語法點少講，甚至不講，讓學生在閱讀或編寫程序的過程中逐步去理解和體會。

進一步，在教學過程中培養學生的思維能力和動手能力，鼓勵學生探索、研究和創新。例如，對于同一個任務，給出不同設計方案，最好是鼓勵學生提出不同的解決思路，再引導學生自己分析對比，找出最佳方案。在教學設計時，還可以在案例中設置一些伏筆，和學生一起對問題進行深入的挖掘和探討。培養學生發現問題的能力。

另外，在教學的每一個環節，教師要多考慮學生的實際情況，多思考怎樣才能有利于調動學生的積極性。特別是對于教學重點、難點，在進行案例的選取，項目（問題）的設計時要由易到難，在教學過程中循序漸進，通過多方位的講解和訓練，找到學生不易掌握的癥結，舉一反三，反復練習，使學生融會貫通，真正掌握，提升解決問題的能力。

2.2.2 實踐教學改革

為了提高學生的實戰能力，按照“學中做，做中學”工程教育的理念，精心設計了簡單項目模仿、簡單實用項目設計、復雜項目進階設計、課程大作業四種實踐形式。采用循序漸進、螺旋上升的實訓模式，對重點技能反復訓練、強化，逐步培養和提高學生的綜合能力。

簡單項目模仿。在開課初期，通過對簡單案例的模仿，讓學生熟悉程序設計、實現、調試的流程。學生通過這個過程可以獲得成就感，消除對程序設計的恐懼心理，產生學習興趣，為后續學習打下堅實的基礎。

簡單實用項目設計。針對相關教學要求，設計一些源于學習生活的，趣味性強的實用項目，例如：計算器、擲骰子等讓學生進行程序設計，通過此類項目訓練，可以提高學生抽象思維能力和實際編程能力。

復雜項目進階設計。指導學生從一個功能非常簡單的程序開始，逐漸根據所學新知識進行功能完善，最后形成一個設計較為合理、功能較完善、代碼較長的程序。例如學生信息管理系統。這種從小到大、循序漸進的螺旋式程序設計方式可以降低程序設計難度，把握各章節知識之間的前后聯系，非常自然地調動學生的參與積極性，樹立學生的自信心。從而使學生的程序設計、實現和調試能力逐步提高。

課程大作業。在本課程的設計階段，將學生分組，每組4～5人，選擇一個課程大作業，課程大作業具有一定的難度，必須通過團隊合作完成。這種形式不但能提高學生的程序設計能力，還可以鍛煉學生自學能力、溝通交流能力和團隊合作能力。

在編程的過程中，要求學生養成良好的編程習慣，例如：要求學生對程序構思必須進行詳細說明；對變量必須加注釋；學會如何調試程序；盡量使程序優化；還要求對程序的運行結果做正確與否的判斷和分析。學生在編寫大量程序之后，就會由“量”的積累產生“質”的飛躍。

2.3 綜合采用多種教學模式

在教學發展進程中，產生了多種教學模式。課堂教學模式是指課堂教學的組織模式[2]。雖然當今的教學模式都是堅持學為導向[3]，但是每種教學模式都有它的優勢，也存在一些不足，不同的模式適用于不同的教學內容。為了取得更好的教學效果，在程序設計基礎課程的教學中我們綜合采用了多種教學模式。

基于案例的教學。對于一些比較抽象的內容，可以從學生比較熟悉的案例入手，引入教學內容，驅動教學。采用“任務分析-設計論證-程序實現-代碼測試-總結推廣”的教學思路，將枯燥知識點的講解融于案例分析，使抽象知識形象化。

討論式教學和探究式教學。對于一些深層次，比較深奧難理解，或者是案例中應用性較強，有多種解決方案的內容，可以采用分組討論和探究相結合的教學方法。學生在積極參與討論的過程中，就能主動思考，取長補短，集思廣益，進行創造性的學習；教師也能根據討論的情況，發現學生在學習中存在的問題，因勢利導，適時做出點評，還可以根據學生討論的情況，提出一些更深層次的問題，從而把學生的學習引向課外，繼續對知識進行更深層次的探索和思考。通過這種訓練，讓學生學會質疑、學會批判、學會探索，培養主動獲取、創造新知識的能力。

啟發式教學。對于一些重點、難點，可以從淺顯的道理、例子入手，通過多提問，逐步啟發的方式，引導學生積極思考，將問題講清、講透，使學生能觸類旁通，達到教學目的。

分組教學。對于課程大作業，采用分組教學的方式，每小組4～5人，各小組根據選擇的題目，進行分析和研究，查閱、自學相關的文獻資料，確定解決方案，進行分工，合作完成，最后分組答辯、評分。整個過程以學生獨立完成為主，教師只提供必要的輔導。通過這種“做中學”，“學中做”的教學方式，進行實際軟件開發模擬演練，進一步激發學生學習興趣，培養他們分析、解決實際問題的能力，探索創新能力、交流溝通能力和團隊合作能力。

“學生教學”的教學方式。教學中還嘗試了“學生教學”，即提前將教學任務布置給學生，學生為了把相關內容講述清楚，必須認真學習書本內、外知識，直到對這部分內容掌握得非常透徹。實踐表明，通過這種教學方式能收到良好的教學效果，學生自主學習能力、歸納總結的能力、表達能力得到很大提升。

2.4 采用新的考核方式

配合教學內容、過程、模式的改革，我們建立了一個多元化、完善的考核評價體系，該體系注重對學生學習過程的考核，同時考核重點放在對知識的應用而不是簡單記憶。整個考核體系包括三部分。

平時成績。占30%，主要用來對學生學習過程進行評價。包括出勤率、作業上交情況、平時考試等。增加平時考試可以將學習和教學效果及時反饋給學生和老師，便于教與學的快速調整。

實訓成績。占30%，對于前三種實訓方式，按學生的課堂表現及實訓作業的完成情況和質量綜合打分。對于大作業，則根據學生參與積極性、團隊合作能力、溝通交流能力，在項目開發過程中所起作用等，通過答辯、學生自評與互評、老師評價等給出綜合成績。實訓總成績為這兩項的加權平均。

期末上機考試成績。占40%，期末采用機考，內容分三部分：選擇題，通過簡單程序的閱讀，考察學生對基礎知識的掌握；程序閱讀題，用以考察學生閱讀較復雜程序的能力；程序設計題，考察學生程序設計的能力。期末考試不僅僅是考核學生對基本理論、基本知識和基本技能的掌握，更側重考核學生對知識的融會貫通和靈活運用能力。

對于參加學校承認的競賽和科研項目，并獲得一定成果的學生，獎勵額外不超過10分的創新分數（課程綜合成績以100分封頂）。

實踐證明，這種評價方式更加注重對學生的學習過程、綜合素質和能力的評價，評價結果更公正、合理。

2.5 鼓勵學生通過網絡等多種渠道自主學習

課堂教學并非教學的終點。大學生已經具備了自主學習的能力。尤其是計算機，完全可以通過自學從實踐中獲得真知。因此，我們在教學過程中不斷給學生推薦國內外優秀的自測練習平臺、精品課程網站、ACM網站；另外，也逐步建設資源豐富的課程教學網站，為學生提供教學課件、重難點剖析、參考書籍、自測練習等網絡教學資源幫助學生拓展學習空間，滿足基礎不同的學生個性化學習的需求。

2.6 鼓勵學生參加競賽，利用學科競賽，促進教學

積極鼓勵、指導學生參加ACM程序設計、軟件設計大賽、服務外包大賽，使學生通過參加這些高水平比賽與優秀學生同臺競技，開闊自己的眼界，增長見識。教師在指導學生參加比賽的過程中，也會發現教學中存在的一些問題，便于改進教學。

3 結束語

本課程以“適應軟件產業的發展需要，培養學生綜合能力”為目標，對課程的理論和實踐教學內容，以及教學過程進行了重新設計，對教學模式和方法、考核方法進行了改革，對學生的課外學習途徑進行了拓展。實踐表明，通過改革，這門課程的教學取得了良好的效果，具體表現在①絕大多數學生進行程序設計、實現、調試的能力以及溝通交流、團隊合作都得到了顯著提高。②學生對程序設計產生了濃厚興趣，有多名學生入選校ACM集訓隊，有一名學生獲得2012年度和2013年度ACM國際大學生程序設計競賽亞洲區成都站的銅牌，有五名學生獲得校服務外包大賽二等獎。③學生普遍反映，由于該門課程打下的堅實基礎，后續課程的學習更輕松。

以“能力培養”為教學目標符合工程人才培養要求，這一思路可為C++、Java等相關程序設計類的課程教學提供有益的參考。

參考文獻：

[1] 王哲，武亞蘭.印度河愛爾蘭服務外包發展模式比較研究及其對中國

的啟示[J].時代經貿，2008.8（6）：76-77

[2] 郭玉蓮.課堂教學模式改革探論[J].教育理論與實踐，2012.10（32）：

57-60

[3] 王文靜.中國教學模式改革的實踐探索——“學為導向”綜合型課堂

教學模式[J].北京師范大學學報，2012.1：18-24