計算機卓越班面向對象程序設計課程教學改革研究

徐明

摘 要：針對計算機卓越班面向對象程序設計的教學實際，分析該課程在工程技術能力培養方面存在的一些突出性問題，圍繞本校計算機科學與技術專業卓越工程師的培養方案，結合筆者在該課程的教學改革研究與實踐經歷，提出培養學生創新能力的教學改革思路和改革的具體措施，并說明教學效果。

關鍵詞：卓越工程師教育培養計劃；計算機卓越班；面向對象程序設計；創新驅動

文章編號：1672-5913（2017）05-0052-04

中圖分類號：G642

0 引 言

“卓越工程師教育培養計劃”是國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型高質量工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，對促進高等教育面向社會需求培養人才、全面提高工程教育人才培養質量，具有十分重要的示范和引導作用[1-2]。

1 現狀分析

面向對象程序設計是一門實踐性很強的課程，強調學生的實際動手能力。目前高校工科專業的面向對象程序設計課程，大多以一門面向對象程序設計語言的自身體系為脈絡展開教學，注重學習編程語言的基本語句、語法、類和對象、繼承和派生、多態性等有關面向對象程序設計的基本概念[3-4]。在此基礎上，通過上機實驗提高學生的動手實踐能力。由于該教學模式不以解決實際問題為目的，因此學生的創新潛能得不到很好的挖掘。雖然一些高校計算機專業開設了多門面向對象程序設計課程，例如C++、Java、Karel[5]等，但重復性的教學導致學生無法通過這些課程的學習提高自己的創新能力。

面向對象程序設計的教學內容較多，導致很多教師在教學過程中缺乏系統性和綜合性。雖然采取了理論知識講解和實驗環節相結合的手段，并且配合綜合設計性案例的分析[6]，但因為學時有限，往往只注重知識的機械性灌輸，忽略學生思考和質疑的過程，學生很難消化這些枯燥無味、不易理解的零散知識，導致不少中等偏下的學生喪失學習興趣，無法真正掌握面向對象編程的精髓和技巧。這樣的教學無法激發學習主體的積極性和主動性，不利于學有余力的學生創新意識以及創新能力的培養與提高。此外，與傳統計算機科學與技術專業相比，計算機科學與技術卓越工程師的培養方案發生了很大的變化。因此，有必要對計算機卓越班的面向對象程序設計課程進行教學改革。通過革除傳統課程教學中的弊病，針對計算機卓越班的實際情況，優化教學方法和教學手段，為培養計算機工程技術人才打下良好的基礎。

2 改革具體措施

2.1 課程設置與考核方式的改革

傳統的面向對象程序設計課程共54學時（2.5學分），其中，理論課36學時（2學分），實驗課18學時（0.5學分）。考核方式基本以期末閉卷筆試為主（占總評成績的70%），實驗成績和平時成績為輔（占總評成績的30%）。閉卷筆試的考核方式具有較強的可操作性，但一般來說，該方式只能考查學生對理論知識的掌握情況，很難分辨出學生利用面向對象程序設計思想分析、解決問題的能力以及上機編程的實際操作能力。由于教師將考試的重點放在了知識點的掌握上，容易誘使學生在學習和備考時將精力集中在要點的記憶上，從而忽視程序設計方法的掌握和實際動手能力的提高，無法保證工程教育人才的培養質量。

針對以上問題，在課程設置上，為了強化實驗課的教學效果，應將實驗課與理論課分離出來，單獨設置18學時的面向對象程序設計實驗課程。此外，為了實現“卓越工程師教育培養計劃”中培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才的要求，學校新增36學時的面向對象程序設計課程設計課程。在考核方式上，面向對象程序設計的理論課程采用期末閉卷筆試為主的方式；面向對象程序設計實驗課程采用上機機試為主的方式；面向對象程序設計課程設計課程的考核方式包括軟件設計與編程、課程設計報告編寫以及一對一答辯。

2.2 教學方法的改革

長期以來，傳統的教學方法更注重人的社會性和共性培養，忽視培養人的個性和創造性，其結果是培養了大量統一模式的“標準件”[7]。針對計算機卓越班學生的工程能力和創新能力方面的培養目標，筆者提出一種適用于面向對象程序設計課程教學的創新驅動教學法。該教學法創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式，充分發揮學生的主觀能動性，最大限度地培養學生的創新思維能力和工程實踐能力。

圖1描繪了創新驅動教學法流程圖。該流程圖將面向對象程序設計課程的教學活動分成4個層次。其中，第1層次的教學從課堂講練開始，通過簡單實例的學習，讓學生掌握基礎知識。第2層次的教學貫穿于實驗課的上機訓練過程中，通過一些驗證型實驗和設計型實驗強化學生的實踐技能。在此過程中，隨著學生理論知識的積累和實踐技能的提升，激發了他們運用知識解決問題的動力。第3層次的教學從第13教學周開始，教師會給學生布置課程設計的題目和要求。通過6周左右的課程設計，學生獲得了綜合應用知識的能力，培養了解決一般問題的能力。通過3個層次的教學，可以完成教學大綱和培養方案的所有要求。第4層次的教學主要由計算機卓越班一些拔尖的學生牽頭，鼓勵他們帶著班里的普通學生成立課題組，申報校級、市級乃至國家級的各類大學生創新計劃項目。獲得資助后，通過大學生創新計劃項目的研究與開發，培養學生協同創新和解決實際問題的能力。在此過程中，每個大學生創新項目團隊都會配備一位項目經驗豐富的專業教師進行全程指導，幫助學生團隊取得更大的成績。為了確保指導教師的服務質量，根據學校的教師坐班答疑制度，要求具有高級職稱的教師每周必須安排8個小時的校內坐班答疑時間，具有中級職稱的教師每周必須安排12個小時的校內坐班答疑時間。指導教師克服遠郊辦學的困難，有了充足的時間為學生的課程答疑解惑，并且協助學生解決項目申報、項目實施以及項目答辯過程中遇到的各種問題。由于完成創新計劃項目的主體是學生，教師只起到指導作用，這樣，學生不再把學習當任務，而是根據項目的需求來學習，由被動地接受知識轉變為主動地尋求知識，從而更好地發揮學習主動性，并且鍛煉了自己的創造能力、團隊合作能力以及與教師交流的能力。該層次教學的優勢在于能夠加快學生對知識的理解和融會貫通，更好地培養學生的學習興趣和團隊合作精神，提高學生創新思維和解決實際問題的能力。

2.3 教學手段的改革

面向對象程序設計課程教學手段的改革主要體現為多樣化和全方位。

第一，高清視頻錄播系統的使用。學校在已經擁有的專業視頻、音頻技術人員和網絡設備基礎上，構建了一套基于校園網的高清視頻錄播系統，通過校園網和互聯網實現遠程教學，將傳統教學活動與現代教學手段有機結合，提高教學水平。筆者通過主講的面向對象程序設計課程獲得學校視頻課程建設的機會，將36學時的理論課進行了全程錄播。在后臺錄制人員的幫助以及學生的配合下，確保了視頻課程的教學性、嚴謹性和觀賞性。

第二，多媒體課件與板書的有機融合。概念定義、基礎語法、圖表類解釋說明等用多媒體課件講解，知識表示更形象、描述信息量更大，節約了板書時間。算法的推理與分析過程則采用板書方法，教師邊寫邊講，使學生思維和教師書寫同步，更有利于學生深入理解重點和難點問題。

第三，實驗環境真實性的保障。本課程課堂上所講案例的所有代碼都在真實的開發環境上運行，通過教師的引導，在師生交互過程中完成編碼工作，調動了學生的積極性和學習興趣，有利于學生對知識點的理解和實踐能力的提高。本課程的上機實驗環境主要由計算機工程與技術實驗中心負責提供，一人一機，通過機房管理軟件控制師生交互，教師可以在答疑過程中將任何一臺機器作為教師機進行屏幕廣播教學，為學生的實踐學習提供了良好的環境。此外，計算機工程與技術實驗中心還建有專業實驗室，包括航運信息處理實驗室、航運工程研究實驗室、智能海事網絡實驗室、大學生創新基地、與甲骨文（中國）軟件系統有限公司合作設立的ORACLE實驗室等，這些專業實驗室為大學生創新計劃項目的實施提供了良好的條件。

第四，課程網絡平臺的建設。通過建設課程網絡平臺，從時間和空間上延伸了課堂教學。在網絡平臺上除提供教學基本文件外（教學大綱、教學日歷），還及時上傳了課件、例題、練習題、單元測試內容等教學資源。

3 教學效果分析

創新驅動教學法與傳統教學法在教學理念和實施方式方面有很大的區別。在實施創新驅動教學法的面向對象程序設計課程前后，筆者對上海海事大學計算機科學與技術專業2013級和2012級該課程的學習情況進行統計，列出了各自的學習效果情況。其中，2013級選擇了采用創新教學法的計算機131卓越班，人數為31人。2012級選擇了采用傳統教學法的計算機121班，人數為37人。不同教學班級的教學效果對照見表1。其中，優秀率由總評成績90分及以上學生的人數除以班級學生總數計算得出，良好率由總評成績80分及以上學生的人數除以班級學生總數計算得出。

由表1可知，實施創新驅動教學法的計算機131卓越班優秀率和創新項目參與度大幅領先于采用傳統教學法的計算機121班。由于計算機131卓越班的學生從計算機專業3個班級中優選而出，不能依據表1的數據簡單得出創新驅動教學法的教學效果明顯優于傳統教學法的結論，還需要考慮生源質量因素對數據的影響。為了觀察創新驅動教學法的實際教學效果，筆者將所有計算機131卓越班的學生還原到大學入學時初始分班的狀態。然后，選擇計算機131班的學生數據代表創新教學法的教學效果，計算機121班的數據代表傳統教學法的教學效果。不同教學方法的教學效果對照見表2。

由表2可知，創新驅動教學法在優秀率、良好率以及創新項目參與度等指標上比傳統教學法的教學效果更好。

4 結 語

面向對象程序設計是計算機卓越班學生必修的一門專業基礎課程，在整個專業的教學體系中具有十分重要的地位和作用。創新驅動教學法整合了各種教學資源，充分發揮了學生的主觀能動性。實踐證明，隨著課程教學改革的不斷深入，學生的創新能力得到不斷提升，對“卓越工程師教育培養計劃”的實施起到一定的推進作用。

參考文獻：

[1] 徐秀娟， 劉宇， 單世民， 等. 面向卓越工程師的IT服務管理課程教學研究與探索[J]. 計算機教育， 2016（6）： 85-89.

[2] 胡建人， 李文舉.計算機專業卓越工程師培養探索[J]. 大學教育， 2016（6）： 148-150.

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[4] 冀津， 王冠宇. 悅趣化學習在面向對象程序設計教學中的應用研究[J].計算機教育， 2013（18）： 99-102.

[5] Bergin J， Stehlik M，Roberts J， et al. Robot： A gentle introduction to the art of object-oriented programming in Java[M].Redwood City： Dreamsongs Press， 2013.

[6] 魏春英. 案例教學在VC++面向對象程序設計課程中的應用[J]. 濟寧學院學報， 2009， 30（3）： 33-34.

[7] 王芳， 王昭俊， 劉京， 等. 創新驅動下研究生多元互補課堂教學模式實踐[J]. 高等建筑教育， 2016， 25（5）： 35-38.

（編輯：孫怡銘）