基于CS2013的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程建設(shè)

賴曉燕，趙　浩，程鈴鈁

（福建農(nóng)林大學金山學院，福建 福州　350002）

0　引言

2013年，ACM和IEEE聯(lián)合推出了第四部計算機科學高等教育指導性大綱 CS2013(Computer Science Curriculum 2013)[1,2]，該綱領(lǐng)性文件提供了100多門將知識單元具象化的案例課程，為國內(nèi)外高等院校計算機專業(yè)教育提供了切實可操作的藍本，因此受到了全球計算機教育行業(yè)的高度關(guān)注，也引發(fā)了國內(nèi)外計算機高等教育領(lǐng)域的專家對其進行研究和實踐的熱潮[3]。CS2013中計算機科學的知識體系共由18個知識領(lǐng)域構(gòu)成，每個知識領(lǐng)域可以再細分為多個知識單元，其中，與“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程相關(guān)的有兩大知識領(lǐng)域：程序設(shè)計語言（Programming Language, PL）和軟件開發(fā)基礎(chǔ)（Software Development Fundamentals, SDF），SDF是由2001年發(fā)布的CS2001和2008年發(fā)布的CS2008中的編程基礎(chǔ)（Programming Fundamentals, PF）重新整合而成的，但是兩者具有較大的差別，PF側(cè)重的是一種編程技能，而 SDF更關(guān)注的是整個軟件的開發(fā)過程，更強調(diào)計算思維方面的訓練和求解實際問題能力的培養(yǎng)[4,5]。目前的“程序設(shè)計基礎(chǔ)”教學能否達到新的綱領(lǐng)性文件要求？在 CS2013指導下的“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程如何定位？在 CS2013指導下的課程將如何建設(shè)？這些都是亟需探索和研究的問題[6]。

1　程序設(shè)計基礎(chǔ)教學現(xiàn)狀

目前，程序設(shè)計基礎(chǔ)的教學包括兩方面的內(nèi)容：一是C語言的語法；二是程序設(shè)計的思想和方法[7]。課堂教學按照給出語法、舉例說明語法、學生練習、分析總結(jié)這一模式來組織教學，這種教學方式存在弊端：一方面在一開始就以C語言的語法為重點，學生將記憶十幾種的輸入輸出格式說明符、三十幾個運算符的結(jié)合性、優(yōu)先級等，很容易讓學生淹沒在語法規(guī)則中，陷入細枝末節(jié)而忽略了程序設(shè)計的思想，“只見樹木不見森林”，體會不到編程的樂趣，易使學生產(chǎn)生抵觸情緒，隨著課程的深入，問題將不斷累積，學生終將失去編程的興趣，畏懼編程，甚至對選擇的計算機專業(yè)是否適合自己持有懷疑的態(tài)度；另一方面現(xiàn)行教學側(cè)重編程技巧，未涉及軟件開發(fā)方面的思想，遠離實際應用，不利于學生能力的培養(yǎng)[8]。采用的教學模式以教師為中心，互動不夠，學生在聽中學，束縛了學生思維，培養(yǎng)的學生缺少自主探索解決實際問題的能力。學生評價方式較單一，以期末紙質(zhì)試卷成績?yōu)橹鳎茈y客觀考核學生的實際動手能力。綜上所述，目前的教學與CS2013的要求不一致，以CS2013為指導的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程建設(shè)與改革實踐勢在必行。

2　課程定位與培養(yǎng)目標

程序設(shè)計基礎(chǔ)是計算機專業(yè)學生學習的第一門程序設(shè)計類課程，這門課程的掌握程度將直接影響學生對后續(xù)專業(yè)課程如：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、JAVA程序設(shè)計等的學習熱情，因此，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程作為編程語言的啟蒙課程，不僅要介紹第一門程序設(shè)計語言—C語言，還肩負著激發(fā)學生對計算機專業(yè)學習的熱情，在計算機專業(yè)的課程體系中，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的地位和作用是顯而易見的。

CS2013指導下的課程培養(yǎng)目標為：通過C語言的編程實踐，讓學生了解軟件設(shè)計與開發(fā)的過程，熟悉結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思想和方法，學會利用計算機進行問題描述和求解的思維方法，能夠熟練使用C語言編程解決實際問題，引導學生自主學習，養(yǎng)成良好的編程素養(yǎng)和工程素養(yǎng)，為后續(xù)課程的學習和將來從事軟件開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

3　課程建設(shè)與實踐

3.1　教學團隊建設(shè)

打造高水平的教學團隊，是程序設(shè)計基礎(chǔ)課程授課質(zhì)量的有力保障，是課程建設(shè)的首要任務，也是課程建設(shè)的一個長期奮斗的目標。經(jīng)過多年的努力，我們學院已經(jīng)形成一支既掌握教學技能，又具有工程實踐能力的“雙師型”專業(yè)教學團隊。我們在2009年組建程序設(shè)計基礎(chǔ)教學團隊，現(xiàn)在教學團隊由10名教師組成，主要成員均長期從事本課程或程序設(shè)計類相關(guān)課程的教學和學術(shù)研究，其中，副教授3人，高級工程師1人，2名教師近三年到國內(nèi)高校訪學，6位教師長期從事 ACM、“藍橋杯”全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才、全國電子設(shè)計、數(shù)學建模等學科競賽指導，累積了豐富的項目實戰(zhàn)經(jīng)驗，5名教師參加了為期一年的企業(yè)實踐鍛煉，增強了企業(yè)經(jīng)驗，2人考取了計算機軟件水平資格證書。這幾年，通過鼓勵教師外出學習、參加企業(yè)實踐、指導學生競賽、參加會議等方式，團隊教師的理論知識更加系統(tǒng)扎實、工程實踐能力得到較大提升。

3.2　教學內(nèi)容的組織和規(guī)劃

根據(jù) CS2013中的程序設(shè)計語言和軟件開發(fā)基礎(chǔ)兩大知識領(lǐng)域的要求，突出計算思維能力、編程實踐能力、分析解決問題能力、自主學習能力培養(yǎng)，結(jié)合我院實際，對程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的理論和實踐內(nèi)容均進行了重新規(guī)劃。

（1）基于CS2013的理論教學設(shè)計

我們將“程序設(shè)計基礎(chǔ)”這門課程的內(nèi)容分成兩個部分：一是程序設(shè)計與算法基礎(chǔ)；二是C語言程序設(shè)計精髓，見表 1。第一部分從具體的編程語言中獨立出來，以啟發(fā)和訓練學生的計算機思維為目標，這部分內(nèi)容不需要計算機基礎(chǔ)，適合剛?cè)胄５拇笠恍律Ｍㄟ^這部分內(nèi)容的學習，不僅讓學生了解程序設(shè)計的幾種基本方法，熟悉計算機求解問題的常用策略，更重要的是讓學生理解計算機是如何解題的，掌握用計算機處理問題的思維方法。第二部分再以C語言為例，傳授用計算機語言表達思想的技術(shù)，用C語言實現(xiàn)問題求解的自動化。通過這部分內(nèi)容的學習，讓學生熟悉C語言程序設(shè)計的集成開發(fā)環(huán)境，了解軟件設(shè)計與開發(fā)的過程，熟練運用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法解決實際問題，增強從問題分析、算法設(shè)計與實現(xiàn)、代碼測試與調(diào)試等的一系列能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習及將來解決工程實際問題打下堅實地基礎(chǔ)。

（2）CS2013的實踐教學設(shè)計

根據(jù)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的定位和目標，遵循循序漸進、舉一反三、兼顧趣味性和實用性等實驗教學內(nèi)容設(shè)計原則，結(jié)合我院教學情況，針對CS2013中需要在實踐環(huán)節(jié)中予以強化的知識點，設(shè)計了如下的實踐教學內(nèi)容，見表 2。在整體規(guī)劃中，共包含8個實驗和1個課程設(shè)計。

3.3　教學方法的轉(zhuǎn)變

（1）探索“MOOC+課堂”的混合式理論教學模式

2016-2017學年的第2學期，2016級計算機專

業(yè)的程序設(shè)計課程，采取“MOOC+課堂”的線上線下相結(jié)合的混合教學模式。經(jīng)過教學團隊的精心選擇比較，我們最終在“中國大學MOOC”平臺找到一門符合教學目標的 MOOC課程—由哈爾濱工業(yè)大學蘇小紅教授團隊主講的“程序設(shè)計基礎(chǔ)”，其第5次的開課時間為2017年2月13日-2017年4月10日，與2016級計算機專業(yè)的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學安排同步。混合教學模式的具體實施方式為：首先，教學團隊在第5次開課前把該課程的所有MOOC視頻看完并完成所有測評和作業(yè)，整理出 MOOC內(nèi)容、進度、難點及重點；然后，制定了線上學習部分的學習目標和學習任務；最后，在傳統(tǒng)課堂部分增加了針對 MOOC部分的課上測驗和課堂討論環(huán)節(jié)，一方面是檢驗學生線上自主學習情況，另一方面是對線上重點和難點部分進行及時講解指導。混合式教學給學生更多自主性，學生可以自己決定學習的時間、視頻播放的次數(shù)，真正成了學習的主人，極大的調(diào)動了學生學習的能動性，教師也從講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生學習的引導者，因此受到了師生的極大歡迎。

表1　基于CS2013的理論教學設(shè)計Tab. 1　Theoretical teaching design based on CS2013

表2　基于CS2013的實踐教學設(shè)計Tab. 2　Practical teaching design based on CS2013

（2）探索“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的實驗教學模式

在實踐教學中，嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂的教學方式。因筆者授課的專業(yè)一般為80人左右，按照4人一組，分成20個小組，每組設(shè)置一位組長，教師以項目小組形式進行管理。具體實施方式為提前1周公布下次實驗課所需的知識點、具體的實驗目標，要求學生在MOOC平臺完成相應的課程，進行相應的學習和練習。以函數(shù)實驗為例，該實驗目標為：掌握函數(shù)的定義和調(diào)用方法，理解遞歸函數(shù)的執(zhí)行過程，掌握常用的窮舉、遞推和遞歸等問題求解策略和了解防御式編程方法等。學生在實驗前要完成的MOOC學習任務為：觀看問題求解策略的有關(guān)視頻及完成相關(guān)的練習。實驗課上，教師不再重復講解函數(shù)的調(diào)用過程以及常用求解策略的算法基本思想，而就難點部分如遞推、遞歸的不同點進行講解，并進行現(xiàn)場編程演示，讓學生和老師一同進行程序調(diào)試，接著剩下多數(shù)的時間留給學生，讓學生進行自主實驗，同組學生可以進行討論，學生完成實驗后，教師同學生一同進行點評分析。

3.4　考核方式的改革

傳統(tǒng)的考核評價方式一般是平時成績占30%、期末成績占70%，平時成績主要來源于學生的出勤和作業(yè)上交情況，期末采用紙質(zhì)試卷考試，這種考核方式不適合目前的“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的線上線下相結(jié)合的混合式教學模式。我們在試點過程中，改革了考核方式，具體措施包括：首先，重在過程考核，采用“MOOC成績+實驗成績+上機考試成績”方式，其中，MOOC成績占10%，實驗成績占30%，上機考試成績占60%。其次，采取上機考試，摒棄之前紙上談兵的紙質(zhì)試卷，選擇更能考核考核學生實際編程能力的機考。最后，進行期中、期末兩次機考，激發(fā)學生上機編程的積極性。

4　結(jié)語

以 CS2013為指導，實施了程序設(shè)計基礎(chǔ)課程建設(shè)和改革，我們在教學團隊、教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等方面進行有益的探索，調(diào)動了學生學習的熱情和主動性，培養(yǎng)了學生利用計算機編程解決實際問題的能力，使學生養(yǎng)成了良好的學習習慣，教學效果好，受到學生的一致好評。當然，在開展課程建設(shè)實踐的過程中也遇到一些問題，比如，由于學生自主學習能力的差異性，部分學生未能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成 MOOC學習任務，2016級計算機專業(yè)MOOC課程獲取率為90%。今后，我們將多與兄弟院校進行溝通交流，不斷總結(jié)經(jīng)驗，以持續(xù)推進程序設(shè)計基礎(chǔ)課程建設(shè)與改革。