新工科背景下計算機專業(yè)程序設計能力培養(yǎng)的探索

百色學院信息工程學院 屈遲文

新工科建設對計算機專業(yè)人才的程序設計能力提出了更高的目標，要求計算機專業(yè)人才的培養(yǎng)需要更加要滿足工程綜合實踐的需要。結合目前地方院校程序設計能力的現(xiàn)狀，通過分析程序設計類課程的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)過程中的問題，優(yōu)化程序設計課程教學模式和內(nèi)容，激發(fā)學生的主動學習能力，并以項目驅動的程序設計能力培養(yǎng)的教學過程，建立以能力培養(yǎng)為目標的綜合評價體系，從而滿足新工科建設背景下程序設計能力的培養(yǎng)要求。

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能和區(qū)塊鏈等高新技術的不斷推進，2017年2月教育部發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，標志著新工科建設已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略層面。教育部先后組織國內(nèi)多位專家和多所名校對新工科的建設與實施開展了討論，最后出臺了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等指導性意見。為了能使工科教育適應目前的教育實踐新形勢，國內(nèi)各大高校都在探索具體的實施策略。計算機類專業(yè)在工科教育中占有重要地位，其專業(yè)人數(shù)占整個信息類專業(yè)人數(shù)的50%左右。因此，計算機類專業(yè)建設是新工科建設中的關鍵。在經(jīng)濟和技術全球化的背景下，計算機與各種工程技術不斷的融合，對計算機類專業(yè)的能力需求大幅度增加，而采用傳統(tǒng)教育模式的計算機類專業(yè)的畢業(yè)生缺乏分析和解決復雜工程問題的能力。程序設計作為計算機類專業(yè)的核心內(nèi)容，對其進行培養(yǎng)模式改革已經(jīng)迫在眉睫。

圖1 新工科背景下計算機類程序設計具有4個層次的培養(yǎng)目標

1 新工科背景下計算機程序設計能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

1.1 程序設計課程的目的

程序設計與編寫能力是計算機類相關專業(yè)的核心就能，它決定整個計算機類畢業(yè)生的市場競爭能力。以培養(yǎng)學生分析問題和解決問題為目標的程序設計能力就是要使學生掌握如何運用計算機軟件并結合硬件處理實際問題的能力。目前，地方院校的計算機程序設計類的課程主要包括程序設計基礎（C語言）、面向對象程序設計（JAVA程序設計語言，VC++程序設計）、Web程序設計（Asp.net程序設計，PHP程序設計）等，這類程序設計課程的主要內(nèi)容包含基本語法特征、算法的結構、程序的設計思想等。新工科背景下的計算機類程序設計具有4個層次的培養(yǎng)目標，如圖1所示。

其中，第1層次和第2層次屬于新工科能力培養(yǎng)的基礎教育階段，其目的是加強對程序設計基本技能的掌握。第3層次屬于專業(yè)教育階段。第4層次屬于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，處于新工科能力培養(yǎng)的第3個階段。

1.2 地方院校計算機類程序設計教學中的主要問題

根據(jù)新工科建設的指導思想和要求，地方院校計算機類程序設計教學中主要存在一下幾個問題：

（1）培養(yǎng)目標與新工科建設要求具有一定的差異。新工科要求計算機類學生具備復合型的能力。當前地方高校計算機類專業(yè)的課程設置時存在課程設置獨立，課程之間的知識點銜接不暢，缺乏知識體系的系統(tǒng)性的設計。以《程序設計計程》這門課程為例，該課程主要在大學一年級的第2個學期開設的一門編程基礎性課程，其目的就是培養(yǎng)學生的程序設計思維。但在具體教學過程中，由于缺乏對當前軟件開發(fā)領域的用途、發(fā)展趨勢和學科領域的相關知識，導致學習內(nèi)容盲目、難以培養(yǎng)學生的程序設計思維能力。

（2）教學內(nèi)容陳舊與教學模式單一，導致學生的主動學習能力不足。目前的程序設計課程（如C語言）的教學內(nèi)容依舊采用的陳舊的教學標準，教學能容與時代行業(yè)規(guī)范的內(nèi)容相脫節(jié)。教學方式也基本上采用的是傳統(tǒng)的填鴨式教學方式，學生被動接收知識，忽視了學生對教學內(nèi)容理解和認知程度，缺乏師生的互動，在一定程度上限制了學生的主動學習能力和團隊合作能力。

（3）教學過程存在實驗不足，學生動手能力弱。許多地方高校由于培養(yǎng)計劃總課時數(shù)的限制，對程序設計的上機實踐課時進行壓縮，采用課后上機的模式，導致學生的編碼動手能力弱。其次，限于部分教師的實際項目開發(fā)經(jīng)驗的不足，造成教學與企業(yè)需求的嚴重脫節(jié)，培養(yǎng)的學生的素質并不能滿足企業(yè)的需求。

圖2 基于新工科建設需求的程序設計培養(yǎng)模式圖

2 新工科背景下計算機專業(yè)程序設計能力構建

2.1 構建新工科所需求的計算機類程序設計人才培養(yǎng)模式

為了使地方院校計算機類程序設計類課程滿適合于新工科建設要求，構建了基于新工科建設需求的程序設計培養(yǎng)模式圖，其結構如圖2所示。

從圖2中可以看出，計算機程序設計能力首先需要與計算機系統(tǒng)的綜合能力相互融合，針對不同興趣與特長的學生實施不同的教學方式，在培養(yǎng)學生基本程序設計技能的基礎上，把程序設計能力與具體的應用相結合。如興趣是嵌入式開發(fā)的同學，在此基礎上，加強與計算機硬件的結合；興趣愛好是軟件開發(fā)的同學則加強與計算機具體軟件開發(fā)工具以及軟件工程相結合。強調(diào)以學生自身的興趣愛好和特長為基礎加強學生的自主化教學，提高學生的學習意識，從而構建出適合新工程建設對計算機類程序設計能力要求的人才培養(yǎng)模式。其次由軟件企業(yè)為學生的程序設計能力培養(yǎng)提供支撐平臺。地方院校的計算機專業(yè)教育的可持續(xù)化推進，需要將軟件企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展與學校教育相互結合，為學生提供各種學習平臺和創(chuàng)新發(fā)展機會。同時培養(yǎng)的人也給企業(yè)的發(fā)展提供便捷的通道，縮短了由學校學生向企業(yè)職員轉變的時間。最后通過專業(yè)教育與社會環(huán)境的融合，教師和學生同時具備計算機工程項目建設的能力，實現(xiàn)了學校教育與社會需求可以持續(xù)發(fā)展，從根本上實現(xiàn)新工科建設需求下的計算機程序設計能力培養(yǎng)模式的構建。

表1 程序設計類課程群的優(yōu)化和調(diào)整內(nèi)容

2.2 合理調(diào)整程序設計課程群的教學內(nèi)容，優(yōu)化程序設計能力知識體系

在充分理解和調(diào)研程序設計類各門課程的教學內(nèi)容和教學方法的基礎上，改變傳統(tǒng)教學時所采用獨立教學的模式，注重各門課程的銜接，對核心知識點進行強化訓練，減少在各門課程教學重復知識點。程序設計類課程群的優(yōu)化和調(diào)整內(nèi)容如表1所示。

2.3 以項目驅動的程序設計能力培養(yǎng)

傳統(tǒng)填鴨式的教學方法，迫使學生被動的接收教師所講授的知識，學生缺乏主動思考且動手能力得不到保障。計算機類程序設計能力要求比較高，知識點多且與時效性緊密結合，許多教師講解的知識點也落后于時代的步伐。項目驅動的教學模式在地方院校中具有很強的生命力，它是由師生共同協(xié)作完成一個完整的工程項目而進行的一種教學活動，在軟件培訓機構中常采用此方式來提升學員的程序設計能力。在項目開發(fā)過程中，教師按照教學要求把教學內(nèi)容以項目的形式分解成若干個小項目，將知識點嵌入到每個子項目中，學生充分發(fā)揮其能動性，從而較容易地掌握相關知識點。

2.4 建立面向程序設計能力的綜合評價體系

程序設計類課程核心是分析問題的能力和編碼能力。學生在學習程序時需要具備對求解問題的建模能力，高效的算法設計能力。在學生成績的評價機制方面，需要指定完善的考核方案，以學生的實踐動手和主動學習能力作為考核的主要指標，避免考試能力強動手能力弱的缺陷。首先，在課堂教學中，重點考核學生參與教學的程度、作品的質量、自主學習積極性和團隊建設的貢獻度等幾個方面進行考核，從而替代單一試卷考核方式。其次，把學生的參與程序設計大賽的成績作為平時成績的一部分，激發(fā)學生課后實踐的積極性。最后，實驗課程主要依托學生的程序作品的質量來考核學生對知識點的掌握程度。

結束語：新工科建設是在新的技術與產(chǎn)業(yè)轉型升級的背景下，由國家層面主動提出的一種戰(zhàn)略行動。在新工科背景下，地方院校的計算機類專業(yè)技術人才為國家和地方的經(jīng)濟建設和社會發(fā)展注入了動力。本文通過對計算機類程序設計課程群的分析與調(diào)研，以新工科建設中的人才能力需求為目標，探索地方高校計算機類程序設計能力培養(yǎng)的模式。希望通過不斷對計算機類程序設計類課程的不斷改革，增強學生的程序設計思維能能力，從而進一步提高學生求解復雜工程問題的能力。