基于持續(xù)改進的程序設(shè)計類課程實驗教學資源構(gòu)建

基于持續(xù)改良的程序設(shè)計類課程實驗教學資源構(gòu)建〔〕:

摘要：現(xiàn)階段計算機專業(yè)程序設(shè)計類課程教學效果不佳，課程資源無法充分支撐學生理論才能的培養(yǎng)。針對這個問題，以面向?qū)ο驤ava程序設(shè)計課程群為入手點，明確從易到難，從分散到綜合的、多層次的、以案例為驅(qū)動的教學資源建立理念，討論如何結(jié)合實際應用通過建立完善、層次豐富的課程資料來輔助整個程序設(shè)計類群教學，制定持續(xù)改良方案，不斷完善建立內(nèi)容來支撐學生開放、深度學習，進步學生知識掌握才能、復雜問題解決才能、行業(yè)級案例開發(fā)才能，提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計課程；實驗教學資源建立；持續(xù)改良

本文引用格式：劉佳良，于廣娟，王彤.基于持續(xù)改良的程序設(shè)計類課程實驗教學資源構(gòu)建[J].教育現(xiàn)代化,2022,8(40):82-86.

ConstructionofExperimentalTeachingresourcesofProgrammingCoursesBasedonContinuousImprovement

LIUJialiang,YUGuangjuan,WANGTong

(NationalDemonstrationCenterforExperimentalputerEducation,NortheasternUniversity,ShenyangLiaoning〕

Absrtact:Atpresent,theteachingeffectofputerprofessionalprogrammingcoursesisnotgood,curriculumresourcescannotfullysupportthecultivationofstudents"practicalability.Inresponsetothisproblem,Basedontheobject-orientedJavaprogrammingcoursegroup,Definitelyfromeasytodifficult,fromdecentralizedtointegratedmulti-levelcase-driventeachingresourcesconstruction,thispaperprobesintohowtoassisttheteachingofthewholeclassofprogrammingdesignbyconstructingandperfectingtherichcoursematerialsinpracticalapplication,Establishcontinuousimprovementprogramtoimprovetheconstructioncontenttosupportstudents"open,in-depthlearning,improvestudents"knowledgemasteryability,plexproblem-solvingability,industry-levelcasedevelopmentability,improvethequalityofprofessionalpersonneltraining.

Keywords:programmingcourse;experimentalteachingresourceconstruction;continuousimprovement

一引言

在高校計算機專業(yè)人才培養(yǎng)和教學體系中，計算機程序設(shè)計動手才能是計算機專業(yè)學生必須具備的最根本的才能，也是計算機專業(yè)才能培養(yǎng)的根底，很大程度上影響了學生將來專業(yè)的開展[1-2]。

傳統(tǒng)的教學程序設(shè)計課程以理論教學為主，實驗教學為輔，以教材和實驗指導書為主要教學資源，程序設(shè)計課程知識往往比擬抽象，學生難以理解，在學習過程中學生比擬容易產(chǎn)生畏難情緒，課時有限，無法充分讓學生深化學習程序設(shè)計語言知識和應用案例[3-6]，課后學生自主理論學習無從下手，導致高校培養(yǎng)的計算機專業(yè)人才很難滿足行業(yè)實際需求。本文以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程〔Java〕為例，針對人才培養(yǎng)和教學體系存在問題，改良現(xiàn)有教學形式，研究以案例和實際應用為驅(qū)動的設(shè)計課程實驗教學資源建立體系，為教學和學生自主學習提供優(yōu)質(zhì)資源，提升計算機專業(yè)人才培養(yǎng)和教學質(zhì)量[7-8]。

二計算機專業(yè)程序設(shè)計類課程實驗教學現(xiàn)狀分析

〔一〕實驗教學環(huán)節(jié)

目前國內(nèi)各高校的程序設(shè)計類包括C語言、Java、C++、Paython等，這類課程往往在教學中以課程群的形式存在，且存在先后關(guān)系，以東北大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計〔Java〕為例，課程群實驗環(huán)節(jié)主要涵蓋程序設(shè)計課實驗、課程設(shè)計、消費實習、畢業(yè)設(shè)計等[9-10]，該課程群的課時情況及關(guān)系見圖1。

〔1〕程序設(shè)計課實驗安排在第4學期，內(nèi)容包括Java語法、數(shù)據(jù)類型、面向?qū)ο蟾靖拍睢ava程序設(shè)計根底。

〔2〕課程設(shè)計安排在第5學期，目前主要以web開發(fā)、Android程序開發(fā)為主，對學生進展分組合作開發(fā)，以學生自學和自主實驗為主，教師指導為輔，教師按組進展工程驗收評分。

〔3〕消費實習安排在第7學期前暑假期間，從2022年起引入企業(yè)講師，以實際應用案例為教學模板進展講解，帶著學生學習實際工程開發(fā)過程，分組選題后進展合作工程理論，教師按組進展工程驗收評分。

〔4〕畢業(yè)設(shè)計安排在第8學期，實行校企雙導師制，選擇對應方向的題目后，由學生進展需求調(diào)研、系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)和測試、教師組織驗收和評價。

以上四個環(huán)節(jié)構(gòu)成了完好的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計教學體系，教學完成后要求學生具備并掌握程序設(shè)計語言根底知識、系統(tǒng)分析和開發(fā)才能、協(xié)同合作精神、自主學習才能、問題分析與問題解決才能。

〔二〕目前存在的主要問題

通過多年的教學和反響，我們在程序設(shè)計類課程的培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)了以下5個關(guān)鍵性問題。

〔1〕課程設(shè)計語言的根底知識學習和理論不充分，理論課程上的講解側(cè)重理論和概念，實驗課程內(nèi)容不全面且嚴重脫離實際應用，各關(guān)鍵知識點缺少可以真正幫助學生理解知識問題的實驗案例，學生畏難情緒和抵觸情緒較為嚴重[11]。

〔2〕課后自主學習無從下手，很多學生想進步個人動手理論才能，但是網(wǎng)絡和圖書資料浩如煙海，適宜的學習資源沒有來源，難度過大的很難入手，難度過小的沒有實際意義，導致自主學習無法開展，學習深度和廣度受到很大限制[12]。

〔3〕各門程序設(shè)計類課程實驗內(nèi)容較為接近，很少分析不同程序語言及其運行機制的異同之處，沒有針對不同課程和程序設(shè)計語言的特點和特性設(shè)計實驗工程，無法讓學生充分理解課程知識和語言的使用方法。實驗內(nèi)容以分散知識點來設(shè)計，無法鍛煉學生的工程思維和綜合設(shè)計才能。

〔4〕課程設(shè)計、消費實習、畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)的內(nèi)容較為單一，缺少企業(yè)級的工程案例教學，學生很難理解企業(yè)級開發(fā)實際場景和標準，無法充分鍛煉復雜工程開發(fā)和實現(xiàn)才能，學生實際才能和行業(yè)要求嚴重脫節(jié)[13]。

〔5〕學生遇到常見問題和典型性問題時無法獲得快速的解答，每屆學生遇到同樣的問題，才能積累效應不明顯，學習效率較低。整個學習環(huán)節(jié)缺少層次體系和遞進聯(lián)絡，實驗案例、教學案例的選取隨意，無法引導學生由淺入深地學習。

三程序設(shè)計類課程實驗教學資源建立體系

本文以面向?qū)ο缶幊坛绦蛟O(shè)計類課程群為例，按照課程和學習層次，為各教學環(huán)節(jié)建立相應的資源，使用梯度式體系改善以往的教學和才能培養(yǎng)現(xiàn)狀，支持學生自主、開放、深度的學習Java的知識體系和工程項工程的設(shè)計與實現(xiàn)，提升面向?qū)ο缶幊陶n程群理論教學和實驗教學程度，注重培養(yǎng)學生復雜工程和理論工程開發(fā)才能。鑒于程序設(shè)計類課程的共同性，可以將課程群資料建立和教學改革思路推廣到其他同類型課程中廣泛進展應用，同時可以通過網(wǎng)絡平臺將教學資源和改革思路共享到其他相關(guān)院校。

Java作為目前軟件開發(fā)行業(yè)排名第一的程序設(shè)計語言，在安卓應用程序開發(fā)，WEB應用程序開發(fā)，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等等方面得到廣泛應用[14]，因此我們選擇面向?qū)ο缶幊獭睯ava〕課程為例討論以案例和實際應用為驅(qū)動的程序設(shè)計類課程實驗教學資源建立，主要思路見圖2。

課程資源中主要建立內(nèi)容包括以案例為驅(qū)動的實驗課程包〔16學時，支持實驗教學〕，以問題為引導的知識點自學課程包〔自學學時超過300學時，彌補理論教學，支持學生深度學習〕，企業(yè)級工程案例教學資源包〔安卓、WEB應用、云計算等多方向的實際開發(fā)教學工程，支持課程設(shè)計、消費實習、畢業(yè)設(shè)計〕，習題及常見問題資料庫〔支持知識和理論才能檢驗，常見開發(fā)和應用問題解答〕。通過建立一套完好課程資源支持教學過程的開展和學生自主深度學習，改良現(xiàn)存的諸多問題，提升計算機專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學程度。

〔一〕以案例為驅(qū)動的實驗課程包建立

程序設(shè)計語言的學習興趣主要來源于課程實驗，編寫程序獲得成就感往往大于考試獲得高分，因此實驗課程內(nèi)容的建立關(guān)鍵在于引導學習興趣和讓學生理解程序設(shè)計的思維和特點[15]。

通過建立以案例為驅(qū)動的實驗課程包來交換原有的實驗教學指導材料。課程包建立的核心概念是以案例為驅(qū)動，為整個實驗課程設(shè)計一個可以包括所有知識點的理論案例，將案例拆解為各知識點分開講解，注意同一個知識點的多種案例演示，在實驗室過程中將后續(xù)案例在前序案例根底上的迭代。主要講解的知識點有Java數(shù)據(jù)類型、根底語法、API使用、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和實現(xiàn)、IO操作、數(shù)據(jù)庫操作、圖形界面處理等，注意厘清C語言和Java語言的異同〔C語言為前序課程〕，注意數(shù)據(jù)構(gòu)造在Java中的封裝和使用。實驗課程包分為4次課，為每一次課設(shè)計課后綜合實驗，涵蓋課上所有知識點，為整個實驗課程設(shè)計綜合題目，要求學生運用所掌握的知識和技術(shù)來實現(xiàn)，通個案例循序漸進的引導和反復的綜合練習，解決以往單個知識點理解不透，實現(xiàn)從簡單到復雜、知識點到綜合案例的整合，穩(wěn)固知識和編程方法的理解，帶著學生認識工程開發(fā)的過程，激發(fā)學生的學習積極性，引導學生深化學習，解決程序設(shè)計課程理論入門難的問題，通過實驗過程使得學生掌握根底代碼、語言特性和初步的工程開發(fā)才能。實驗課程包詳細建立內(nèi)容見表1。

〔二〕以問題為引導的知識點自學理論課程包建立

目前程序設(shè)計類課程普遍學時有限，而學生掌握真正工程開發(fā)才能，要求其對課程知識點有較深的理解、對經(jīng)典應用方式有豐富的理論經(jīng)歷。因此我們需要為學生提供能引導其學習和理論的關(guān)鍵知識自學理論資源，讓其可以在充分提升知識和應用才能、開展自主學習時有系統(tǒng)合理的規(guī)劃[16]。

建立以問題為引導的知識點自學理論課程包，支持學生自主深度學習來解決課時有限、內(nèi)容講解不全面的問題。建立的核心理念是梳理關(guān)鍵性知識點和常用API應用案例，為各知識點設(shè)計假設(shè)干個案例，分析知識點相關(guān)問題，通過問題和案例講解充分表達知識點的變化和應用方式，注意Java特性知識點的實現(xiàn)方式和應用情景〔例如：Java特性修飾詞、繼承、多態(tài)、重載等〕，注意常用API的使用方式〔例如Scanner、StringBuffer、Vector、Math、正那么表達式等〕，注意Java和其他工具的結(jié)合〔文件、數(shù)據(jù)庫、Web頁面、JS等〕，對知識點進展優(yōu)先級劃分和設(shè)置flag，預計提供約200學時的自學課程資源，通過線下和信息化平臺等多種途徑為學生提供自主深度學習資源，解決方案內(nèi)課時有限、知識點學習不全面、自學案例難以獲取的問題，讓學生充分理解Java的各類知識的用法，通過優(yōu)先級劃分和flag引導學生規(guī)劃學習道路。自學理論課程包詳細內(nèi)容見表2。

〔三〕企業(yè)級工程案例教學實驗課程資源包建立

在高校目前的課程體系中，重理論輕理論、實驗案例不真實的問題照舊很嚴重，在課程設(shè)計、消費實習、畢業(yè)設(shè)計過程中所做的開發(fā)工程往往都是模擬的或者簡化的，這很大程度影響了理論效果，培養(yǎng)出的學生實際工程才能無法滿足行業(yè)要求。

將企業(yè)級工程案例引入到教學在課設(shè)、實習和畢設(shè)期間為學生提供充分豐富的案例學習資源。工程案例教學資源建立的主要手段是通過教育部產(chǎn)學協(xié)同育人工程和校外實習基地建立工程，與國內(nèi)領(lǐng)先的軟件行業(yè)企業(yè)合作，引進企業(yè)級實際開發(fā)工程案例。針對安卓應用開發(fā)、WEB應用開發(fā)、云計算、大數(shù)據(jù)等方向案例的需求分析、詳細設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)、軟件測試等局部進展介紹和案例分析，注意軟件工程流程、工程設(shè)計思維、開發(fā)框架調(diào)用、特殊類庫引用、測試方法、頁面設(shè)計、軟件可用性、代碼標準等方面的內(nèi)容的示范和引導。讓學生真正在課程設(shè)計、消費實習、畢業(yè)設(shè)計過程中以這些案例學習企業(yè)級工程開發(fā)的設(shè)計、實現(xiàn)流程，學習行業(yè)常用的開發(fā)框架和開發(fā)形式，按照企業(yè)開發(fā)標準在教學過程中實際動手開發(fā)一個企業(yè)級工程，填補教學環(huán)節(jié)中復雜工程教學的空白，初步解決學生畢業(yè)后無法直接對接開發(fā)工程的問題。工程案例教學資源包資源情況見表3。

〔四〕習題和常見問題資料庫建立

通過多年的教學反響，學生在程序設(shè)計類課程學習和理論過程中遇到問題無法解決，關(guān)鍵性知識和問題理解不到位是非常普遍的現(xiàn)象。因此對常見問題和關(guān)鍵知識做總結(jié)輔助教學是非常必要的。

習題和常見問題資料庫的建立主要在于挖掘關(guān)鍵性知識習題和常見問題。關(guān)鍵性知識習題主要幫助學生檢驗自己的學習成果，彌補學習過程中的疏漏，提升學生對關(guān)鍵性知識的理解，同時參加經(jīng)典問題和代碼標準問題，幫助學生在應聘和以后的實際工作中提升競爭力；常見問題資料庫包括環(huán)境配置、特殊應用場景，常見編程問題，疑難問題講解等內(nèi)容，注意對學生遇到的常見問題進展收錄，幫助新入學的同學解決新手期遇見的各類問題，提升理論過程和學習過程的順暢度，促進深度學習和理論應用才能的提升。目前已經(jīng)建成的習題和常見問題資料庫共有資料100余條，我們將在后續(xù)的教學過程中不斷迭代更新。

四持續(xù)改良和推廣共享

〔一〕持續(xù)改良

信息技術(shù)的更新是非常迅速的，教學資源和教學內(nèi)容也必須跟進技術(shù)和行業(yè)的開展，而且隨著教學過程和教學改革過程中的深化，我們也會發(fā)現(xiàn)更多的問題，因此對我們的實驗教學建立體系必須建立持續(xù)改良機制，優(yōu)化并更新已有的教學資源，這也是符合工程教育認證理念的。

〔1〕在實驗課程完畢后，從實驗報告搜集學生對實驗內(nèi)容的反響情況，改良學生反響較多的內(nèi)容，并逐年將實驗課程包中難度較低的內(nèi)容和案例歸入知識點自學包、習題和常見問題庫，調(diào)整實驗案例難度，更新實驗題目〔防止學生抄襲往屆學生實驗結(jié)果〕，做到3年實驗案例和實驗題目更新率到達100%。

〔2〕逐年搜集學生實驗、課程設(shè)計過程中較好的實驗案例和代碼，將其整合到知識點自學實驗課程資源中作為案例；挖掘?qū)W生普遍遇到的共性問題和難點問題，將解決方法搜集到常見問題和習題庫中；搜集來校招聘企業(yè)筆試中的經(jīng)典問題，參加到習題庫中。平均每年更新、增加習題和常見問題庫、知識點自學實驗課程資源中15%的內(nèi)容。

〔3〕通過產(chǎn)學協(xié)同育人工程與行業(yè)企業(yè)合作，不斷更新最新的企業(yè)實際工程案例，平均每年引進新案例不少于4個，2022年已規(guī)劃引進的工程包括醫(yī)療大數(shù)據(jù)、實驗教學質(zhì)量評估系統(tǒng)等。

〔4〕注重教研結(jié)合，與學院現(xiàn)有科研團隊進展深化討論，挖掘科研對人才培養(yǎng)在面向?qū)ο缶幊?、Java應用開發(fā)等方面的要求，開發(fā)相關(guān)實驗內(nèi)容，自學案例和開發(fā)案例參加到資源庫中。2022年通過于東北大學智能駕駛研究團隊的交流，我們發(fā)現(xiàn)該團隊研究生在處理數(shù)據(jù)時大量使用文件讀寫，效率非常低下，因此我們將Java課程中著重參加Java操作數(shù)據(jù)庫、MapReduce框架等實驗內(nèi)容，并共享給該團隊進展學習，對科學研究起到了一定的輔助作用。

〔二〕推廣和共享

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程群是計算機程序設(shè)計課程的一種，這套課程資源建立的方法和理念可以很好地推廣到其他同類課程，可以很大程度改善課程教學中理論教學不充分，工程才能培養(yǎng)缺乏，學習資源缺乏等問題，可以推廣的課程列表見表4。

本門課程的課程資源目前已經(jīng)通過東北大學計算機國家級實驗教學示范中心門戶網(wǎng)站進展共享，同時以方案通過國內(nèi)其他網(wǎng)絡學習平臺進展推廣和共享。

五結(jié)語

以案例和實際應用為驅(qū)動的程序設(shè)計類課程實驗教學資源在計算機專業(yè)教學過程中使用1年以來，學生反響良好，學生學習興趣、知識和理論才能、工程開發(fā)才能顯著進步，課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量得到改善，后續(xù)我們將持續(xù)改良，廣泛進展資源共享，并將方法和理念結(jié)合到其他課程教學改革中。

參考文獻

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