“程序設(shè)計(jì)與問題求解”三階段—四層次實(shí)踐教學(xué)研究

曾俊　李柳柏

摘 要： 根據(jù)目前國內(nèi)外軟件人才培養(yǎng)的實(shí)際情況，以CDIO的教育理念為指導(dǎo)，以全面提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力為目的，提出“三階段-四層次的實(shí)踐教學(xué)體系”。以程序設(shè)計(jì)與問題求解課程為例，構(gòu)建了該課程的實(shí)踐教學(xué)改革方案，細(xì)化了每個階段的教學(xué)內(nèi)容，并將其應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： 軟件人才； CDIO； 實(shí)踐教學(xué)； 程序設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）06-85-04

Abstract： According to the actual situation of domestic and international software talent training at present， in order to improve the students' practical ability， this paper puts forward the "practical teaching system of three phases and four levels" with the CDIO education philosophy as the guide. Taking programming and problem solving course as an example， the scheme of practical teaching reform of the course is constructed， and the teaching contents of each stage are refined and applied to practical teaching， which have improved the students' comprehensive application ability.

Key words： software talent； CDIO； practical teaching； programming

0 引言

近十年來，我國各類高等院校共培養(yǎng)了100多萬計(jì)算機(jī)專業(yè)人才，而且每年培養(yǎng)人數(shù)還在遞增。然而軟件人才的供需缺口卻越來越大，出現(xiàn)了前所未有的“人才饑荒”，各地對軟件人才的爭奪戰(zhàn)也不斷升溫。究其原因主要有三點(diǎn)[1]。一是軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，橄欖形人才結(jié)構(gòu)中兩極人才的短缺，導(dǎo)致了軟件人才緊張。二是畢業(yè)生到公司后不能很快勝任工作，須再經(jīng)過6-12個月的培訓(xùn)才行。三是軟件教育體制調(diào)整的速度落后于軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的速度。四是軟件人才培養(yǎng)層次不清，最終導(dǎo)致許多人才高不成低不就。

為了滿足軟件產(chǎn)業(yè)對人才的需求，國內(nèi)各個高校進(jìn)行了許多探索，特別是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)上，采取了多種手段，想方設(shè)法提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，滿足軟件行業(yè)各崗位的需求。

1 國內(nèi)外軟件人才培養(yǎng)情況

1.1 國外軟件人才培養(yǎng)情況

美國和印度是目前在軟件產(chǎn)業(yè)和軟件工程人才培養(yǎng)做得比較出色的國家。美國的軟件教育和人才培養(yǎng)的層次非常清晰[2]。①基礎(chǔ)教育：幾乎所有的高校和社區(qū)學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程、信息技術(shù)系和有關(guān)繼續(xù)教育系都設(shè)有軟件工程、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等軟件基礎(chǔ)課程，為本科生提供軟件理論與工程方面的入門知識，為軟件公司培養(yǎng)從事軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)方面的人才。②系統(tǒng)理論：研究生教育側(cè)重系統(tǒng)軟件理論的教育，為高校的教學(xué)和研究以及大公司輸送從事軟件研究和項(xiàng)目人才[3]。③一般較大的軟件公司都設(shè)有培訓(xùn)部門或中心，主要根據(jù)市場和公司的需求培養(yǎng)各個層面的動手能力強(qiáng)的操作和編程人員，學(xué)習(xí)者不僅可以獲得專業(yè)證書，而且可以獲得學(xué)位。從高校、社區(qū)學(xué)院、公司到社會，構(gòu)成了全方位的教育和培訓(xùn)網(wǎng)，它們都由市場所驅(qū)動，為社會發(fā)展提供就業(yè)和服務(wù)。

印度軟件產(chǎn)業(yè)及人才培養(yǎng)重視數(shù)學(xué)，注重溝通技巧和抗壓能力的培養(yǎng)，學(xué)生與新技術(shù)的發(fā)展完全不脫節(jié)。學(xué)校充分運(yùn)用業(yè)界的力量，歡迎業(yè)界成立校園實(shí)驗(yàn)室，24小時對學(xué)生開放。業(yè)界提供豐富的資源，學(xué)校搭橋運(yùn)輸養(yǎng)分，學(xué)生盡情吸收。學(xué)生、學(xué)校、業(yè)界形成一個共存共榮的循環(huán)體系。

1.2 國內(nèi)軟件人才培養(yǎng)情況

國防科技大學(xué)的計(jì)算機(jī)學(xué)院建立了“4433”計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系[4]，即：計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)與能力培養(yǎng)貫穿于課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)/實(shí)訓(xùn)、課外實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)等四個環(huán)節(jié)；將課程實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)、綜合課程設(shè)計(jì)和自主科研創(chuàng)新活動四個層次。依托學(xué)校在超級計(jì)算機(jī)上的科研優(yōu)勢，讓學(xué)生參與科研子項(xiàng)目，與浪潮電子、長沙軟件園、長沙電信等單位建立實(shí)訓(xùn)基地，讓學(xué)生多參與項(xiàng)目開發(fā)，積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，提高實(shí)踐能力。

華東交通大學(xué)軟件學(xué)院提出了一種“基于螺旋模型”的軟件人才培養(yǎng)模式[5]，即產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，企業(yè)參與到學(xué)校的教學(xué)活動中，學(xué)生也參與到企業(yè)的項(xiàng)目開發(fā)和實(shí)習(xí)中，學(xué)生在學(xué)校與企業(yè)的互動中不斷提高自己的實(shí)踐能力。

大連理工大學(xué)軟件學(xué)院依托校企合作人才培養(yǎng)模型[6]，共同研究制定實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，共建實(shí)踐課程及雙師型師資隊(duì)伍，通過校企良性互動，共同培養(yǎng)卓越軟件工程技術(shù)人才。

杭州電子科技大學(xué)引入CDIO工程教育理念，構(gòu)建了一套以項(xiàng)目為核心、以學(xué)生團(tuán)隊(duì)為主體的課程教學(xué)體系，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)的軟件工程人才[7]。

我院為了培養(yǎng)高素質(zhì)軟件人才，以CDIO的教育理念為指導(dǎo)[8]，提出了“三階段-四層次的實(shí)踐教學(xué)體系”，形成知識講解案例化、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目化、畢業(yè)設(shè)計(jì)工程化的培養(yǎng)方式，使學(xué)生不僅能較好掌握專業(yè)知識，而且能有效提高實(shí)踐創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。本文結(jié)合“三階段-四層次的實(shí)踐教學(xué)體系”，以程序設(shè)計(jì)與問題求解課程為例，提出該課程的實(shí)踐教學(xué)改革的方案，并應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中。

2 “三階段-四層次”的實(shí)踐教學(xué)體系

“三階段-四層次”實(shí)踐教學(xué)體系是基于CDIO理念，以“培養(yǎng)工程能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力高、綜合素養(yǎng)好的軟件工程人才”為目標(biāo)，通過深入分析實(shí)踐教學(xué)內(nèi)涵與軟件工程學(xué)科特點(diǎn)而提出的，如圖1所示?；谠擉w系設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)素養(yǎng)的漸進(jìn)性階梯式實(shí)踐教學(xué)方案，圍繞實(shí)踐教學(xué)方案，構(gòu)建分階段、層次化的考核方案、評價(jià)體系和過程化管理平臺。

2.1 三階段

三階段主要是指校內(nèi)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)基地和企業(yè)實(shí)習(xí)三個主要階段。

2.2 四層次

⑴ 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

本層次主要指課含實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)類型包括技能型、驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型，要求學(xué)生掌握軟件工程課程的核心內(nèi)容、各種程序設(shè)計(jì)語言的框架結(jié)構(gòu)以及編程所需的綜合思維能力。

⑵ 課程設(shè)計(jì)

本層次是指基于某一門課程的綜合型軟件系統(tǒng)開發(fā)訓(xùn)練，主要在實(shí)訓(xùn)周完成。具體方案是在人才培養(yǎng)方案中安排與專業(yè)核心課程配套的實(shí)訓(xùn)周，專業(yè)核心課程在課程結(jié)束后（包括理論課程和課含實(shí)驗(yàn)）的下一學(xué)期，均安排有實(shí)訓(xùn)周，實(shí)訓(xùn)周內(nèi)不安排其他課程教學(xué)，學(xué)生基于該門課程的整體知識，完成復(fù)雜程度較高的綜合型軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過作品+答辯考核方式獲得實(shí)訓(xùn)成績和學(xué)分。本層次要求學(xué)生從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，達(dá)到程序員（軟件藍(lán)領(lǐng)）的要求；學(xué)生可參與各種學(xué)科競賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；可反饋信息到第一層次并修改實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

⑶ 企業(yè)導(dǎo)向的中小型系統(tǒng)研發(fā)

本層次是指基于課程群、企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目案例的系統(tǒng)研發(fā)，主要在實(shí)訓(xùn)基地完成模擬軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)的整個過程。該過程要求學(xué)生具有系統(tǒng)思維能力、綜合實(shí)踐能力；學(xué)生可參與各種綜合型學(xué)科競賽；還可承接軟件工程中小型訂單，團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成系統(tǒng)研發(fā)；可反饋信息到第一、二層次并修改實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

⑷ 企業(yè)應(yīng)用級系統(tǒng)研發(fā)

本層次要求學(xué)生在真實(shí)的企業(yè)環(huán)境中研發(fā)應(yīng)用級軟件，需要學(xué)生既懂技術(shù)又懂得協(xié)調(diào)和管理，成長為軟件工程高級應(yīng)用型人才；可反饋信息到第一、二、三層次并修改實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

3 程序設(shè)計(jì)與問題求解課程實(shí)踐教學(xué)改革

該課程是我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)第一學(xué)期開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，以C語言為平臺，介紹高級語言程序設(shè)計(jì)的基本概念、基本理論和基本方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握C語言的基本語法知識和編程常用算法，掌握基本的程序設(shè)計(jì)過程和技巧，具備基本的分析問題和利用計(jì)算機(jī)求解問題的能力，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和將來從事軟件開發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)。

學(xué)生非常喜歡這門課程，但一般都學(xué)得不扎實(shí)，所以在設(shè)計(jì)“三階段-四層次”實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的時候，要結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會提出問題、分析問題和解決問題。

3.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

本層次主要指課含實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)類型包括驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和綜合型，要求學(xué)生掌握C語言的核心內(nèi)容、編程的框架結(jié)構(gòu)以及編程所需的綜合思維能力。結(jié)合教學(xué)大綱，本層次主要設(shè)計(jì)10個基本實(shí)驗(yàn)，如表1所示。本層次均要求學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以便于考核學(xué)生的成績。

3.2 課程設(shè)計(jì)

本層次是指基于C語言的綜合型軟件系統(tǒng)開發(fā)訓(xùn)練，主要在第二學(xué)期開學(xué)的實(shí)訓(xùn)周內(nèi)完成。結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，設(shè)計(jì)了綜合基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)庫和綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)庫。第一部分計(jì)劃用時2.5天完成25道綜合基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)庫里面的題目，如表2所示。第二部分計(jì)劃用時2.5天完成1個綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)庫里面的題目，如表3所示。本層次要求學(xué)生提交綜合課程設(shè)計(jì)的報(bào)告和設(shè)計(jì)的代碼。綜合課程設(shè)計(jì)的報(bào)告要求學(xué)生理清設(shè)計(jì)思路，最后通過答辯的方法獲得成績。

3.3 企業(yè)導(dǎo)向的中小型系統(tǒng)研發(fā)

本層次是指基于課程群或企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目案例的系統(tǒng)研發(fā)，主要在校外實(shí)訓(xùn)基地完成，使用企業(yè)研發(fā)過的題目，模擬軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)的整個過程，學(xué)生分組協(xié)作，真題真做，訓(xùn)練系統(tǒng)思維能力、綜合實(shí)踐能力。部分企業(yè)項(xiàng)目如表4所示。本層次完全按照企業(yè)項(xiàng)目的管理辦法，要求學(xué)生提交研發(fā)文檔和研發(fā)的作品，才能獲得成績。

3.4 企業(yè)應(yīng)用級系統(tǒng)研發(fā)

本層次要求學(xué)生在企業(yè)實(shí)習(xí)，利用大四實(shí)習(xí)期間，在真實(shí)的企業(yè)環(huán)境中研發(fā)應(yīng)用級軟件，需要學(xué)生既懂技術(shù)又懂得協(xié)調(diào)和管理，成長為軟件工程高級應(yīng)用型人才。

4 總結(jié)

本文以提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力為目的，提出“三階段-四層次的實(shí)踐教學(xué)體系”，根據(jù)各階段的特點(diǎn)和層次的要求，結(jié)合“程序設(shè)計(jì)與問題求解”課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，構(gòu)建了培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)素養(yǎng)教育的漸進(jìn)性階梯式的實(shí)踐教學(xué)課程方案，細(xì)化了每個階段的教學(xué)內(nèi)容，并應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。該體系是集教學(xué)、企業(yè)于一體的實(shí)踐教學(xué)體系，為實(shí)踐教學(xué)改革提供了支撐。在今后的研究中，將進(jìn)一步研究語言類課程群的三階段-四層次實(shí)踐教學(xué)方案。

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