面向大類招生模式的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)探索

高洪皓，陳章進(jìn)，高 玨，鄒啟明

（上海大學(xué) 計(jì)算中心，上海 200444）

0 引言

為響應(yīng)教育部“新工科建設(shè)”需求，各高校根據(jù)“復(fù)旦共識”“天大行動(dòng)”和“北京指南”等精神積極開展課程改革和人才培養(yǎng)實(shí)踐[1-2]。計(jì)算機(jī)專業(yè)除了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（80901）、軟件工程（80902）和網(wǎng)絡(luò)工程（80903）之外，還包括新型的信息安全（080904K）和物聯(lián)網(wǎng)工程（80905）兩個(gè)專業(yè)。因此，亟須對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革以適應(yīng)這些新型專業(yè)的知識體系。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，上海大學(xué)計(jì)算中心積極開展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革和工程教育改革，探索未來卓越人才培養(yǎng)模式和教學(xué)方法[3-4]。

程序設(shè)計(jì)是重要的高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，以編程語言為平臺，介紹程序設(shè)計(jì)的思想和方法。在該課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不僅需要掌握高級程序設(shè)計(jì)語言的基本知識，更重要的是要在實(shí)踐中逐步積累程序設(shè)計(jì)的思想和方法，培養(yǎng)問題求解和語言應(yīng)用的能力。然而，學(xué)生的實(shí)際編程和上機(jī)調(diào)試程序的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。在對該問題進(jìn)行理論研究和實(shí)踐試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在程序設(shè)計(jì)課程中采用軟件大作業(yè)形式并嚴(yán)格管理，能在一定程度上加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、收集資料和動(dòng)手編程的能力并且能為后續(xù)的專業(yè)課程打下良好的編程基礎(chǔ)，較好地服務(wù)于新工科建設(shè)。

1 “教學(xué)—測驗(yàn)—大作業(yè)”的人才培養(yǎng)模式

1.1 程序設(shè)計(jì)的人才培養(yǎng)目標(biāo)

程序設(shè)計(jì)課程(基礎(chǔ))介紹程序設(shè)計(jì)的基本概念和一般方法，要求學(xué)生掌握編寫、調(diào)試、測試和維護(hù)程序的技能。通過程序設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)，以Java語言為例，學(xué)生能掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法，較熟練地運(yùn)用Java語言編寫結(jié)構(gòu)化程序，具有較強(qiáng)的閱讀Java程序和撰寫技術(shù)文檔的能力。

由于上海大學(xué)實(shí)行短學(xué)期制的教學(xué)周期，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)必須實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生基本編程能力這一重要目標(biāo)。表1為1個(gè)學(xué)期共10周的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)際教學(xué)需要調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識；適當(dāng)增加編程量，提高編程難度。在教學(xué)過程中，重點(diǎn)講解“運(yùn)算符、表達(dá)式和語句”和“數(shù)據(jù)處理的流程控制”兩個(gè)章節(jié)并增加相關(guān)案例編程進(jìn)行實(shí)踐強(qiáng)化。

1.2 實(shí)踐環(huán)節(jié)

根據(jù)教學(xué)大綱，實(shí)踐環(huán)節(jié)安排課前、課中、課后3個(gè)編程任務(wù)。課前預(yù)習(xí)能夠提前發(fā)現(xiàn)下次程序設(shè)計(jì)課的問題或薄弱點(diǎn)，幫助學(xué)生在課堂上有針對性地進(jìn)行填補(bǔ)，掌握重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，顯著提高課堂學(xué)習(xí)效率。課中采用2+1模式（2課時(shí)授課，1課時(shí)上機(jī)），即在每兩節(jié)理論課授課結(jié)束后，繼續(xù)一節(jié)上機(jī)實(shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生進(jìn)行在線編程練習(xí)。由于在線判題系統(tǒng)的自動(dòng)判分系統(tǒng)能提示問題代碼的出錯(cuò)點(diǎn)以及實(shí)際輸出與目標(biāo)輸出的不同之處，學(xué)生能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并思考解決辦法，同時(shí)采用研究生和高年級學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)課助教的輔助形式，鼓勵(lì)學(xué)生愿意問和敢問編程問題，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不斷增強(qiáng)學(xué)生的編程自信心。

表1 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(Java)課程教學(xué)內(nèi)容

課前階段會(huì)在課程網(wǎng)站（http://class.ccshu.net）提前一周發(fā)布下次課上課前需要完成的預(yù)習(xí)任務(wù)和思考題。表2給出了程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（Java）每周的預(yù)習(xí)任務(wù)和思考題，其中思考題部分要求學(xué)生獨(dú)立思考，梳理邏輯，提前做好筆記，在上機(jī)練習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)證與解答。

表2 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(Java)每周的預(yù)習(xí)任務(wù)和思考題

課中階段包含兩個(gè)環(huán)節(jié)，首先是課程知識點(diǎn)的授課環(huán)節(jié)，其次是配套的上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。上機(jī)環(huán)節(jié)會(huì)圍繞上課知識點(diǎn)和思考題在在線平臺（http://program.ccshu.net）隨機(jī)出卷，要求學(xué)生在20分鐘內(nèi)完成測試題并提交結(jié)果，測驗(yàn)成績會(huì)作為平時(shí)成績計(jì)入期末總成績。為了充分降低學(xué)生不愿和不敢向任課教師提問的心理負(fù)擔(dān)，上機(jī)環(huán)節(jié)引入了學(xué)生助教模式，助教包括高年級本科生和研究生數(shù)名。表3為上海大學(xué)2017年秋季學(xué)期程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（Java）的隨堂測試情況，第3周開始參考人數(shù)趨向穩(wěn)定，維持在80%左右。從測試成績來看，隨著課程的深入，題目難度逐漸提升，但仍然能保持較高的得分，學(xué)生的編程能力不斷提高。

表3 2017年秋季學(xué)期程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(Java)隨堂測試情況

在線平臺的測試題分為順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)、選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)、有關(guān)數(shù)組的程序設(shè)計(jì)、有關(guān)函數(shù)的程序設(shè)計(jì)以及有關(guān)文件的程序設(shè)計(jì)等多個(gè)類型。目前題目總數(shù)超300，該平臺的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)置輸入和輸出的多組檢查數(shù)據(jù)，同時(shí)，該平臺允許設(shè)置輸出檢驗(yàn)的相似度。在實(shí)際測試過程中，前兩周由于學(xué)生對于輸入和輸出不是很熟悉，因此會(huì)將相似度設(shè)置得低一點(diǎn)避免諸如大小寫和空格不一致等問題，但從第三周開始設(shè)置嚴(yán)格的匹配模式。在線平臺的學(xué)生界面設(shè)置了嚴(yán)格的答題時(shí)間限制，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成練習(xí)并提交結(jié)果。此外，由于每道題目教師都提前設(shè)置了輸入和輸出值，學(xué)生提交代碼后會(huì)立刻返回得分，如有錯(cuò)誤還會(huì)提示出錯(cuò)信息以方便修改。這樣的模式有助于學(xué)生在一定的壓力下不斷提升自己的編程能力，增強(qiáng)編程信心。

課外采用大作業(yè)的形式，大作業(yè)選題方向包括學(xué)生信息管理系統(tǒng)、日歷查詢、計(jì)算器程序、撲克牌發(fā)牌、時(shí)鐘模擬、俄羅斯方塊游戲、貪吃蛇游戲、五子棋游戲、隨機(jī)搖號軟件和其他自擬題目。由于大作業(yè)成績在期末總成績考核中占20%，學(xué)生對大作業(yè)的重視程度普遍較高。大作業(yè)的成績評定采用公開答辯的形式，由3～4名專家擔(dān)任答辯專家對學(xué)生的大作業(yè)進(jìn)行全面細(xì)致評審。大作業(yè)考評機(jī)制包括：①專家組成。邀請教研室教師和具有工程實(shí)踐的企業(yè)工程師參加答辯。②材料驗(yàn)收。需要驗(yàn)收的材料包括Word報(bào)告、演示用PPT和大作業(yè)源代碼，其中源代碼執(zhí)行性由研究生輔助校驗(yàn)?zāi)繕?biāo)功能。此外，為了保障大作業(yè)的順利進(jìn)行，上海大學(xué)計(jì)算中心啟用了信息技術(shù)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺和校企共建實(shí)驗(yàn)室，目前已接待了近5000人次的創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)。依托創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺和實(shí)驗(yàn)室，除了日常課堂教學(xué)，還開展了課外訓(xùn)練擴(kuò)展班、競賽訓(xùn)練班、企業(yè)工程師專題技術(shù)/學(xué)術(shù)講座等實(shí)踐實(shí)訓(xùn)活動(dòng)。

2 實(shí)施情況與滿意度調(diào)查分析

以上海大學(xué)2017年秋季學(xué)期Java程序設(shè)計(jì)為例，選課人數(shù)共115人，其中14級學(xué)生4人，15級學(xué)生46人，16級學(xué)生65人。大作業(yè)分組情況：3人組共24組，2人組共20組，1人組共3組。通過分析發(fā)現(xiàn)，相較于14級和15級，16級學(xué)生在大作業(yè)模式下能更好地開展團(tuán)隊(duì)溝通，嚴(yán)密分工，協(xié)同奮進(jìn)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能。此外，72%的小組選擇了自擬題目進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，在一定程度上體現(xiàn)了大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。

在大作業(yè)答辯之前會(huì)提前告知學(xué)生答辯專家的評分要求。表4給出了專家的評分細(xì)則，主要從3個(gè)方面考查學(xué)生，包括匯報(bào)表達(dá)能力、軟件完成情況和PPT內(nèi)容。其中，答辯專家會(huì)重點(diǎn)關(guān)注軟件完成情況，包括軟件功能是否實(shí)現(xiàn)、界面是否友好以及使用的便利性等，該項(xiàng)占比50%；其次是對學(xué)生的匯報(bào)表達(dá)能力的考核，注重培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作意識。通過嚴(yán)格的答辯形式，學(xué)生能更加深刻體會(huì)和凝練大作業(yè)涉及的各項(xiàng)軟件開發(fā)核心技術(shù)。

課程教學(xué)結(jié)束后，計(jì)算中心調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)（http://os.cc.shu.edu.cn）會(huì)要求學(xué)生填寫課程調(diào)查問卷。2017年秋季學(xué)期Java程序設(shè)計(jì)課程的調(diào)查問卷共111人參加，以下選取部分調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析說明。

表4 專家評分表

在編程能力方面，大部分學(xué)生認(rèn)為Java編程能力得到提高，其中21.62%的學(xué)生認(rèn)為極大地提高了Java編程能力，45.95%的學(xué)生認(rèn)為Java編程能力得到了一定的提高， 29.73%的學(xué)生認(rèn)為Java已基本入門，2.7%的學(xué)生認(rèn)為沒有提高?？芍琂ava編程能力僅達(dá)到基本入門甚至沒有提高的學(xué)生比例合計(jì)約占32%，這反映出仍有少部分學(xué)生存在學(xué)習(xí)困難和學(xué)習(xí)態(tài)度不端正的現(xiàn)象。針對這部分學(xué)生可以考慮在線測試時(shí)適量增加一些課堂內(nèi)已經(jīng)詳細(xì)講解過的編程題，適當(dāng)降低測試題的難度等，逐漸提高這部分學(xué)生的編程自信心。針對2.7%的學(xué)生需要單獨(dú)約談，進(jìn)一步了解原因和具體的學(xué)習(xí)困難，考慮安排單獨(dú)補(bǔ)課或者興趣班補(bǔ)習(xí)等。

在學(xué)習(xí)積極性方面，91.89%的學(xué)生認(rèn)為大作業(yè)提高了學(xué)習(xí)積極性，8.11%的學(xué)生認(rèn)為沒有提高。從數(shù)據(jù)可知，學(xué)生普遍認(rèn)可大作業(yè)的模式。如果學(xué)期周期沒有限制的話，建議適當(dāng)增加課外討論，如每2周進(jìn)行一次進(jìn)度匯報(bào)，重點(diǎn)匯報(bào)模塊實(shí)現(xiàn)情況、遇到的問題、編程經(jīng)驗(yàn)分享等，同時(shí)組織研究生擔(dān)任助教協(xié)助每個(gè)小組進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)和調(diào)試程序等。

在課程滿意度方面，97.3%的學(xué)生對該課程表示滿意。其中，在授課過程中加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，講解編程案例，注重運(yùn)用啟發(fā)式和參與式的教學(xué)方法，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟迪學(xué)生思考、聯(lián)想和創(chuàng)新思維。此外，研究生和高年級學(xué)生擔(dān)任實(shí)驗(yàn)助教也在一定程度上提高了學(xué)生的課程滿意度，讓答疑解惑更加方便及時(shí)。

3 結(jié)語

高校大類招生模式[5]以第一年全部實(shí)行通識教育為主，亟須探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)新方法。上海大學(xué)較早地實(shí)行大類招生制度[6-7]，學(xué)生通過一年通識課的培養(yǎng)后由學(xué)生和專業(yè)學(xué)院進(jìn)行雙向選擇后確定今后專業(yè)方向。這一制度不僅避免了傳統(tǒng)高考招生制度的一考定終身，而且有助于學(xué)生在第一年全面了解分流具體專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案。作為負(fù)責(zé)全校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的單位，計(jì)算中心已開展了相關(guān)課程改革并先行先試，取得了面向大類招生模式的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)[8-10]，包括課程體系、教學(xué)體系、學(xué)生能力評價(jià)體系、考試考評體系等多個(gè)方面?！敖虒W(xué)—測驗(yàn)—大作業(yè)”的人才培養(yǎng)模式適合于面向大類招生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)。上海大學(xué)通過近2年的教學(xué)實(shí)踐充分發(fā)掘本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為后續(xù)專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。該模式不僅能提升工科學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和實(shí)踐能力，而且有助于探索個(gè)性化人才培養(yǎng)模式。目前，經(jīng)過該模式培養(yǎng)的部分學(xué)生正在積極聯(lián)系學(xué)業(yè)導(dǎo)師擴(kuò)展項(xiàng)目，參加市級和國家級的學(xué)科競賽或雙創(chuàng)大賽。