新工科背景下面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)改革探討

彭秀芬 陸克中

摘要：以“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，分析當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題，以及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)。從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)以及考核機(jī)制等方面，探討如何優(yōu)化課程知識(shí)體系和教學(xué)內(nèi)容，如何利用線上線下資源提高面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量，如何拓展實(shí)踐教學(xué)方式，以及如何制定考核機(jī)制，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)、綜合實(shí)踐能力和持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：新工科；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）21-0186-03

Abstract：Guided by the target of talent-cultivating in Emerging Engineering Education， the paper analyzes the problems existing in current teaching and the characteristics of the object-oriented programming course. And then， from the aspects of theory teaching， practice teaching and assessment mechanism， this paper discusses how to optimize the curriculum knowledge system and teaching content，how use online and offline resources to improve the teaching quality of object-oriented programming， how to expand the practice teaching method， and how to make the assessment mechanism， in order to improve students' awareness of autonomous learning， comprehensive practical ability and sustainable competitive power.

Key words：Emerging Engineering Education； Object-Oriented Programming； Theory Teaching； Practice Teaching； Reform in Teaching

以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對(duì)工程科技人才提出了更高要求。教育部組織高校進(jìn)行深入研討，并發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》，要求圍繞工程教育，以新理念、新模式培養(yǎng)具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。

為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)與社會(huì)形態(tài)的迅猛變化，高?！坝?jì)算機(jī)+”專業(yè)開(kāi)始加入“新工科”建設(shè)。面對(duì)新的形勢(shì)，解決地方性高?！坝?jì)算機(jī)+”專業(yè)在實(shí)施能力培養(yǎng)教育方面的問(wèn)題和困惑，不僅僅是體現(xiàn)在課程體系的改革上，更重要的是課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（Object Oriented Programming，OOP）課程是“計(jì)算機(jī)+”專業(yè)的必修課，其工程實(shí)踐性很強(qiáng)，具有綜合能力培養(yǎng)方面的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，對(duì)學(xué)生能力素質(zhì)的培養(yǎng)具有一定的可見(jiàn)性。在“新工科”背景下進(jìn)行課程教學(xué)改革探討，可以為地方性應(yīng)用型高校進(jìn)行“新工科”研究與實(shí)踐提供有益的參考。

1 當(dāng)前教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1課程認(rèn)識(shí)問(wèn)題

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在由基礎(chǔ)訓(xùn)練到專業(yè)課教學(xué)階段過(guò)渡過(guò)程中起到承上啟下的作用。它不僅為今后學(xué)習(xí)專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)，而且為軟件開(kāi)發(fā)、程序設(shè)計(jì)提供必要的理論、方法和工具。但面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)理念與當(dāng)前的變化和未來(lái)需求不適應(yīng)。例如，課程的教學(xué)目標(biāo)單一，過(guò)多集中于單一的專業(yè)能力培養(yǎng)，忽略了溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，創(chuàng)新意識(shí)等方面的培養(yǎng)。以學(xué)生為中心的教育理念貫徹落實(shí)不到位。例如，課程知識(shí)體系設(shè)置沒(méi)有兼顧學(xué)生個(gè)體差異，難以滿足學(xué)生的不同需要。這些現(xiàn)象與“以立德樹(shù)人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。” [2]的“新工科”建設(shè)內(nèi)涵不相符。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是典型的工程設(shè)計(jì)類課程，其工程實(shí)踐性強(qiáng)，需要更多的學(xué)時(shí)實(shí)踐能力。在傳統(tǒng)課程教學(xué)安排中往往“重理論，輕實(shí)踐”。例如，我校面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)共64學(xué)時(shí)，其中理論48學(xué)時(shí)，而實(shí)踐只有16學(xué)時(shí)，課上沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練。課程學(xué)完后，學(xué)生能讀懂程序，但不會(huì)設(shè)計(jì)程序。

1.2理論教學(xué)問(wèn)題

目前，理論教學(xué)主要存在的問(wèn)題有：1）教學(xué)模式單一。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)還是以傳統(tǒng)的教學(xué)方式為主。由于內(nèi)容多課時(shí)少，教師往往容易從自身角度出發(fā)，專注于講解知識(shí)點(diǎn)，急于在有限的課時(shí)內(nèi)完成課程的教學(xué)任務(wù)，忽略了學(xué)生個(gè)體感受。往往教師講得熱情洋溢，學(xué)生卻一臉茫然。這種以“講”為主，學(xué)生跟著老師講解的“知識(shí)點(diǎn)”轉(zhuǎn)的方式，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。另外，單一的教學(xué)方式，也使得較大教學(xué)容量與有限課時(shí)沖突更明顯。2）教學(xué)內(nèi)容與后續(xù)課程脫節(jié)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是為后續(xù)很多課程的基礎(chǔ)。例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Web開(kāi)發(fā)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，企業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)等都與這門課有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。僅以掌握知識(shí)點(diǎn)和程序設(shè)計(jì)方法作為本課程的教學(xué)核心，不利于培養(yǎng)學(xué)生的前瞻意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.3實(shí)踐教學(xué)問(wèn)題

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門工程實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，其學(xué)習(xí)效果可以通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行檢驗(yàn)。但目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著一些問(wèn)題，主要有：

1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單枯燥。由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要以驗(yàn)證性為主，內(nèi)容缺乏吸引力，不能充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。即使有一些設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，內(nèi)容也很陳舊，只是一些求解簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)問(wèn)題的程序設(shè)計(jì)。課程結(jié)束后，學(xué)生往往只會(huì)閱讀分析程序，不會(huì)利用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想解決新問(wèn)題。內(nèi)容單一的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力。

2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目獨(dú)立設(shè)計(jì)，沒(méi)有貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，缺乏工程實(shí)踐的系統(tǒng)性，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)和改進(jìn)能力。

3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求簡(jiǎn)單，各個(gè)學(xué)生能獨(dú)立完成，不需要團(tuán)隊(duì)合作。這種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目雖然培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立能力，但不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目組織和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面能力。

2 教學(xué)改革探討

2.1課程知識(shí)體系和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

面向新興產(chǎn)業(yè)與引領(lǐng)性行業(yè)的需求，從面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程地位出發(fā)，確定課程教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化課程知識(shí)體系，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。

2.1.1 課程地位和性質(zhì)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程是“計(jì)算機(jī)+”專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是核心課程。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)具有抽象性、封裝性、繼承性和多態(tài)性等特點(diǎn)，對(duì)象與對(duì)象之間有弱耦合的關(guān)系[3]。OOP的思想是以具體的事物（對(duì)象）為單位，關(guān)注事物的整體：特征（屬性）和行為（方法）。設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出來(lái)的程序更加模塊化，數(shù)據(jù)抽象程度高，模塊具有低耦合性、高內(nèi)聚、信息隱蔽、可復(fù)用、易修改、易擴(kuò)充等特性。該課程中所涉及的程序設(shè)計(jì)思想、方法和素質(zhì)是后續(xù)軟件開(kāi)發(fā)類課程的基礎(chǔ)，更是軟件開(kāi)發(fā)人員必須具備的一種基本素質(zhì)與能力。

2.1.2 課程改革目標(biāo)

為服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求和構(gòu)建國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)，“新工科”培養(yǎng)的“計(jì)算機(jī)+”專業(yè)人才不僅要具有“IT工程師職業(yè)道德、行業(yè)公約、業(yè)務(wù)素質(zhì)、職業(yè)實(shí)踐國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、誠(chéng)信、溝通與合作、工程項(xiàng)目管理等” 職業(yè)素養(yǎng)，還需具有“前瞻意識(shí)和創(chuàng)造性思維、溝通協(xié)調(diào)、領(lǐng)導(dǎo)力、國(guó)際視野、團(tuán)隊(duì)協(xié)同、歷史和社會(huì)責(zé)任感等”精英素質(zhì)。對(duì)就面向?qū)ο蟮恼n程教學(xué)而言，以“新工科”建設(shè)為導(dǎo)向的教學(xué)改革目標(biāo)重在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，包括：理論分析與抽象、問(wèn)題理解與求解、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)應(yīng)用與管理、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與動(dòng)手、持續(xù)學(xué)習(xí)與改進(jìn)等專業(yè)能力；還要提高學(xué)生的交流溝通、項(xiàng)目組織與團(tuán)隊(duì)協(xié)作、經(jīng)營(yíng)管理、創(chuàng)新意識(shí)與能力及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)等能力[4]。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，通過(guò)多種教學(xué)方法，將具體能力培養(yǎng)細(xì)化到教學(xué)的各個(gè)過(guò)程和環(huán)節(jié)中。

2.1.3教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

在高?！坝?jì)算機(jī)+”專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中，通常在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程之前安排C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)都選擇C++或Java語(yǔ)言，而這兩種語(yǔ)言的基本語(yǔ)法與C語(yǔ)言大同小異。因此，在教學(xué)內(nèi)容安排上（如表3-1）將弱化基本語(yǔ)法的講解，重點(diǎn)通過(guò)類、對(duì)象、繼承、抽象、接口等面向?qū)ο笾R(shí)的講解與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的面向?qū)ο缶幊趟枷?，使學(xué)生掌握如何應(yīng)用面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)，為后續(xù)軟件開(kāi)發(fā)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐項(xiàng)目，將項(xiàng)目?jī)?nèi)容模塊化，根據(jù)各個(gè)模塊涉及的知識(shí)點(diǎn)，將項(xiàng)目貫穿到各部分教學(xué)內(nèi)容中。

2.2理論教學(xué)改革

在教學(xué)方式上，考慮到課堂教學(xué)的局限性，可以在原有課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，利用在線平臺(tái)拓展課堂。利用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放教學(xué)與課堂教學(xué)相結(jié)合的信息化教學(xué)新模式，緩解有限的課時(shí)與豐富的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾。

采用混合式教學(xué)的目的就是綜合傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，既能發(fā)揮教師在教學(xué)過(guò)程中的導(dǎo)向和管理作用，又能促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的積極性和主動(dòng)性。對(duì)于“計(jì)算機(jī)+”專業(yè)的學(xué)生，更能提高他們對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣。另外教學(xué)方式的創(chuàng)新，在一定程度也能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

1）線上教學(xué)準(zhǔn)備和安排

在運(yùn)用混合新模式教學(xué)時(shí)，需要提前做好充分的準(zhǔn)備。首先，教師根據(jù)制定好的教學(xué)內(nèi)容安排，設(shè)計(jì)每次教學(xué)過(guò)程。根據(jù)本節(jié)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)及知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)性，制作教學(xué)課件、安排習(xí)題、討論問(wèn)題、相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的貫穿實(shí)踐項(xiàng)目模塊、在線測(cè)試試題等。然后，在上課前將相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)發(fā)布到學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，組織學(xué)生提前預(yù)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容。同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的課程答疑討論區(qū)、QQ群等線上交互工具進(jìn)行課前課后輔助教學(xué)。課后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的“在線測(cè)試”，檢測(cè)學(xué)生對(duì)本節(jié)課程的學(xué)習(xí)效果。通過(guò)“課程問(wèn)卷”收集學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)心得和教學(xué)建議，為后續(xù)教學(xué)提供借鑒。

2）線下教學(xué)設(shè)計(jì)

在課堂教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)安排主要分為以下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)線上討論情況和教學(xué)平臺(tái)的“課程學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)”，對(duì)普遍存在的問(wèn)題、和難度大，晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行面對(duì)面分析解答。（2）根據(jù)知識(shí)點(diǎn)安排貫穿項(xiàng)目模塊，并組織課堂討論和練習(xí)。（3）根據(jù)學(xué)生的線上線下學(xué)習(xí)情況，布置課后練習(xí)，調(diào)整線上測(cè)試試題。通過(guò)有針對(duì)性的訓(xùn)練，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容重難點(diǎn)的掌握和運(yùn)用能力。

2.3實(shí)踐教學(xué)改革

根據(jù)課程性質(zhì)，制定實(shí)踐教案。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，創(chuàng)建實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)。通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、學(xué)科競(jìng)賽、校企合作平臺(tái)等方式強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)。

2.3.1實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)大綱和理論教學(xué)計(jì)劃，選取和設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目，創(chuàng)建實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)。在選取實(shí)踐項(xiàng)目時(shí)要考慮是否能貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，完成項(xiàng)目后能形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，使學(xué)生有獲得感和成就感。另外，還需考慮實(shí)踐項(xiàng)目的難度，要根據(jù)學(xué)生的知識(shí)水平和能力，選取難度適中的項(xiàng)目，避免使學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中產(chǎn)生畏難情緒。

實(shí)踐項(xiàng)目主要來(lái)源：1）教材配套的實(shí)踐教程；2）協(xié)同育人單位實(shí)訓(xùn)案例；3）網(wǎng)絡(luò)上一些開(kāi)源項(xiàng)目；4）學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目等。在確定實(shí)踐項(xiàng)目后，根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)適當(dāng)調(diào)整項(xiàng)目的需求，再根據(jù)實(shí)踐項(xiàng)目的難易度進(jìn)行分級(jí)，便于在不同的教學(xué)階段進(jìn)行布置。

2.3.2 實(shí)踐教學(xué)形式

實(shí)踐教學(xué)形式分為：課堂實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)及學(xué)科競(jìng)賽。實(shí)踐項(xiàng)目以團(tuán)隊(duì)的形式完成，每個(gè)學(xué)生發(fā)揮自己的特長(zhǎng)。其中，課堂實(shí)踐項(xiàng)目和課程設(shè)計(jì)最后以答辯的形式展示自己的項(xiàng)目。在實(shí)施實(shí)踐教學(xué)前，先根據(jù)學(xué)生在理論教學(xué)中的表現(xiàn)以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。每組3～5人，按能力高、中、低進(jìn)行搭配合作，并推選出組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)改組實(shí)踐任務(wù)的分配和管理。

1）在課堂實(shí)踐教學(xué)中，使用貫穿項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐。在課前，教師先準(zhǔn)備好實(shí)踐指導(dǎo)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布給學(xué)生，讓學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)踐內(nèi)容，各組組長(zhǎng)提前分配組內(nèi)各成員的實(shí)踐任務(wù)。課上，教師先講解本次實(shí)踐的目的、重點(diǎn)和難點(diǎn)，并隨堂解答學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

2）課程設(shè)計(jì)集中安排1～2周的時(shí)間進(jìn)行集中實(shí)踐。實(shí)踐項(xiàng)目可以是實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)中的項(xiàng)目，也可以直接引入?yún)f(xié)同育人企業(yè)的實(shí)訓(xùn)案例。由協(xié)同育人企業(yè)1～2名講師全權(quán)負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，校內(nèi)教師輔助教學(xué)。

3）動(dòng)員學(xué)生積極報(bào)名參加各類程序設(shè)計(jì)大賽，并利用線上教學(xué)平臺(tái)和周末對(duì)學(xué)生進(jìn)行競(jìng)賽輔導(dǎo)。

2.4考核機(jī)制改革

課程考核不再以簡(jiǎn)單的筆試成績(jī)?yōu)橹饕罁?jù)。以理論水平+實(shí)踐中學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力等各方面表現(xiàn)為依據(jù)，制定新的評(píng)價(jià)體系，鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)踐，創(chuàng)造性地完成實(shí)驗(yàn)。具體考核參考如下：1）出勤及課堂表現(xiàn)：20%；2）課外編程作業(yè)：20%；3）實(shí)驗(yàn)完成情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告：30%；4）期末測(cè)試：30%。

3 總結(jié)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)主要研究如何從對(duì)象的角度出發(fā)，構(gòu)建程序單元以及程序開(kāi)發(fā)機(jī)制，是一門理論與實(shí)踐并重的程序設(shè)計(jì)課程。在“新工科”背景下，改課程教學(xué)改革的重點(diǎn)在于如何將實(shí)踐貫穿到理論教學(xué)中，以及使學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中更深層次的理解和掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想，并通過(guò)實(shí)踐，提高學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目管理能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使之逐漸成長(zhǎng)為具有“可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力”的人才。

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