應(yīng)用型本科電子信息類專業(yè)編程能力培養(yǎng)

耿鵬，程勇，王青云

（南京工程學(xué)院通信工程學(xué)院，江蘇南京 211167）

電子信息類專業(yè)所涉及的領(lǐng)域是我國目前發(fā)展迅速的行業(yè)，代表著新經(jīng)濟、新動力和新興產(chǎn)業(yè)方向。隨著我國設(shè)備制造技術(shù)的日趨成熟，各個制造商之間競爭激烈，使得設(shè)備本身的利潤大大降低。因此，當(dāng)前的電子信息行業(yè)正面臨著由“面向設(shè)備制造”到“面向信息服務(wù)”的轉(zhuǎn)型[1]。這也是我國逐步由“制造經(jīng)濟”轉(zhuǎn)向“服務(wù)經(jīng)濟”的具體體現(xiàn)之一。在此背景下，電子信息類行業(yè)的發(fā)展也逐漸由“硬件為主”轉(zhuǎn)向了“軟硬兼施”。在研發(fā)階段，也十分注重硬件設(shè)計軟件化的方式。例如近年來的研究熱點：軟件定義網(wǎng)絡(luò)[2]（Software Defined Network,SDN），其主要思想就是把底層設(shè)備之間的差異屏蔽掉，對設(shè)備上的控制權(quán)進(jìn)行分離處理，利用集中的控制器來統(tǒng)一管理，以軟件的形式定義任何想實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸策略，從而實現(xiàn)更加靈活和智能的網(wǎng)絡(luò)功能。軟件開發(fā)、測試和維護(hù)能力在電子信息類專業(yè)中的地位越來越高，要求我們必須重視針對電子信息類專業(yè)的軟件類課程規(guī)劃，以提高大學(xué)生專業(yè)內(nèi)的編程能力，努力培養(yǎng)符合新形勢發(fā)展要求的人才。

對應(yīng)用型本科而言，需要與傳統(tǒng)的高、精、尖學(xué)術(shù)性人才培養(yǎng)模式進(jìn)行區(qū)別，要求在基礎(chǔ)理論知識夠用的前提下注重工程實踐能力的培養(yǎng)[3]。因此，應(yīng)用型本科院校的電子信息類專業(yè)更加應(yīng)該重視系統(tǒng)級的開發(fā)、設(shè)計和維護(hù)能力培養(yǎng)，將軟件教育和硬件教育相結(jié)合，進(jìn)行課程體系教學(xué)改革。該文以南京工程學(xué)院通信工程學(xué)院為背景，對應(yīng)用型本科電子信息類專業(yè)學(xué)生的編程能力培養(yǎng)做一個初步探索，包括課程體系結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容和創(chuàng)新性教學(xué)模式等內(nèi)容。

1 電子信息類專業(yè)編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國應(yīng)用型本科電子信息類專業(yè)對學(xué)生編程能力培養(yǎng)的課程設(shè)置主要體現(xiàn)在四個環(huán)節(jié)之中。一是體現(xiàn)在“C語言、C++語言”和“Java 語言”等語言類課程教育中；二是體現(xiàn)在“信號與系統(tǒng)、通信原理、數(shù)字信號處理”和“計算機網(wǎng)絡(luò)”等課程的仿真教學(xué)中；三是體現(xiàn)在基于“單片機、ARM”和“DSP”等硬件平臺的軟件系統(tǒng)教育中；四是體現(xiàn)在另設(shè)的純軟件開發(fā)類課程中，如“Web 開發(fā)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”和“Android 系統(tǒng)開發(fā)”等。例如，南京工程學(xué)院通信工程學(xué)院的電子信息工程專業(yè)，其教學(xué)安排中的課程進(jìn)度與編程能力培養(yǎng)的關(guān)系如圖1所示?？梢钥闯?，與編程能力培養(yǎng)相關(guān)的課程體系存在著課程延續(xù)性不足的缺點。一方面，C語言課程僅僅是教會了學(xué)生正確編程的能力，并沒有講究程序的規(guī)范性和軟件系統(tǒng)的有效組織性，需要在大二階段添加“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門課程；另一方面，并沒有針對專業(yè)特點的仿真工具進(jìn)行獨立設(shè)課，而是在具體專業(yè)基礎(chǔ)課程中現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，這樣必定達(dá)不到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果，建議在大一階段設(shè)立類似“Matlab 仿真技術(shù)”的短學(xué)時課程。

編程能力的培養(yǎng)重點在于實踐操作，各個院校的電子信息類專業(yè)與編程能力培養(yǎng)相關(guān)的實踐環(huán)節(jié)主要包括：實驗、課程設(shè)計、項目訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計等。例如，南京工程學(xué)院通信工程學(xué)院的電子信息工程專業(yè)，其構(gòu)建的實踐能力體系明確了四個環(huán)節(jié)：課內(nèi)實驗和獨立實驗、電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)實訓(xùn)、電子信息類專業(yè)綜合實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計[4]，其中與編程能力培養(yǎng)相關(guān)的實踐環(huán)節(jié)進(jìn)度如圖2所示。從圖2中可以看出，與編程能力培養(yǎng)相關(guān)的實踐體系存在著覆蓋度不夠的缺點，建議在獨立實驗和電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)實訓(xùn)中增加軟件相關(guān)內(nèi)容。

另外，從教學(xué)方式上來看，現(xiàn)階段電子信息類專業(yè)的大學(xué)教育仍然以知識灌輸性課堂教學(xué)為主[5]。在這種模式下，學(xué)生僅僅根據(jù)教師的課堂要求進(jìn)行記錄，最終以考試通過為根本目的。這使得學(xué)生的學(xué)習(xí)無法建立一個學(xué)以致用的方向感，并且學(xué)習(xí)過程變得枯燥無味。經(jīng)統(tǒng)計，在南京工程學(xué)院通信工程學(xué)院的學(xué)生座談會中，每屆學(xué)生都會提出所學(xué)課程不知道有何用處的問題。工科的相關(guān)課程本身就具有相對較難的特點，再加上沒有方向感，使得學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)積極性。因此，我們建議做如下改進(jìn)：一方面，在一系列經(jīng)典課程上，可以引進(jìn)知名大學(xué)的慕課教育[6]，采用線上線下相結(jié)合的O2O(Online To Offline)教學(xué)模式[7]，即學(xué)生提前在課堂外進(jìn)行慕課自學(xué)，然后由教師在課堂內(nèi)組織問題討論式教學(xué)；另一方面，針對專業(yè)性較強的課程，應(yīng)采用項目式教學(xué)模式[8]，讓學(xué)生知道所學(xué)知識的具體應(yīng)用場景，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的方向感和成就感。

該文將基于電子信息類學(xué)生的編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀，從理論與實踐課程體系建設(shè)和創(chuàng)新性教學(xué)模式兩方面進(jìn)行分析，探討一種行之有效的教育模式，以提高應(yīng)用型本科院校學(xué)生的編程實踐能力。

2 課程體系建設(shè)

圖1 課程進(jìn)度與編程能力培養(yǎng)關(guān)系圖

圖2 與編程能力培養(yǎng)相關(guān)的實踐環(huán)節(jié)進(jìn)度圖

圖3 大學(xué)生能力與時間關(guān)系圖

可以將應(yīng)用型本科大學(xué)生的能力劃分為基礎(chǔ)理論記憶能力、團(tuán)隊合作交流能力、知識應(yīng)用能力、學(xué)習(xí)與判斷能力和解決復(fù)雜問題能力等五方面，此五方面的能力強弱與大學(xué)四年的時間關(guān)系如圖3所示。可以看出，由于大一至大二期間的理論知識相關(guān)課程較多，此階段學(xué)生的基礎(chǔ)理論記憶能力較強，隨著后期實踐課程的增加，此能力會相對減弱。團(tuán)隊合作交流能力是一個持續(xù)重要的方面，它不僅體現(xiàn)在項目合作之中，也能體現(xiàn)在課程教學(xué)過程之中，例如，可以分組討論一些課程學(xué)習(xí)過程中的難點問題。知識應(yīng)用能力、學(xué)習(xí)與判斷能力和解決復(fù)雜問題能力會隨著專業(yè)學(xué)習(xí)的逐步深入而逐漸增強。大學(xué)生的編程能力也符合這一關(guān)系圖規(guī)律，依據(jù)此背景，我們將理論課程與實踐課程進(jìn)行融合，構(gòu)建一個層次劃分的課程內(nèi)容[9]和實踐環(huán)節(jié)如表1所示（將基礎(chǔ)理論記憶能力、團(tuán)隊合作交流能力、知識應(yīng)用能力、學(xué)習(xí)與判斷能力和解決復(fù)雜問題能力分別簡稱為能力1、能力2、能力3、能力4 和能力5）。

3 創(chuàng)新性教學(xué)模式

應(yīng)用型本科電子信息類專業(yè)教學(xué)模式中仍然存在著一些不利于能力培養(yǎng)的問題，例如，偏向傳統(tǒng)知識的傳授；教學(xué)過程以教師為中心，缺乏互動，無法調(diào)動學(xué)生積極性；教學(xué)內(nèi)容陳舊等[10]。這些問題直接造成學(xué)生的編程能力較差，難以適應(yīng)社會工作崗位的要求。目前國內(nèi)高校已經(jīng)逐漸認(rèn)識了這一缺陷，引入了許多新的教學(xué)模式，如慕課教育、翻轉(zhuǎn)課堂、項目式教學(xué)和O2O教學(xué)模式等。此類教學(xué)模式的具體實施方法可以參見文獻(xiàn)[6-8]，該文僅對表1所涉及的課程進(jìn)行分類，探討課程可能適應(yīng)的教學(xué)模式。

對于經(jīng)典課程，如高級語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機通信與網(wǎng)絡(luò)、信號與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號處理和通信原理，可以引進(jìn)知名大學(xué)的慕課教育。若該校在某些課程教學(xué)上處于國內(nèi)較先進(jìn)地位，或某些課程需要進(jìn)行本地特色教育，則可自建小慕課教育課程SPOC（Small Private Online Courses）。 在具體實施上，可在課程學(xué)習(xí)期間規(guī)定一定的課外學(xué)時，要求學(xué)生必須在線學(xué)習(xí)一定學(xué)時，期間任課教師進(jìn)行靈活答疑。在課堂內(nèi)，由于學(xué)生已經(jīng)進(jìn)行了自學(xué)，對相關(guān)知識較為熟悉，可采用分組討論式教學(xué)方法。這樣便最終形成了采用線上線下相結(jié)合的O2O 教學(xué)模式，實踐證明，此教學(xué)模式既加深了知識學(xué)習(xí)，又有利于提高學(xué)生的團(tuán)隊合作交流能力。

對于實用性、專業(yè)性較強的小眾課程，如Matlab仿真技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)、LINUX 系統(tǒng)基礎(chǔ)、DSP 芯片及應(yīng)用、安卓系統(tǒng)軟件開發(fā)和各類實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)采用項目式教學(xué)模式。此種教學(xué)模式將理論學(xué)習(xí)與工程實踐有效結(jié)合起來，以項目的形式，通過經(jīng)歷 “確立項目任務(wù)—制訂工作計劃—組織項目實施—檢查考核評估—總結(jié)評比歸檔”五大項目過程，實現(xiàn)“做中學(xué)”和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、動手能力、分析能力，合作能力，充分開發(fā)學(xué)生潛能[11]。實踐證明，項目式教學(xué)模式可以讓學(xué)生知道所學(xué)知識的具體應(yīng)用場景，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的方向感和成就感，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

4 結(jié)語

統(tǒng)計表明，近年來電子信息類專業(yè)學(xué)生從事軟件開發(fā)工作的人數(shù)占到畢業(yè)生總數(shù)的百分之五十以上。在此背景下，需要更加重視電子信息類專業(yè)的軟件類課程規(guī)劃，對教育教學(xué)方法進(jìn)行改革，提高學(xué)生專業(yè)內(nèi)的編程能力，以適應(yīng)新形勢的就業(yè)要求。該文分析了電子信息類學(xué)生的編程能力培養(yǎng)現(xiàn)狀，對應(yīng)用型本科院校中該類專業(yè)學(xué)生的編程能力培養(yǎng)進(jìn)行了初步探索，包括課程體系結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容和創(chuàng)新性教學(xué)模式等內(nèi)容，努力培養(yǎng)符合新形勢發(fā)展要求的大學(xué)生。

表1 基于能力圖的編程能力培養(yǎng)課程層次劃分表