基于工程教育認證的程序設(shè)計平臺課教法改革

石蘊玉 劉翔 湯顯 俞雷

摘要：基于工程教育專業(yè)認證，從學(xué)科基礎(chǔ)平臺課的角度分析了程序設(shè)計課程在講授過程中遇到的挑戰(zhàn)及問題，并為此緊密聯(lián)系工程教育認證的核心理念對該課程進行教法改革，重新梳理課程定位并整合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的理論體系，對課程內(nèi)容、實踐教學(xué)、授課方式等多方面進行了實踐探索，在此基礎(chǔ)上完善教學(xué)大綱、更新教學(xué)內(nèi)容、建設(shè)教學(xué)資源庫和實驗案例資源庫，并根據(jù)授課對象的知識背景靈活把握教學(xué)方式，進而實現(xiàn)程序設(shè)計與專業(yè)問題的深度融合，培養(yǎng)學(xué)生具備應(yīng)用信息技術(shù)對復(fù)雜工程問題進行預(yù)測、模擬和求解的能力。

關(guān)鍵詞：工程教育認證;程序設(shè)計類課程;學(xué)科基礎(chǔ)平臺課;教法改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）42-0099-03

一、引言

基于新工科建設(shè)背景，為了推進工程教育認證進程，學(xué)校及學(xué)院正積極進行培養(yǎng)計劃的全新變革，其中擔(dān)負培養(yǎng)計算思維能力的程序設(shè)計類課程作為學(xué)科平臺必修課，正處于各專業(yè)解決復(fù)雜工程問題的信息技術(shù)的執(zhí)行層，理應(yīng)順應(yīng)新形勢的變化進行必要的課程改革，以實現(xiàn)程序設(shè)計與專業(yè)問題的交叉融合，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、認知能力、創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

二、課程定位及改革背景

面向產(chǎn)業(yè)、面向世界、面向未來建設(shè)的新工科教育以新理念、新模式來培養(yǎng)具有可持續(xù)競爭力的創(chuàng)新型卓越工程人才，“問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容，更新工程人才知識體系”。在工程類高校接受專業(yè)教育后，畢業(yè)生將面臨由信息化引發(fā)的“互聯(lián)網(wǎng)+”、“工業(yè)4.0”、“人工智能”等新興產(chǎn)業(yè)。新工科人才應(yīng)具有學(xué)科交叉融合特征，其中最重要的即融合專業(yè)知識與信息技術(shù)，利用信息技術(shù)來進行專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)或?qū)W科專業(yè)之間的創(chuàng)造性與主動性工作。

我國加入“華盛頓協(xié)議”以來，學(xué)院各專業(yè)積極對標(biāo)工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)。在工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)中，要求學(xué)生具備能夠應(yīng)用信息技術(shù)對復(fù)雜工程問題進行預(yù)測、模擬和求解的能力;要求計算機類課程內(nèi)容能夠?qū)I(yè)問題求解提供一種信息技術(shù)的支撐，使學(xué)生能夠運用信息技術(shù)解決復(fù)雜專業(yè)問題的能力。

在工程認證中，一個課程是否開設(shè)要看它是否對畢業(yè)要求有所支撐。在以往的學(xué)科平臺必修課中，程序設(shè)計類課程為《高級語言程序設(shè)計A》，以講述C語言的語法知識和初步的設(shè)計思維為主。經(jīng)調(diào)研，我國高校工科專業(yè)均為本科學(xué)生開設(shè)了一門程序設(shè)計課程，主要以講授C語言為主，這證明此前的程序設(shè)計類課程已符合工程類院校學(xué)科的專業(yè)課程設(shè)置。

C語言作為一種面向過程的語言，可以提供初級規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計解決思路，一個系統(tǒng)的代碼如果不多，可通過面向過程思路將系統(tǒng)劃分為多個過程（多個函數(shù)+各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）進行系統(tǒng)設(shè)計。但當(dāng)面向過程面對復(fù)雜的系統(tǒng)或復(fù)雜的世界時則突顯出其不足之處，對于學(xué)科各專業(yè)的畢業(yè)要求也體現(xiàn)了支撐能力的部分缺失。在復(fù)雜工程問題的求解中，如何更好地理解和抽象復(fù)雜問題變得更加重要，如何讓學(xué)生在快速掌握程序設(shè)計語言的同時，能夠采用該語言對專業(yè)問題進行求解則值得深入思考及探索。

面向?qū)W科平臺所有學(xué)生，體現(xiàn)計算思維和復(fù)雜問題設(shè)計求解的教學(xué)內(nèi)容，是新工科背景下的程序設(shè)計類課程的基本問題。因而，《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》作為全新建設(shè)的程序設(shè)計類課程，將開展面向過程向面向?qū)ο蟮霓D(zhuǎn)變，這不僅符合學(xué)生思維特征和認知能力的發(fā)展，而且有助于推進多學(xué)科多專業(yè)的交叉融合，更好地體現(xiàn)其學(xué)科基礎(chǔ)平臺課的定位和作用。

三、教法改革探索

（一）總體目標(biāo)及規(guī)劃

在明確程序設(shè)計類課程的建設(shè)背景和課程定位后，教法改革的總體建設(shè)目標(biāo)是依托新工科思維進行深入的課程建設(shè)，在課程內(nèi)容、實踐教學(xué)、授課方式等方面進行課程改革，確保以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向、以學(xué)生發(fā)展為中心、以復(fù)雜問題求解為核心，推行科學(xué)、技術(shù)與工程貫穿一致的教學(xué)理念，致力于培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、高層次、多樣化、創(chuàng)造性的多學(xué)科交叉創(chuàng)新型應(yīng)用人才，具體可分為以下幾點：

1.進一步明確適應(yīng)于學(xué)科基礎(chǔ)平臺課的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程框架體系及課程內(nèi)涵，完善教學(xué)大綱，更新教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)授課對象的知識背景靈活把握教學(xué)方式。

2.重新理解并整合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的理論體系，吸收基于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的經(jīng)典案例及創(chuàng)新發(fā)展，將主講教師的科研成果反哺于本科教學(xué)，在系統(tǒng)化的基礎(chǔ)上，以案例方式使之更加具體化。

3.以精益求精的態(tài)度完善教學(xué)課件，在此基礎(chǔ)上建設(shè)教學(xué)資源庫，包括課程大綱、教學(xué)安排、實驗安排、知識點歸納、項目案例分析等，確保教學(xué)資料的正確率以及傳播率。

4.提高實踐環(huán)節(jié)與理論內(nèi)容的結(jié)合度，更新實驗內(nèi)容，增強實驗內(nèi)容之間的聯(lián)系，以循序漸進的方式逐步增加實驗內(nèi)容的難度，建立實驗案例資料庫。

5.加強教學(xué)隊伍的建設(shè)，合理配置師資隊伍，增加教學(xué)經(jīng)驗研討及教學(xué)方式實踐。

在課程規(guī)劃方面，將課程建設(shè)以授課時段為界，分為授課前、授課中、授課后這三個階段，每個階段應(yīng)明確課程建設(shè)的建設(shè)背景及意義，在新工科教育理念的指導(dǎo)下完成相應(yīng)的工作，具體工作可分為以下幾點：

1.授課前，根據(jù)新工科教育理念對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程進行深入思考及定位，優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，以體現(xiàn)其對各專業(yè)畢業(yè)要求的強有力支撐;重新梳理教學(xué)內(nèi)容體系框架及組織方式，著眼于對學(xué)生能力的培養(yǎng)，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向。

2.授課過程中，根據(jù)逐步優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容，對已有的授課講稿和電子講義進行補充、修改、完善，進行教材及相關(guān)資料建設(shè)，并及時發(fā)布給學(xué)生，聽取反饋意見;用多種工具，包括圖形圖像資料和模擬演示等來開發(fā)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計多媒體教學(xué)課件，以便于用于課程要點、難點的講解;用多種方式提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與課程參與度，并及時歸納總結(jié)授課效果，經(jīng)教師研討后可對后續(xù)教學(xué)進行及時的修正。

3.授課結(jié)束后，全體任課教師需要對課程進行深度總結(jié)，通過考試、訪談等方式來查看學(xué)生是否已具備基本的專業(yè)信息技術(shù)素養(yǎng)，是否可以借助信息技術(shù)應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的工程問題;召開內(nèi)部教學(xué)研討會，梳理教學(xué)目標(biāo)的達成情況，以及對畢業(yè)要求的支撐強度。

（二）教學(xué)改革細則

1.教材及相關(guān)資料建設(shè)。本課程教材使用的是由清華大學(xué)出版的《計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)教程：C++語言》。該教材遵循以計算思維能力培養(yǎng)為切入點的教學(xué)改革思路，以C++語言作為實現(xiàn)工具，介紹程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識與基本方法。全書以實際問題的求解過程為向?qū)?，突出從問題到算法、再到程序的一種思維過程，強調(diào)計算機求解問題的思路引導(dǎo)與程序設(shè)計思維方式的訓(xùn)練，既介紹C++語言在面向過程程序設(shè)計中的應(yīng)用，又介紹C++語言在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的應(yīng)用，重點放在程序設(shè)計的思想與方法上，因而該教材與本課程建設(shè)的背景相吻合。

通過本課程建設(shè)，將結(jié)合我校教學(xué)實際以及計算機新技術(shù)的發(fā)展重新修訂教學(xué)大綱，并依照教學(xué)大綱，完成面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計教學(xué)資料庫的建設(shè)，在后續(xù)的工作中，將對教學(xué)資料庫進行有效總結(jié)，以出版適用于我院學(xué)科特點和專業(yè)特色的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計教程或教材。

2.實踐教學(xué)條件建設(shè)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是一門工具類課程，也是一門實踐性很強的課程，根據(jù)信息技術(shù)發(fā)展的需要，面向?qū)W科內(nèi)全體學(xué)生，將深入調(diào)研各專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用前景，以問題求解為向?qū)В园咐蠼鉃榛鶞?zhǔn)，在本課程建設(shè)中，仔細籌劃并重新制定面向復(fù)雜工程問題的實驗教學(xué)內(nèi)容，將理論教學(xué)與實驗教學(xué)進行結(jié)合。保證實驗教學(xué)內(nèi)容可以涵蓋前期的課堂講授教學(xué)內(nèi)容，并且難易程度符合當(dāng)前授課對象的平均水平，可采用多級實驗題目的方式設(shè)置難易程度并進行不同評分方式，使全體學(xué)生通過這門課的學(xué)習(xí)，為后繼專業(yè)內(nèi)課程的學(xué)習(xí)打下扎實的信息技術(shù)基礎(chǔ)。

3.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)。在信息爆炸的時代，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的教學(xué)在改革傳統(tǒng)教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)手段的同時，更應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。通過這次課程建設(shè)，課程的教案、電子講稿、電子演講稿等教學(xué)資源將上網(wǎng)，保證在學(xué)習(xí)者中進行有效的傳播。教師隊伍將查找近期與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計相關(guān)的國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)課程，借鑒課程內(nèi)容的組織方案和講述方式，定期研討交流，并形成相應(yīng)的研討報告，通過課程網(wǎng)站為學(xué)生進一步明確課程內(nèi)容設(shè)置的原因和背景，以及明確需要學(xué)生進行課外閱讀或網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的資源列表。在課程建設(shè)過程中，將通過網(wǎng)絡(luò)的在線編程平臺，通過布置編程作業(yè)等方式，增加學(xué)生的代碼編寫量，并培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計和問題求解能力。

4.教學(xué)方式實踐探索。在教學(xué)方法方面，除了啟發(fā)式、討論式、點突破等方法之外，還增加了產(chǎn)學(xué)合作的教學(xué)方式。在課堂上結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC+SPOC等有效地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以激發(fā)學(xué)生的認知潛能，促使學(xué)生思考專業(yè)應(yīng)用問題;每學(xué)期留一個專題對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用展開討論，將理論與實際相結(jié)合，為學(xué)生畢業(yè)后的工作和繼續(xù)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ);在點突破的過程中加入案例式教學(xué)，通過模擬現(xiàn)實生活或工程場景中的一些問題，讓學(xué)生開拓思維，認識到面向?qū)ο缶幊趟季S在生產(chǎn)生活中的重要作用。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，與時俱進地更新和整合課程的內(nèi)容和教學(xué)理念，拓寬校企合作渠道，探索聘請知名企業(yè)的工程師來課堂講學(xué)等方式，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生求解復(fù)雜工程問題的信心。

四、結(jié)束語

基于新工科建設(shè)背景，面向工程教育認證進行學(xué)科平臺程序設(shè)計類課程的教法改革，能夠進一步明確面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程框架體系及課程內(nèi)涵，重新理解并整合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的理論體系，完善教學(xué)大綱，更新教學(xué)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上建設(shè)教學(xué)資源庫和實驗案例資源庫，并根據(jù)授課對象的知識背景靈活把握教學(xué)方式，進而實現(xiàn)程序設(shè)計與專業(yè)問題的深度融合，培養(yǎng)學(xué)生具備能夠應(yīng)用信息技術(shù)對復(fù)雜工程問題進行預(yù)測、模擬和求解的能力。

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