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1、计算机专业程序设计能力培养模式的探索与实践耿国华 刘晓霞 董卫军西北大学信息科学与技术学院,西安 710069， 摘要 分析了计算机专业程序设计能力培养的重要性。在多年计算机专业教学实践中，探索计算机专业程序设计能力培养模式。采用计算机专业程序设计能力培养的四阶段课程体系；实施“基础技术应用”的三层次系列化教材建设思路；总结了强化创造性思维能力培养的方法；提出并实践四层次程序设计人才培养新模式；以数据结构国家精品课程为中心，注重教学资源学习平台建设。计算机科学是一种创造性思维活动，其教育必须面向设计。计算机的本质是“程序的机器” ， 只有懂得程序设计，才能懂得计算机，真正了解计算机是怎样工作的
2、。程序设计能力在计算机学科知识体系中具有核心的重要位置，对计算机专业的学生来说不仅是职业技能的培养，也体现着创造性思维的信息素质培养过程。程序设计正是有形表达抽象思维的方法，在程序设计过程中贯穿阅读判断、分析思考、工具利用、抽象表达、综合创造等多项技能，对计算机专业人才素质的培养至关重要。面对信息新技术发展和国家对人才信息素质培养的需求，依据我们多年在程序设计教学实践的积累，实施对本科程序设计类课程的教学改革，在大学计算机本科教学过程中，贯穿程序设计基础、方法、提高、应用能力的信息素质培养，逐步形成了科学的程序设计课程体系、立体化的教材内容、系列化实践训练的教学模式。经过 6 年建设，效果显著
3、：主持建设的数据结构被评为2004 年陕西省精品课程，主持建设的数据结构被评为 2006 年国家精品课程；主编出版 4 部程序设计教材，其中数据结构-C 语言描述教材获得陕西省优秀教材一等奖，用于国内几十所大学的本科教学，其配套资源（面向教师的多媒体课件和面向学生的课程资源网站）使用效果好；学生信息素质大幅度提高，多名学生获得国家级省级数学建模比赛奖励，5 人次获得计算机世界奖学金，毕业学生的程序设计能力普遍得到用人单位的好评。一、构建程序设计基础培养四阶段课程体系根据人才信息素质的培养需求，在计算机本科四年中多门课程中贯穿程序设计能力培养的主线要求。实施了以计算机导论与 C 语言程序设计为公
4、共基础的程序逻辑训练、以高级程序设计技术为核心的程序设计方法培养、以数据结构为支持的数据与程序抽象能力培养、以C+程序设计贯穿面向对象程序设计新理念，并开设 Java、VC+、LINX 等程序设计类选修课程，形成了“基础训练+方法培养+提高能力+拓展层面+实践应用”的程序设计教学新模式，在强化程序设计能力培养过程中发挥了重要的作用。二、编写“基础技术应用”的三层次系列化教材教材是体现教育思想、教育理念的载体，是教学内容、教学方法与手段的集中表现。2001 年以来，我们相继在高等教育出版社、电子工业出版社、人民邮电出版社出版了 4 本系列化教材和一本翻译教材，融入我们在程序设计教学改革与实践的新
5、成果，已应用于几十所大学程序设计类教学过程。普遍反映教材符合普通高校程序设计基础教学和专业教学的实际，效果好。1.系列化教材构成由计算机导论与 C 语言程序设计 、 高级程序设计技术 、 数据结构形成“基础学习典型技术算法应用”的系列化程序设计教材。计算机导论与 C 语言内容体系突出信息素质培养基础训练。教材采用计算机基础、程序设计基础、C 语言程序设计三大层面的内容框架。对在校理科学生进行严谨的逻辑思维能力训练，有助于提高信息素质，培养学生用计算机程序设计去解决问题。高级程序设计已从 2001 年开始相继出了 3 版讲义，将于今年正式出版。考虑学生程序设计内容的前续基础，着眼与总结与提高的要
6、求，内容包括高级语言程序设计的实用技术、高级数据类型概念使用以及常用的程序设计方法三部分。着重介绍了穷举搜索法、递归法、贪婪法等常用的程序设计方法思想与实例，为认识程序世界得到新知。数据结构教材采用抽象数据类型和面向对象的新观点，突出数据组织方法与实现技术构成，集中体现了分解、抽象和信息隐蔽基本原则。抓住抽象数据类型的中枢位置，以构造性思维训练为重点，强化程序抽象和数据抽象能力的培养。将教学内容分为基本概念、基本结构、基本技术三个层次，贯穿计算机科学中的一些重要的问题求解技术，符合认知规律。翻译国外教材面向对象系统的测试 ，引进国外一流大学的先进教学思路，借鉴国外课程，调整、更新和充实教学内容
7、，采用双语教学方式，努力与教育国际化的培养目标接轨。2.系列化教材特色体系完整，结构严谨，实用易学，符合教与学的需求。注重应用，强调实践，原理知识与应用技术紧密结合。内容先进，实用技术与新技术相结合。在介绍基本原理和应用技术的同时，注重引入一些新技术、新方法和新理念，反映出计算机应用领域的新成果。教材中含有实训内容或配套实训教学资源。在配套实训中设计基础与验证型、设计与开发型、研究与创新型的多层次实验内容，并设计了不同类型层次的练习与测试题。数据结构教材 2003 年获得陕西省优秀教材一等奖；配套多媒体课件获省计算机教育学会 2003 年优秀课件一等奖；计算机导论与 C 语言获2006 年陕西
8、省信息产业厅优秀教材奖。出版相关教材 4 部， 3 部列入国家十一五规划教材。 三、提出并实施四层次程序设计人才培养新模式以课程体系为基础，提出并实施“基础训练+提高能力+拓展层面+实践应用”的四层次程序设计人才培养模式。1.基础训练程序设计基础训练课程包括两类：一是面向非计算机理工类专业的公共基础课，二是面向计算机专业的专业基础课；它开设在大学一年级，是大学阶段系统认识计算机、应用计算机的入门课程，通过程序设计的词法、语法、使用方法的学习，要求掌握、体会使用计算机解决问题的基本技能。2.提高能力程序设计能力提高课程开设在 2 年级，作为程序设计基础的提高，主要途径有两个：一是高级程序设计技术
9、课程，重点学习典型的程序设计方法技术，便于学生训练掌握。二是数据结构课程，通过构造性思维的训练，重点突出数据抽象与程序抽象能力的培养。3.拓展层面包括工具类别与应用环境的拓展，主要以选修课形式开设在三、四年级。在具有良好 C 程序设计能力基础上，展开其他新型程序设计工具层面，如开设Java、VC+、VB 等程序设计类选修课程，增强学生掌握新工具举一反三触类旁通的能力；应用环境的拓展，随着我国计算机应用水平的提高，国内高端市场份额的增加，熟悉和使用 UNIX 环境已成为计算机科学与技术专业应当掌握的重要技术。自 2003 年来为计算机科学与技术专业学生在四年级开设了“UNIX 环境编程”和“Li
10、nux 程序设计”等与高端市场接轨的课程，注重提高适应新环境的程序设计能力。4.实践应用自 2001 年以来，在程序设计类课程都增大了实践比例，实践课时占到总学时的 1/3 或 1/2，突出了实践能力，在实验设计中，既重视理论知识的重现，又注重学生解决实际能力的培养；既考虑学生的总体基础，又考虑学生的个体差异；既要考虑知识性，又要考虑趣味性。因此，我们采用层次化设计思想，把实验自下而上分为知识层、应用层和综合层三个层次。知识层注重对知识的理解和掌握，应用层重点在于巩固与应用，综合层则关注综合与创新。知识层为应用层和综合层的基础，综合层为知识层和应用层的提高和深化。数据结构课程还增设课程设计；学
11、生在校期间参加科研训练，在毕业论文设计中，大部分学生都可使用 VC+做系统级深层次应用。四、强化创造性思维能力培养计算机程序设计能力，对计算机专业学生的知识结构、技能的提高和智力的开发变得越来越重要，技能培养的重要程度决不亚于知识传授。对程序设计能力的提高来讲，编程序不难，编好程序不易。质的飞跃来自量的积累、艰苦的磨练，所以良好的专业技能和创造性思维培养的关键在于实践。程序设计是高强度的脑力劳动，是创造性的艺术，不是听会的，其真知灼见是从实践中获得的，只有提高了科学思维，学会了程序设计的真本领，才会将知识与技术变成能力，应用自如。1.案例驱动教学：兴趣引导采用案例教学法，即不是先进行理论知识的
12、灌输，而是通过实例的演示，让学生对所学知识产生兴趣，有了一定的感性认识之后，再提升到理论高度，循序渐进掌握知识。经过多年的探索，总结出重点讲授解题思路、算法设计以及编程构思，突出上机训练，在编写程序的过程中学生进行探索，程序设计的成果能极大地增加学生的成就感、培养学生程序设计的兴趣，采用案例教学方式，通过形象思维加深理解巩固知识，便于学生掌握利用计算机程序设计来解决问题的技术与方法。通过案例驱动教学强化公共层面逻辑思维能力的培养，突出专业层面的基本程序设计能力训练。好的程序设计案例所采用的程序设计方法教会学生用适当的语言清晰地表达他的思考过程。2.指导大运动量实践反馈训练：加强创造性思维培养数
13、据结构的学习过程，是进行复杂程序设计的训练过程。技能培养的重要程度不亚于知识传授。难点在于让学生理解、习惯算法构造思维方法。针对数据结构技术性与综合性较突出的特点，提出并实施了“指导大运动量实践反馈”教学法。通过作业练习、课程实习、课程设计三个环节来实现实践过程，前者偏重于对课程内容的理解，后者侧重于软件设计综合训练，促进了专业学生逻辑抽象能力和创新能力的培养。3.项目训练：提高应用能力通过“项目训练”方法，提出课程设计规范要求，突出关键技术要点，贯穿基本技能训练主线，精心设计综合性实验，体现加强实践能力培养的重要思路。数据结构课程设计是进行软件开发综合训练的第一门课，通过选用具有一定实用性的
14、综合题目，采用学生个人进行和小组合作的方式，通过问题分析、总体结构设计、用户界面设计、程序设计基本技能和技术的一系列过程, 培养学生动手实践、和作研究、协作开发大型软件项目的能力，培养学生软件工程正规方法的设计与实现，为专业技能训练提供基础。通过“项目训练”方式，将学生引入具体的项目研发，使学生有更多的主动学习的机会，培养了科研能力。4提高学生兴趣力与创新能力通过竞赛等多种活动，为学生提供展现程序设计能力的舞台，激发学生学习的主动性。已连续 7 年开展全校“电脑文化节” 、 “网页设计大赛” 、 “计算机操作大赛” 、 “FIASH 竞赛” 、 “计算机知识竞赛” ；学生参加省级国家级数学建模
15、比赛，5 人次获得国家级奖励，19 人次获得省级奖励；在程序设计大赛中取得优异成绩，获得多项奖励，5 人次获得计算机世界奖学金；获得省大学生挑战杯一等奖。五、加强教学资源建设用信息技术改进教学方式利用信息新技术实现了课内多媒体教学、课外 Web 自主学习的教学方式，改进课堂、课外教学。1.课堂：多媒体课件助教助学根据课程特点，开发与课程内容与教学特点相适应的多媒体课件。C 语言程序设计的教学课件就采用 PPT 方式，便于教师更新、补充课堂教学内容；数据结构课程的难点在于对抽象算法本质的理解，制作了全动画的多媒体课件，利用 Flash 开发，以动画的形式来展现算法；提供选件控制方式，便于教师对教
16、学内容进行重组。目前有几十所院校使用课件，学生普遍反映效果好。立体化的网页式多媒体课件助教助学，规范了教学内容，使授课过程突出了知识点，增加了信息量。 2.课外：自主学习的资源平台网上提供了课后练习测试、同步训练、在线答疑、提交作业子系统，建设并丰富了计算机导论与 C 语言 、 数据结构课程网站，提供了教学大纲、电子教案、电子教材、课堂视频、多媒体课件、参考文献、联系教师、相关题库等教学资源，丰富了学生课程学习的层面。使学生通过计算机网络在线学习，和教师在线交流，快速入门、提高，促进学生主动学习。六、建设精品课程，发挥示范作用经过多年的课程建设与教材改革，形成以数据结构国家级精品课程为中心，建设了基于网络的教学资源库、4 门课程网站、网络考试系统和网络资源学习平台，使用效果好。建设国家级精品课程一项,省级精品课程两项：数据结构在 2006 年被评为国家级精品课程；在 2004 年被评为陕西省精品课程; 建成C 语言程序
