耿國華

摘要：本文分析了計算機(jī)程序設(shè)計能力培養(yǎng)的重要性。在多年計算機(jī)專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中，形成以程序設(shè)計能力培養(yǎng)為核心的四階段課程體系，提出并實(shí)踐“基礎(chǔ)訓(xùn)練+提高能力+拓展層面+實(shí)踐應(yīng)用”的四層次程序設(shè)計人才培養(yǎng)模式，總結(jié)了以設(shè)計為中心的能力培養(yǎng)方法，實(shí)施“基礎(chǔ)一技術(shù)一應(yīng)用”的三層面立體化教材建設(shè)思路。同時，以“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”國家級精品課程為中心，注重教學(xué)資源平臺建設(shè)。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計能力；培養(yǎng)模式；精品課程；教學(xué)資源

計算機(jī)科學(xué)是一種創(chuàng)造性思維活動，其教育必須面向設(shè)計。計算機(jī)的本質(zhì)是“程序的機(jī)器”，只有懂得程序設(shè)計，才能懂得計算機(jī)，才能真正了解計算機(jī)的工作過程。程序設(shè)計在計算機(jī)學(xué)科知識體系中處于核心地位，對計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說不僅是職業(yè)技能的培養(yǎng)，也體現(xiàn)著創(chuàng)造性思維的信息素質(zhì)培養(yǎng)過程。程序設(shè)計也是有形表達(dá)抽象思維的方法，在程序設(shè)計過程中貫穿閱讀判斷、分析思考、工具利用、抽象表達(dá)、綜合創(chuàng)造等多項(xiàng)技能，對計算機(jī)專業(yè)人才素質(zhì)的培養(yǎng)至關(guān)重要。

面對信息技術(shù)發(fā)展和人才信息素質(zhì)培養(yǎng)的需求，依據(jù)我們多年在程序設(shè)計教學(xué)實(shí)踐的積累，實(shí)施對本科程序設(shè)計類課程的教學(xué)改革。貫穿程序設(shè)計基礎(chǔ)、方法、提高、應(yīng)用的信息素質(zhì)培養(yǎng)；逐步形成了科學(xué)的程序設(shè)計課程體系、立體化的教材內(nèi)容、系列化的實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)模式；提供與教學(xué)特點(diǎn)相適應(yīng)的多媒體課件；構(gòu)建自主學(xué)習(xí)的資源平臺，豐富學(xué)生課外學(xué)習(xí)；采用課內(nèi)課外結(jié)合的教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果。

一、形成程序設(shè)計四階段課程體系與四層次程序設(shè)計人才培養(yǎng)模式

依據(jù)專業(yè)人才信息素質(zhì)培養(yǎng)的需要，在計算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)中實(shí)施程序設(shè)計能力培養(yǎng)四年不斷線的課程體系。四年中，第一年為基礎(chǔ)訓(xùn)練階段，開設(shè)計算機(jī)導(dǎo)論、C語言程序設(shè)計等公共基礎(chǔ)課，培養(yǎng)程序設(shè)計基本技能；第二年為能力提高階段，開設(shè)高級程序設(shè)計技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，以程序設(shè)計方法、數(shù)據(jù)與程序抽象能力培養(yǎng)為核心；第三年為應(yīng)用環(huán)境拓展訓(xùn)練階段，開設(shè)C++、Java、vc++等程序設(shè)計新工具課程，貫穿面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計新理念，提高適應(yīng)新環(huán)境的程序設(shè)計能力；第四年為實(shí)踐應(yīng)用階段，開設(shè)LINX、UML等選修課程，通過課程設(shè)計、科研訓(xùn)練、系統(tǒng)級深層次實(shí)踐，提高綜合應(yīng)用能力。以課程體系為基礎(chǔ)，形成了“基礎(chǔ)訓(xùn)練+提高能力+拓展層面+實(shí)踐應(yīng)用”的四層次程序設(shè)計人才培養(yǎng)模式。

1基礎(chǔ)訓(xùn)練

程序設(shè)計基礎(chǔ)訓(xùn)練課程包括兩類：一是面向非計算機(jī)理工類專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，二是面向計算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它開設(shè)在大學(xué)一年級，是大學(xué)階段系統(tǒng)認(rèn)識計算機(jī)、應(yīng)用計算機(jī)的入門課程。通過程序設(shè)計的詞法、語法、使用方法的學(xué)習(xí)，要求掌握、體會使用計算機(jī)解決問題的基本技能。

2提高能力

程序設(shè)計能力提高課程開設(shè)在二年級，作為程序設(shè)計基礎(chǔ)的提高。主要途徑有兩個：一是“高級程序設(shè)計技術(shù)”課程，重點(diǎn)學(xué)習(xí)典型的程序設(shè)計方法技術(shù)，便于學(xué)生訓(xùn)練掌握；二是“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程，通過創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練，重點(diǎn)突出數(shù)據(jù)抽象與程序抽象能力的培養(yǎng)。

3拓展層面

工具類別與應(yīng)用環(huán)境的拓展課程，主要以選修課形式在三、四年級開設(shè)。在具有良好c語言程序設(shè)計能力基礎(chǔ)上，展開其他新型程序設(shè)計工具層面，如開設(shè)Java、vc++、VB等程序設(shè)計類選修課程，增強(qiáng)學(xué)生掌握新工具舉一反三、觸類旁通的能力。同時，隨著我國計算機(jī)應(yīng)用水平的提高，國內(nèi)高端市場份額的增加，熟悉和使用UNIX環(huán)境已成為計算機(jī)專業(yè)應(yīng)當(dāng)掌握的重要技術(shù)。自2003年以來，為計算機(jī)專業(yè)學(xué)生在四年級開設(shè)了“UNIX環(huán)境編程”和“Linux程序設(shè)計”等與高端市場接軌的課程，注重提高適應(yīng)新環(huán)境的程序設(shè)計能力。

4實(shí)踐應(yīng)用

自2001年以來，我們在程序設(shè)計類課程中增加了實(shí)踐課時，占總學(xué)時的1／3或1／2，加大了實(shí)踐比例。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計中，重視理論知識的重現(xiàn)，注重學(xué)生解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)；既考慮學(xué)生的總體基礎(chǔ)，又考慮學(xué)生的個體差異；既考慮知識性，又考慮趣味性。因此我們采用層次化設(shè)計思想，把實(shí)驗(yàn)自下而上分為知識層、應(yīng)用層和綜合層三個層次。知識層注重對知識的理解和掌握，應(yīng)用層重點(diǎn)在于鞏固與應(yīng)用，綜合層則關(guān)注綜合與創(chuàng)新。知識層為應(yīng)用層和綜合層的基礎(chǔ)，綜合層為知識層和應(yīng)用層的提高和深化。學(xué)生在校期間還參加科研訓(xùn)練，在畢業(yè)論文設(shè)計中，大部分學(xué)生都可使用Vc++做系統(tǒng)級深層次應(yīng)用。

二、編寫“基礎(chǔ)→技術(shù)→應(yīng)用”的三層面立體化教材

教材是體現(xiàn)教育思想、教育理念的載體，是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)手段的集中表現(xiàn)。教材的科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性為知識的傳授和能力的培養(yǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。2001年以來，我們相繼出版了4本系列化教材和翻譯教材，融入我們在程序設(shè)計教學(xué)改革與實(shí)踐的新成果，已應(yīng)用于幾十所大學(xué)程序設(shè)計類教學(xué)過程。普遍反映教材符合普通高校程序設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)和專業(yè)教學(xué)的實(shí)際，效果很好。

1教材構(gòu)成

由《計算機(jī)導(dǎo)論與c語言》、《高級程序設(shè)計技術(shù)》和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》組成了“基礎(chǔ)學(xué)習(xí)一典型技術(shù)一算法應(yīng)用”的立體化程序設(shè)計教材。

《計算機(jī)導(dǎo)論與c語言》內(nèi)容體系突出信息素質(zhì)培養(yǎng)基礎(chǔ)訓(xùn)練。教材采用計算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計基礎(chǔ)、c語言程序設(shè)計三大層面的內(nèi)容框架。對在校理科學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力訓(xùn)練，有助于提高信息素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生用計算機(jī)程序設(shè)計去解決問題。

著眼于總結(jié)與提高的要求，2001年開始我們相繼編寫了《高級程序設(shè)計技術(shù)》(3版)，內(nèi)容涉及高級語言程序設(shè)計的實(shí)用技術(shù)、高級數(shù)據(jù)類型概念使用以及常用的程序設(shè)計方法(窮舉搜索法、遞歸法、貪婪法等)三部分，為認(rèn)識程序世界提供新知。

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教材采用抽象數(shù)據(jù)類型和面向?qū)ο蟮男掠^點(diǎn)，突出數(shù)據(jù)組織方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)構(gòu)成，集中體現(xiàn)了分解、抽象和信息隱蔽基本原則。抓住抽象數(shù)據(jù)類型的中樞位置，以創(chuàng)造性思維訓(xùn)練為重點(diǎn)，強(qiáng)化程序抽象和數(shù)據(jù)抽象能力的培養(yǎng)。將教學(xué)內(nèi)容分為基本概念、基本結(jié)構(gòu)、基本技術(shù)三個層次，貫穿計算機(jī)科學(xué)中的一些重要問題的求解技術(shù)，符合認(rèn)知規(guī)律。

我們翻譯了國外教材《面向?qū)ο笙到y(tǒng)的測試》，借鑒國外課程先進(jìn)教學(xué)思路，調(diào)整、更新和充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，采用雙語教學(xué)方式，努力與教育國際化的培養(yǎng)目標(biāo)接軌。

2教材特色

“基礎(chǔ)一技術(shù)一應(yīng)用”的三層面立體化教材體系完整，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)用易學(xué)，符合教與學(xué)的需求；注重應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，原理知識與應(yīng)用技術(shù)緊密結(jié)合；內(nèi)容先進(jìn)，實(shí)用技術(shù)與新技術(shù)緊密結(jié)合，在介紹基本原理和應(yīng)用技術(shù)的同時，注重引入一些新技術(shù)、新方法和新理念，反映出計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的新成果。同時，教材中含有實(shí)訓(xùn)內(nèi)容或配套實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，在配套實(shí)訓(xùn)中設(shè)計基礎(chǔ)與驗(yàn)證型、設(shè)計與開發(fā)型、研究與創(chuàng)新

型的多層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并設(shè)計了不同類型層次的練習(xí)與測試題。

三、強(qiáng)化以設(shè)計為中心的創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)

計算機(jī)程序設(shè)計能力的培養(yǎng)，對計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的知識構(gòu)建、技能提高和智力開發(fā)變得越來越重要。

對程序設(shè)計能力的提高來講，編程序不難，編好程序不易。質(zhì)的飛躍來自量的積累和艱苦的磨煉，所以良好的專業(yè)技能和創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的關(guān)鍵在于實(shí)踐。程序設(shè)計是高強(qiáng)度的腦力勞動，是創(chuàng)造性的藝術(shù)，不是聽會的，其真知灼見是從實(shí)踐中獲得的，只有提高了科學(xué)思維，學(xué)會了程序設(shè)計的真本領(lǐng)，才會將知識與技術(shù)變成能力，應(yīng)用自如。

以設(shè)計為中心的能力培養(yǎng)，要通過案例設(shè)計實(shí)現(xiàn)興趣引導(dǎo)，通過課程設(shè)計加強(qiáng)創(chuàng)造性思維培養(yǎng)，通過項(xiàng)目訓(xùn)練提高應(yīng)用能力，通過競賽和畢業(yè)設(shè)計提升信息素質(zhì)綜合能力。

1案例驅(qū)動教學(xué)，實(shí)現(xiàn)興趣引導(dǎo)

通過設(shè)計案例的演示，激發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識的興趣。在具有感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，循序漸進(jìn)地總結(jié)解題思路、算法設(shè)計以及編程構(gòu)思，再提升到理論高度。教會學(xué)生用適當(dāng)?shù)恼Z言清晰地表達(dá)思考過程，在編寫程序的過程中體會成就感、體會用計算機(jī)程序設(shè)計解決問題的技術(shù)與方法。強(qiáng)化公共層面邏輯思維能力的培養(yǎng)，突出專業(yè)層面的基本程序設(shè)計能力訓(xùn)練。

2指導(dǎo)一大運(yùn)動量實(shí)踐一反饋，加強(qiáng)創(chuàng)造性思維培養(yǎng)

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的學(xué)習(xí)過程，是進(jìn)行復(fù)雜程序設(shè)計的訓(xùn)練過程。技能培養(yǎng)的重要程度不亞于知識傳授，難點(diǎn)在于讓學(xué)生理解、習(xí)慣算法的創(chuàng)造性思維方法。針對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”技術(shù)性與綜合性較突出的特點(diǎn)，提出并實(shí)施了“指導(dǎo)一大運(yùn)動量實(shí)踐一反饋”教學(xué)法。通過作業(yè)練習(xí)、課程實(shí)習(xí)、課程設(shè)計三個環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)實(shí)踐過程，前者偏重于對課程內(nèi)容的理解，后者側(cè)重于軟件設(shè)計綜合訓(xùn)練，促進(jìn)了專業(yè)學(xué)生邏輯抽象能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3項(xiàng)目訓(xùn)練，提高應(yīng)用能力

通過“項(xiàng)目訓(xùn)練”方法，提出課程設(shè)計規(guī)范要求，突出關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，貫穿基本技能訓(xùn)練主線，精心設(shè)計綜合性實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要思路。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是進(jìn)行軟件開發(fā)綜合訓(xùn)練的第一門課，通過選用具有一定實(shí)用性的綜合題目，采用學(xué)生個人進(jìn)行和小組合作相結(jié)合的方式，通過問題分析、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、用戶界面設(shè)計等一系列過程，培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐、合作研究、協(xié)作開發(fā)大型軟件項(xiàng)目的能力，培養(yǎng)學(xué)生軟件工程正規(guī)方法的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)的能力，為專業(yè)技能訓(xùn)練提供基礎(chǔ)。通過“項(xiàng)目訓(xùn)練”方式，將學(xué)生引入具體的項(xiàng)目研發(fā)，使學(xué)生有更多的主動學(xué)習(xí)機(jī)會，培養(yǎng)了科研能力。

4激發(fā)學(xué)生的興趣力與創(chuàng)新能力

通過競賽等多種活動，為學(xué)生提供展現(xiàn)程序設(shè)計能力的舞臺，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。已連續(xù)7年開展全校電腦文化節(jié)、網(wǎng)頁設(shè)計大賽、計算機(jī)操作大賽、FIASH競賽、計算機(jī)知識競賽；學(xué)生參加省級國家級數(shù)學(xué)建模比賽，5人次獲得國家級獎勵，19人次獲得省級獎勵；在程序設(shè)計大賽中取得優(yōu)異成績，獲得多項(xiàng)獎勵，5人次獲得計算機(jī)世界獎學(xué)金，獲得省大學(xué)生挑戰(zhàn)杯一等獎、國家大學(xué)生挑戰(zhàn)杯三等獎。

四、加強(qiáng)精品課程教學(xué)資源建設(shè)

以“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”國家級精品課程為中心，建設(shè)了基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)資源庫、課程網(wǎng)站、網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)平臺以及面向教師的多媒體課件和面向?qū)W生的課程資源網(wǎng)站。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上課程資源的共享，使用效果好，發(fā)揮了精品課程的示范作用。

利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了課內(nèi)多媒體教學(xué)、課外Web自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，改進(jìn)課堂、課外教學(xué)。

1課堂：多媒體課件助教助學(xué)

根據(jù)不同課程的特點(diǎn)，開發(fā)與課程內(nèi)容和教學(xué)特點(diǎn)相適應(yīng)的多媒體課件。c語言程序設(shè)計的教學(xué)課件就采用PPT形式，便于教師更新、補(bǔ)充課堂教學(xué)內(nèi)容：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的難點(diǎn)在于對抽象算法本質(zhì)的理解，所以制作了全動畫的多媒體課件，利用Flash開發(fā)，以動畫的形式來展現(xiàn)算法；提供選件控制方式，便于教師對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組。目前有幾十所院校使用我們的課件，學(xué)生普遍反映效果好。立體化網(wǎng)頁式多媒體課件助教助學(xué)，規(guī)范了教學(xué)內(nèi)容，使授課過程突出了知識點(diǎn)，增加了信息量。

2課外：自主學(xué)習(xí)的資源平臺

網(wǎng)上提供了課后練習(xí)測試、同步訓(xùn)練、在線答疑、提交作業(yè)子系統(tǒng)。建設(shè)并豐富了“計算機(jī)導(dǎo)論與c語言”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程網(wǎng)站，提供了教學(xué)大綱、電子教案、電子教材、課堂視頻、多媒體課件、參考文獻(xiàn)、聯(lián)系教師、相關(guān)題庫等教學(xué)資源，豐富了學(xué)生課程學(xué)習(xí)的層面。使學(xué)生通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)，并與教師在線交流，快速入門、提高，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

經(jīng)過多年建設(shè)，取得了顯著的效果：主持建設(shè)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”被評為2006年度國家精品課程；主編出版4部程序設(shè)計教材，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》等2部教材列入國家“十一五”規(guī)劃教材，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教材獲得陜西省優(yōu)秀教材一等獎，教材及配套資源已用于國內(nèi)幾十所大學(xué)的本科教學(xué)，使用效果好；學(xué)生信息素質(zhì)大幅度提高，多名學(xué)生獲得國家級和省級數(shù)學(xué)建模比賽、程序設(shè)計競賽獎勵，畢業(yè)生的程序設(shè)計能力普遍得到用人單位的好評。

[責(zé)任編輯：余大品]