以實踐能力為導向的程序設計研究

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摘要：程序設計課程的實踐能力內涵和實踐教學方法特色，對工程教育模式的開展和落地具有重要的作用。結合工程教育的基本要求，本文首先分析了程序設計課程的實踐能力內涵，在此基礎上，通過知識點關聯重構實踐教學內容，以項目驅動的實踐過程改善教學方法，并設計一體化的實踐教學平臺加強教學過程管理。通過課程的改革，有力地促進了工程教育的推進。

關鍵詞：計算機教育；程序設計課程；工程教育；實踐能力

1引言

工程教育專業認證是保證工程教育質量、實現工程教育資格國際互認的重要基礎。教育部在2006年3月成立工程教育專業認證專家委員會。目前，國內許多大學都先后開展了工程教育認證，并將其作為專業建設和和課程改革的重要舉措。程序設計類課程是計算機相關專業學科體系重要組成部分，一直發揮著計算機基礎理論的驗證、設計和應用等實踐方面的作用。如何面向工程教育認證，加強程序設計類課程建設，滿足工程教育認證的規范，切實提高學生的專業實踐能力，是一線教師面臨的現實問題。近年來，一些教師和學者對工程教育認證專業背景下的專業課程建設進行了研究。王帥杰、羅杰等從培養目標和畢業要求等方面研究了新能源科學與工程專業課程體系設置、機械制造工藝等課程建設，有力地支撐了工程教育認證[1-2]。在程序設計類課程方面，蔣社想等研究了工程認證背景下的高級語言程序設計課程改革，從教學輔助平臺、教學內容、教學方法、課程評價體系等方面進行改革，滿足了工程教育專業認證人才的培養要求[3]。佟強等針對工程教育認證要求，結合C語言程序設計教學中的問題，提出一種以課程設計項目為驅動的教學改革方法，實現了教學質量的提高[4]。從目前的文獻來看，相關研究大多集中在以產出為導向的工程教育認證的約束下去開展課程建設，沒有深挖工程教育的對實踐能力要求內涵。實踐是工程的靈魂，是工程教育的基本特征[5]。只有從工程教育的實踐內涵出發，加強對教學實踐環節的優化和管理，才能更好地促進工程教育認證的落地。本文首先分析了工程教育認證和程序設計課程對實踐能力的本質要求，以此為基礎探討了面向工程教育認證的以實踐能力為導向的課程改革方法。

2實踐能力內涵

2.1工程教育的實踐本質

工程是人們以預想目標為依據，在特定環境資源條件約束下，運用相關的多學科知識和手段，有計劃、有組織地設計和建造某一特定人工物的實踐活動[5]。工程的基本屬性是實踐性、綜合性和創造性。目前，高等學校的工程教育其實質是通過對專業領域的本科生進行系統訓練，使其在基礎知識、素養和工程實踐方面具備一定能力，在畢業后三到五年內成為一個合格的專業人士。工程教育認證是為保證高等教育質量，根據專業標準及流程對一個專業的辦學情況進行考察，從而判斷其辦學質量的評價過程。實踐環節和實踐能力也是工程教育認證考查的重要方面。在計算機專業的工程教育認證標準中對實踐環節有明確的要求：要求具有滿足教學需要的完備實踐教學體系，主要包括實驗課程、課程設計、現場實習。在工程認證方法和流程中，對實踐能力也有相應的要求：認證專家至少有1/3成員為申請認證專業領域的在職工程師；要考察實驗技能實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本訓練，重視學生綜合運用所學的知識，分析解決工程問題的基本能力[6]。

2.2實踐能力分析

實踐能力是計算機專業開設程序設計類課程的核心能力目標。按照馬克思主義的觀點，實踐是指人能動地改造客觀世界的物質活動，是人所特有的對象性活動。實踐能力是人能動地改造客觀世界的物質活動能力。從程序設計類課程在計算機學科體系中的地位來看，其側重于解決計算機學科中的工程應用型問題。其學科主要方法是基于理論的設計，以及在設計基礎上工程方法。程序設計課程的特征如圖1所示。從圖1中的分析可以看出，程序設計課程培養的能力更側重于工程應用能力，結合程序設計課程的特點，計算機工程、應用能力又可以分成三種專業能力，其中兩項基本能力：算法分析與設計能力、程序設計與實現能力；一項綜合能力：系統開發設計能力。程序設計課程的這種能力要求是由課程體系設置、任務特點、課程方法論和課程特色決定的，這其實就是程序設計課程的實踐能力內涵。通過以上分析看出，程序設計類課程的實踐能力要求與工程教育的實踐本質是相符的。正是基于這一認知，本文展開了以實踐能力為核心的課程改革。Java程序設計是一門典型的程序設計課程，并且圍繞Java課程，可以形成程序設計基礎、Web程序設計、企業級程序設計等具有不同層次的課程體系。而實踐環節是程序設計課程教學的主要環節，一些小班的程序設計課程已經從教室移到機房，將課堂學習和實踐鍛煉融二為一。本文主要以Java課程為例，通過實踐環節的改革，來探索程序設計類課程的改革。

3課程實踐環節改革

3.1課程實踐內容

同一門專業課程不同單元知識點之間的在知識的繼承性、互補性等方面存在緊密的關聯關系。基于知識點關聯，設置合理的驗證性實驗和設計性實驗項目，完善實驗環節對理論內容的覆蓋，加強單元實驗對綜合性實驗及課程設計的支撐，強化學生的專業基本能力訓練。以Java編程基礎課程和Java課程設計為例，設計環境配置、基本語法、面向對象等3個驗證性實驗，輸入輸出、圖形界面、數據庫訪問等3個設計性實驗，以及“簡單學生成績管理系統”一個綜合性實驗。驗證性實驗和設計性實驗加強了對單元知識點的掌握，提高了程序編碼和設計能力；綜合性實驗通過對知識點的綜合應用，提高了程序設計能力。在課程設計階段，要求學生獨立設計開發一個完整的軟件系統，提高學生程序設計和系統開發能力；課程設計的要求正是建立在課程實驗的強化訓練之上的。對于相關專業課程，單元知識點之間可能存在較強的支撐和應用關系。在設置實驗環節時，有傾向性地加強相關課程內容之間的關聯，提高學生的綜合應用能力。如在JavaWeb應用開發課程中，關于JavaBean的開發和應用是一個重要知識點，并和Java編程基礎課程中對象、包等知識點密切相關，故在面向對象實驗中，要加強相應內容的實踐。

3.2基于項目優化實踐環節

課內實驗、課程設計、企業實訓、畢業設計是面向工科學生采取的不同實踐手段，與課程體系有機結合在一起，構成系統的教學實踐體系。傳統教學執行過程中，各種實踐手段和環節之間缺乏支撐和延續關系，對培養學生的實踐能力非常不利。通過企業案例引進和教學實踐總結，凝練優質項目案例，在研究專業課程之間相關知識點的關聯關系的基礎上，圍繞項目功能模塊將相關專業課程的實驗有機結合，實現課程實驗用例統一化。通過項目驅動實踐環節，強化學生的程序設計和算法設計能力，同時也使學生理解把握專業整體知識體系，實現專業知識綜合應用、解決復雜工程問題等系統化訓練，提高學生的系統能力。例如，在Java相關課程的實踐環節中，使用電子商城項目，將相關課程的實驗串聯起來，加強對學生系統開發能力的培養。相關課程的實踐環節關系如下所示：電子商城項目的會員模塊包含注冊登錄與喜好推介子模塊，在軟件工程課程的需求分析、軟件設計、編碼與測試實驗中可以引入相應的案例；注冊登錄模塊與JavaEE中的身份驗證、輸入校驗相關，進而與JavaWeb開發中的JDBC和內置對象實驗相關，而這些內容又以Java編程基礎中JDBC與類和對象實驗為基礎，其中JDBC由于數據庫課程中數據庫與表、存儲過程等內容相關。在相關課程課設單元實驗時，以電子商城作為案例，學生在實踐過程中，將體會到學習的循序漸進性，在不知不覺間已掌握的分析和解決復雜系統問題的能力。項目驅動的實踐環節優化模型如圖2所示。

3.3構建專業實踐教學平臺

實踐能力本質上是一種應用能力。相比理論教學，在實踐環節教學中，教師和學生之間的交互，以及學習過程中的引導與控制顯得更加重要。在實踐內容重構和實踐環節優化的基礎上，建立集學、教、管于一體的專業實踐教學平臺，加強學習過程引導，促進了以實踐能力為導向的課改措施的落地。實踐教學平臺體現了三個特點：（1）以“學”為中心的資源建設。依托程序設計課程組，建設課程實驗題庫，課程設計項目題庫，錄制講解或演示視頻。為了提高學生程序熱情，構建各類程序競賽題庫及結合教師科研項目的實踐題目。學生在完成課程基本要求后，還可以根據興趣，進行拓展學習。教師可以通過學生學習情況，選拔學生參加競賽和科研項目。（2）以“教”為引導的平臺設計。教師登錄平臺可以瀏覽學生前期課程及實踐環節實施情況。根據課程關聯，參考教學資源，設計課程實驗和課程設計項目。授課期間，教師發布學習任務；解答學生問題；查看學習進度，進行線上線下混合教學。學生登錄平臺，可以查看課程實踐任務，在個人終端設備進行程序設計或登錄云桌面進行實踐；還可以通過線上或線下方式，進行學習交流和提問。（3）以“管”為手段的教學過程實施。學生使用平臺完成程序設計課程的實踐，多門程序課程的學習，共用同一賬號；平臺提供學習過程跟蹤控制，記錄學生學習過程；通過一些關卡任務設置，引導和激勵學生持續學習；平臺保留學生每門課程的學習記錄，系統地完成學生的專業實踐訓練。教師通過學習平臺，實時掌握學生的學習進度，及時發現學習中存在的問題，以線上或線下方式進行針對性指導；完整的過程跟蹤記錄，為課程考核提供了更加全面的依據，也提高了成績的合理性與科學性。

3.4對畢業要求的支撐分析

工程教育認證注重培養目標、畢業要求與教學內容和方法的一致性檢查。通過Java課程驗證性實驗、綜合性實驗的實施，支撐了培養計劃中“畢業要求4：具備設計和實施工程實驗的能力，并能夠對實驗結果進行分析”；通過基于項目驅動的課程實驗、課程設計實踐環節，支撐了“畢業要求3：掌握工程基礎知識和本專業的基本理論知識，具有系統的工程實踐學習經歷”；同時，綜合性實驗、綜合性課程設計的開設，部分支撐了“畢業要求5：具有綜合運用理論和技術手段設計系統和過程的能力”。

4結論

以實踐能力為導向的程序設計課程改革方案緊密貼合工程教育與專業認證要求的實踐本質，以及程序設計課程的實踐能力內涵，從基于知識關聯的實踐內容重構、基于項目的實踐環節優化、實踐環節平臺管理等方面，對程序設計課程進行改革。從2014年開展校級優培課程“以實踐能力提升為導向的Java系列課程改革”項目，相關措施經過多年探索和實施，有力地促進了相關專業工程教育認證和學生程序設計實踐能力的提升。目前，開設程序設計類課程的計算機科學專業和軟件工程專業已分別于2017年和2019年相繼通過了工程教育專業認證。以實踐能力為導向的程序設計課程改革，也明顯提高了學生的程序設計能力和熱情，改善了學生的就業。近幾年來，學生參加省部級以上及省級以上行業協會舉辦的各類程序競賽，二等獎以上獲獎次數有數十次之多。通過對連續兩屆學生的就業數據分析，畢業之后的IT從業率提高了十多個百分點；根據學生的反饋，多數都選擇了程序設計的開發、運維工作。以實踐能力為導向的程序課程改革措施契合了工程教育理念，隨著各項改革措施的落實，程序設計課程體系將日趨完善，在學科體系中會發揮更大的作用。

參考文獻

[1]王帥杰.工程教育認證背景下應用型高校“新能源科學與工程”專業課程體系建設的研究.沈陽工程學院學報(社會科學版),2021,17(04):121-125

[2]羅杰,黨波,邱海飛,周超.基于工程教育專業認證的機械制造工藝課程教學改革與實踐.產業與科技論壇,2021,20(22):127-128

[3]蔣社想,陳輝,劉惠臨.工程認證背景下高級語言程序設計教學改革.軟件導刊,2022,21(02):235-238

[4]佟強,蔣玉茹,趙淳,楊大利.課程設計項目驅動的“C語言程序設計”教學方法探索.教育教學論壇,2021(51):138-141

[5]陳國松.我國重點大學本科工程教育實踐教學改革研究[博士學位論文].華中科技大學,武漢,2012

[6]羅正祥.工程教育專業認證及其對高校實踐教學的影響.實驗室研究與探索,2008,27(6):1-3

作者：王社偉 單位：河南工業大學信息科學與工程學院