原创《支撑复杂工程问题的程序设计公共基础课改革》
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朱丹红,于元隆,张 栋
（福州大学 数学与计算机科学学院,福建 福州 350116）
摘 要：基于工程教育认证标准引入的“复杂工程问题”,结合程序设计公共基础课的现状与不足,提出从教学目的、教学内容、教学方法、考核方式、持续改进5个方面进行教学改革,旨在培养学生主动利用计算机程序技术解决专业“复杂工程问题”的实践能力.
关键词：复杂工程问题；程序设计公共基础课；教学改革；程序技术
基金项目：2016年福建省服务产业特色专业项目“福州大学计算机科学与技术”（闽教高(2016)24号）；第十批福州大学高等教育教学改革工程项目“计算机公共基础课支撑专业复杂工程问题的改革实践”（20170055）；2017年教育部产学合作协同育人项目“计算机公共基础课支撑专业复杂工程问题的改革实践”（201701010019）,“软件定义网络SDN课程建设”（201701018002）.
作者简介：朱丹红,女,讲师,研究方向为下一代网络,zhudh@fzu.edu.cn；
于元隆(通信作者),男,教授,研究方向为认知系统与信息处理,yu.yuanlong@fzu.edu.cn.
0 引 言
近年来,工程教育专业认证工作在全国各高等院校如火如荼地开展.该项工作引入先进的工程教育理念,对促进我国本科工程教育改革,提高教育质量具有重要意义[1].2013年国际工程联盟公布的《华盛顿协议》与我国的《工程教育认证标准（2015版）》,明确了本科毕业要求必须涉及“复杂工程问题”[2].因此,在认证要求下,对工科专业触及“复杂工程问题”的通识类与专业类课程改革势在必行.
在高等学校本科培养方案中,程序设计公共基础课是一门面向全校非计算机工科专业的重要通识类课程[3].教学内容主要包括程序语言基础知识、结构化程序设计方法、程序实现问题求解等.在工程教育专业认证背景下,课程教学应当顺应人才培养需求,面向专业领域的“复杂工程问题”展开,对教学目的、内容、方法与考核的全过程深层剖析,并进行相应改革,进而培养学生主动利用计算机程序技术解决专业“复杂工程问题”的实践能力.
1 课程的教学现状与不足
长期以来,程序设计公共课教学大多以高校所在省份的计算机等级考试统考制度为导向,对计算机技能的推广普及的确发挥了重要作用[4],但由于信息技术发展迅速,等级考试主动变革的节奏迟缓,在当前工程认证背景下,课程教学存在教学目标不清、教学内容陈旧、教学方法落后和考核方式单一的问题.
2 工程认证对课程的改革要求
解读《华盛顿协议》,基于“复杂工程问题”对本科毕业生提出的知识要求第2条为“适用于本学科的支持分析和建模的以概念为基础的数学、数值分析、统计、计算机和信息科学的通识内容”[5].《工程教育认证标准（2015版）》的毕业要求第5条也明确指出“能够针对复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性”[6].
由此可见,让学生掌握和运用计算机与信息技术是培养其解决“复杂工程问题”的一个重要方面.作为承载信息技术的典型课程,程序基础课要实现对专业“复杂工程问题”的支撑,就需要培养学生：①能全面系统地分析实际工程问题,抽象化描述,建立数学模型；②有较强的编程实践能力,能灵活运用所学知识,设计多样化算法并比较算法优劣、优化算法；③有积极思考、深入探索的主动学习兴趣,对利用程序解决问题能举一反三,有创新能力；④对于有一定复杂性的项目,能较好地分解程序模块,有良好的分工协作意识与团队精神.
3 课程的教学改革探索
在认证工作指导下,课程教学须以专业的“复杂工程问题”为导向,以经典的案例和项目为基础,以先进的教学手段和平台为载体,以多维度的考核方式为综合评价,并不断总结、反馈、反思和提升,从教学目标、教学内容、教学方法、考核方式及持续改进5个方面进行改革,培养学生将程序设计知识真正用于相关的专业领域.课程改革如图1所示.
3.1 制订面向专业“复杂工程问题”的教学目标
首先,明确课程教学的总体目标为掌握程序设计的基本知识与方法,能够运用程序开发工具编写程序,能够以全局的视角系统分析问题,建立计算机模型,构造求解算法,编程调试获得结果,并初步掌握模块化的程序实现方式.
其次,对采用同一程序语种的不同专业还须细化教学目标设置.以C语言公共基础课程为例,由于单片机系列课程是电气、电子、机电等相关专业的重要课程,能够为专业的“复杂工程问题”提供理论与实践基础,其软件编程均采用C语言,因此,这些专业开设的 C语言基础课就应当针对单片机系统的开发要求,侧重底层硬件编程,学习C程序的语法规则和设计方法.数学专业的C语言,更需学生学会编程实现相关的数学问题,如积分、求导等.
3.2 设置支撑专业“复杂工程问题”的教学内容
由于公共基础课学时局限,因此需要精简课程中部分细碎繁琐、缺乏连贯性的基础知识,并针对专业“复杂工程问题”的程序需求,筛选知识点,适当调整顺序,探讨相关算法,重构教学内容.以支持单片机编程的C语言为例,可以围绕程序设计的三大基本结构,重点掌握位运算、数组、函数、指针、宏定义等内容,其中,单片机底层程序涉及大量位运算、循环、数组的相关知识,由此,C语言的二进制移位与循环移位、数组的选择与冒泡排序、顺序与二分查找算法等就应当作为教学内容的重中之重.此外,程序实现“复杂工程问题”还要求具有全局的思想,因此掌握函数和宏定义的模块化设计方法也是教学中必不可少的重要内容.
3.3 选取培养“复杂工程问题”解决能力的教学方法
在程序设计基础课程中培养学生解决“复杂工程问题”的能力,要求课程内容涉及专业的实际工程问题,在教学过程中提高学生的自主学习和团队协作能力,提升工程意识和设计技能,因此,需要借助一定的教学手段,充分调动学生的积极性,激发学生的学习兴趣,促进学生主动学习.
（1）案例驱动教学.课堂教学可通过程序案例引导,让学生对相关知识点产生感性认识,从而促进其对该知识点具体用法的理解和掌握.另外,案例教学能够有针对性地将模型构建、系统设计、算法应用、编程实现的综合过程与专业的实际工程问题交叉、组合、渗透并融入教与学中,为学生应用计算机程序解决“复杂工程问题”打下基础.例如,C语言教学可以采用单片机“汽车转向灯”实例,其左、右转向及延时控制与C程序的选择与循环结构关联,知识点涉及选择结构的if-else 与循环结构的while,不仅形象地提出新知识,而且能传授编程实现工程问题的方法.
（2）强化实践训练.程序设计课程的上机实践是教学的重要环节.通过课内与课外实践的有机结合,能够更好地培养学生的动手能力和综合应用能力.其中,课内实践由教师演示与自主操作,在完成例题的前提下,设计与教学内容同步的相关小项目进行实践.以C语言for循环语句为例,除了完成累加、求最大数等常规习题,还将其用于延时程序的设计实现.课外布置与专业工程相关的综合项目,采取小组协作方式完成.实践过程中引导学生从设计思路、设计技巧、程序结构等方面分析问题,并启发学生对同一问题设计多种解决方案,从中选择最佳方案；同时,要求程序具有良好的书写风格与模块化的程序设计思想,从而全面培养学生程序设计与工程实践的综合能力.
（3）线上线下混合的SPOC课程模式.现有的“教师课堂讲授”模式,以教师为教学活动主体,忽略学生的基础差异与个性化需求,导致学习缺乏自主性,阻碍学生的能力培养.线上线下混合的课堂模式,线上利用网络优秀的课程资源,借助SPOC平台,引导学生课外通过视频自主学习；线下通过平台反馈的学生学习情况,及时调整教学进度和内容,扬长避短,优化教学效果.此外,网络平台能够让教师方便组织学生讨论,及时答疑解惑,增强师生的交流互动,使学习过程更加高效轻松.因此,该教学方式能激发学生主动学习的兴趣,提高学生的探索创新能力、协作沟通能力等,从而为解决专业“复杂工程问题”的能力培养提供很好的支持.
3.4 设计适应专业“复杂工程问题”的考核方式
程序设计基础课支撑专业的“复杂工程问题”,考查需要综合反映学生的程序设计能力、自主学习能力与工程实践能力,因此采用多维度的考核评价方式.其中,程序设计能力由线上练习答题情况和期末考试成绩判定；自主学习考量学生的出勤情况、课堂表现、线上课程视频学习情况、线上讨论回答情况等；工程实践能力根据分组协作的综合项目完成情况评定.在对项目评判时,应设置多项指标检验,包括算法选取优劣、程序书写风格（如变量或标识符命名、是否缩进、是否注释等）、函数设计与调用、界面美观程度、小组分工的模块化合理性等.最终考核结果可以根据专业实际情况,对程序能力、自主学习、实践能力设定权重并加权而得.
3.5 聚焦“复杂工程问题”的课程持续改进
工程教育专业认证要求有良好的质量监控机制对教学过程进行跟踪评估,通过阶段性评估与总结性评价,对教学内容、教学方法等进行持续改进.
首先是阶段性评估.教师对照课程的教学大纲,分阶段自查教学内容、进度等；通过平台学习情况、上机实践效果、分组协作的项目进展等,评估学生的知识掌握程度与实践水平.由此,教师不仅能及时发现自身的教学问题,改进教学方法,还能实时关注学生的学习状态,指导学生改善学习方法,巩固之前学习过的知识.
其次是总结性评价.学期末,教师对学生的各项考核成绩进行合理性分析,确认教学目标的完成情况.另外,设计学生评价调查问卷表,侧重于学生“评学”,了解学生在课程学习与项目完成之后,对程序实践能力提升的自我评价.通过课程考核的合理性分析与学生的自我评价,教师对整个学期的教学进行总结、反思与改进,紧紧围绕程序设计支撑专业“复杂工程问题”的解决,促进教学质量提升.
最后依托学校教学督导的相关政策,确保阶段性与总结性的评价结果用于课程的持续改进.通过各种渠道收集反馈信息,如教研组的教师座谈会、学生的随机访谈、高年级学生用程序解决“复杂工程问题”的能力调查等方式,综合考察教学改进的实际情况.
4 结 语
程序设计公共基础课作为非计算机类工科专业的一门重要通识课程,培养学生学习程序设计基本知识,掌握软件开发的基本技能,最终能够运用计算机程序求解专业的实际工程问题,是工程教育不可或缺的组成部分.面向专业的“复杂工程问题”对课程的教学目标、教学内容、教学方法、考核方式、持续改进5个方面改革,能够提高课程的教学质量,激发学生的主动学习兴趣,提升学生的探索创新意识,培养学生解决“复杂工程问题”的综合素质和能力,从而为全面推进工程教育认证工作打下基础.
参考文献：
[1] 周克宁, 罗朝盛, 康敏. 植入“复杂工程问题”的教学体系改革探索[J]. 中国大学教学, 2016, 18(10): 51-54.
[2] 蒋宗礼. 本科工程教育: 聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养[J]. 中国大学教学, 2016(11): 27-30.
[3] 李廉. 以计算思维培养为导向 深化大学计算机课程改革[J]. 中国大学教学, 2013(4): 188.
[4] 张徐. 江苏省高等学校计算机等级考试的反思及策略研究[J]. 中国大学教学, 2014(11): 89-92.
[5] 林健. 如何理解和解决复杂工程问题: 基于“华盛顿协议”的界定和要求[J]. 高等工程教育研究, 2016(5): 17-26.
[6] 中国工程教育专业认证协会. 工程教育认证标准[EB/OL]. [2017-09-01]. http://www.ceeaa.org.cn/main！newsList4Top.w?menuID等于01010702 .
（编辑：宋文婷）
程序设计论文参考资料：
上文总结：上文是一篇关于对不知道怎么写复杂工程问题和程序设计和基础课论文范文课题研究的大学硕士、程序设计本科毕业论文程序设计论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料。
