基于工程教育认证的程序设计平台课教法改革
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作者:石蕴玉 刘翔 汤显 俞雷
摘要：基于工程教育专业认证，从学科基础平台课的角度分析了程序设计课程在讲授过程中遇到的挑战及问题，并为此紧密联系工程教育认证的核心理念对该课程进行教法改革，重新梳理课程定位并整合面向对象程序设计课程的理论体系，对课程内容、实践教学、授课方式等多方面进行了实践探索，在此基础上完善教学大纲、更新教学内容、建设教学资源库和实验案例资源库，并根据授课对象的知识背景灵活把握教学方式，进而实现程序设计与专业问题的深度融合，培养学生具备应用信息技术对复杂工程问题进行预测、模拟和求解的能力。
关键词：工程教育认证;程序设计类课程;学科基础平台课;教法改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）42-0099-03
一、引言
基于新工科建设背景，为了推进工程教育认证进程，学校及学院正积极进行培养计划的全新变革，其中担负培养计算思维能力的程序设计类课程作为学科平台必修课，正处于各专业解决复杂工程问题的信息技术的执行层，理应顺应新形势的变化进行必要的课程改革，以实现程序设计与专业问题的交叉融合，从而培养学生的自主学习能力、认知能力、创新能力和工程实践能力。
二、课程定位及改革背景
面向产业、面向世界、面向未来建设的新工科教育以新理念、新模式来培养具有可持续竞争力的创新型卓越工程人才，“问技术发展改内容，更新工程人才知识体系”。在工程类高校接受专业教育后，毕业生将面临由信息化引发的“互联网+”、“工业4.0”、“人工智能”等新兴产业。新工科人才应具有学科交叉融合特征，其中最重要的即融合专业知识与信息技术，利用信息技术来进行专业领域内或学科专业之间的创造性与主动性工作。
我国加入“华盛顿协议”以来，学院各专業积极对标工程教育认证标准。在工程教育认证标准中，要求学生具备能够应用信息技术对复杂工程问题进行预测、模拟和求解的能力;要求计算机类课程内容能够对专业问题求解提供一种信息技术的支撑，使学生能够运用信息技术解决复杂专业问题的能力。
在工程认证中，一个课程是否开设要看它是否对毕业要求有所支撑。在以往的学科平台必修课中，程序设计类课程为《高级语言程序设计A》，以讲述C语言的语法知识和初步的设计思维为主。经调研，我国高校工科专业均为本科学生开设了一门程序设计课程，主要以讲授C语言为主，这证明此前的程序设计类课程已符合工程类院校学科的专业课程设置。
C语言作为一种面向过程的语言，可以提供初级规模的系统设计解决思路，一个系统的代码如果不多，可通过面向过程思路将系统划分为多个过程（多个函数+各类数据结构）进行系统设计。但当面向过程面对复杂的系统或复杂的世界时则突显出其不足之处，对于学科各专业的毕业要求也体现了支撑能力的部分缺失。在复杂工程问题的求解中，如何更好地理解和抽象复杂问题变得更加重要，如何让学生在快速掌握程序设计语言的同时，能够采用该语言对专业问题进行求解则值得深入思考及探索。
面向学科平台所有学生，体现计算思维和复杂问题设计求解的教学内容，是新工科背景下的程序设计类课程的基本问题。因而，《面向对象程序设计》作为全新建设的程序设计类课程，将开展面向过程向面向对象的转变，这不仅符合学生思维特征和认知能力的发展，而且有助于推进多学科多专业的交叉融合，更好地体现其学科基础平台课的定位和作用。
三、教法改革探索
（一）总体目标及规划
在明确程序设计类课程的建设背景和课程定位后，教法改革的总体建设目标是依托新工科思维进行深入的课程建设，在课程内容、实践教学、授课方式等方面进行课程改革，确保以能力培养为导向、以学生发展为中心、以复杂问题求解为核心，推行科学、技术与工程贯穿一致的教学理念，致力于培养厚基础、高层次、多样化、创造性的多学科交叉创新型应用人才，具体可分为以下几点：
1.进一步明确适应于学科基础平台课的面向对象程序设计课程框架体系及课程内涵，完善教学大纲，更新教学内容，根据授课对象的知识背景灵活把握教学方式。
2.重新理解并整合面向对象程序设计课程的理论体系，吸收基于面向对象程序设计的经典案例及创新发展，将主讲教师的科研成果反哺于本科教学，在系统化的基础上，以案例方式使之更加具体化。
3.以精益求精的态度完善教学课件，在此基础上建设教学资源库，包括课程大纲、教学安排、实验安排、知识点归纳、项目案例分析等，确保教学资料的正确率以及传播率。
4.提高实践环节与理论内容的结合度，更新实验内容，增强实验内容之间的联系，以循序渐进的方式逐步增加实验内容的难度，建立实验案例资料库。
5.加强教学队伍的建设，合理配置师资队伍，增加教学经验研讨及教学方式实践。
在课程规划方面，将课程建设以授课时段为界，分为授课前、授课中、授课后这三个阶段，每个阶段应明确课程建设的建设背景及意义，在新工科教育理念的指导下完成相应的工作，具体工作可分为以下几点：
1.授课前，根据新工科教育理念对面向对象程序设计课程进行深入思考及定位，优化课程体系结构，以体现其对各专业毕业要求的强有力支撑;重新梳理教学内容体系框架及组织方式，着眼于对学生能力的培养，以学生为中心，以产出为导向。
2.授课过程中，根据逐步优化的教学内容，对已有的授课讲稿和电子讲义进行补充、修改、完善，进行教材及相关资料建设，并及时发布给学生，听取反馈意见;用多种工具，包括图形图像资料和模拟演示等来开发面向对象程序设计多媒体教学课件，以便于用于课程要点、难点的讲解;用多种方式提升学生的学习兴趣与课程参与度，并及时归纳总结授课效果，经教师研讨后可对后续教学进行及时的修正。 3.授课结束后，全体任课教师需要对课程进行深度总结，通过考试、访谈等方式来查看学生是否已具备基本的专业信息技术素养，是否可以借助信息技术应用于专业领域内的工程问题;召开内部教学研讨会，梳理教学目标的达成情况，以及对毕业要求的支撑强度。
（二）教学改革细则
1.教材及相關资料建设。本课程教材使用的是由清华大学出版的《计算机程序设计基础教程：C++语言》。该教材遵循以计算思维能力培养为切入点的教学改革思路，以C++语言作为实现工具，介绍程序设计的基础知识与基本方法。全书以实际问题的求解过程为向导，突出从问题到算法、再到程序的一种思维过程，强调计算机求解问题的思路引导与程序设计思维方式的训练，既介绍C++语言在面向过程程序设计中的应用，又介绍C++语言在面向对象程序设计中的应用，重点放在程序设计的思想与方法上，因而该教材与本课程建设的背景相吻合。
通过本课程建设，将结合我校教学实际以及计算机新技术的发展重新修订教学大纲，并依照教学大纲，完成面向对象程序设计教学资料库的建设，在后续的工作中，将对教学资料库进行有效总结，以出版适用于我院学科特点和专业特色的面向对象程序设计教程或教材。
2.实践教学条件建设。面向对象程序设计是一门工具类课程，也是一门实践性很强的课程，根据信息技术发展的需要，面向学科内全体学生，将深入调研各专业学生的应用前景，以问题求解为向导，以案例求解为基准，在本课程建设中，仔细筹划并重新制定面向复杂工程问题的实验教学内容，将理论教学与实验教学进行结合。保证实验教学内容可以涵盖前期的课堂讲授教学内容，并且难易程度符合当前授课对象的平均水平，可采用多级实验题目的方式设置难易程度并进行不同评分方式，使全体学生通过这门课的学习，为后继专业内课程的学习打下扎实的信息技术基础。
3.网络教学环境建设。在信息爆炸的时代，面向对象程序设计的教学在改革传统教学理念、教学方法、教学手段的同时，更应充分利用网络资源。通过这次课程建设，课程的教案、电子讲稿、电子演讲稿等教学资源将上网，保证在学习者中进行有效的传播。教师队伍将查找近期与面向对象程序设计相关的国内外网络课程，借鉴课程内容的组织方案和讲述方式，定期研讨交流，并形成相应的研讨报告，通过课程网站为学生进一步明确课程内容设置的原因和背景，以及明确需要学生进行课外阅读或网络学习的资源列表。在课程建设过程中，将通过网络的在线编程平台，通过布置编程作业等方式，增加学生的代码编写量，并培养学生的程序设计和问题求解能力。
4.教学方式实践探索。在教学方法方面，除了启发式、讨论式、点突破等方法之外，还增加了产学合作的教学方式。在课堂上结合翻转课堂、MOOC+SPOC等有效地调动学生的学习积极性，以激发学生的认知潜能，促使学生思考专业应用问题;每学期留一个专题对面向对象程序设计的创新技术应用展开讨论，将理论与实际相结合，为学生毕业后的工作和继续学习打下良好的基础;在点突破的过程中加入案例式教学，通过模拟现实生活或工程场景中的一些问题，让学生开拓思维，认识到面向对象编程思维在生产生活中的重要作用。随着信息技术的发展，与时俱进地更新和整合课程的内容和教学理念，拓宽校企合作渠道，探索聘请知名企业的工程师来课堂讲学等方式，提高了课程的教学质量和学生的学习兴趣，增加学生求解复杂工程问题的信心。
四、结束语
基于新工科建设背景，面向工程教育认证进行学科平台程序设计类课程的教法改革，能够进一步明确面向对象程序设计课程框架体系及课程内涵，重新理解并整合面向对象程序设计课程的理论体系，完善教学大纲，更新教学内容，在此基础上建设教学资源库和实验案例资源库，并根据授课对象的知识背景灵活把握教学方式，进而实现程序设计与专业问题的深度融合，培养学生具备能够应用信息技术对复杂工程问题进行预测、模拟和求解的能力。
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