曾慶江, 姚　娟, 郭亞軍

(華中師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院, 湖北 武漢　430079)

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基于云課堂計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)研究

曾慶江, 姚娟, 郭亞軍

(華中師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院, 湖北 武漢430079)

目前,高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課多以驗(yàn)證性和綜合性實(shí)驗(yàn)為主。這種教學(xué)模式主要注重對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的訓(xùn)練.缺少實(shí)際應(yīng)用的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。而且隨著軟硬件的更新和新的需求的不斷產(chǎn)生,這種方式不能夠跟上形勢(shì)發(fā)展。應(yīng)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與云課堂相結(jié)合進(jìn)行計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué),訓(xùn)練學(xué)生綜合利用知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

探索性實(shí)驗(yàn)； 云課堂； 程序設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn),是學(xué)生在已經(jīng)了解和掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理后,結(jié)合實(shí)際生活和工作中的問(wèn)題或者當(dāng)前科研熱點(diǎn),選定感興趣的題目自行設(shè)計(jì)一個(gè)方案,并獨(dú)立自主地完成,要求學(xué)生在觀察思考的基礎(chǔ)上,通過(guò)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、寫出程序的過(guò)程,主動(dòng)地探索計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的創(chuàng)新點(diǎn),用程序設(shè)計(jì)方法解決實(shí)際工作和生活中的問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和提高編程能力。一般把計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)層次：一是基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),主要解決學(xué)生基本知識(shí)點(diǎn)的掌握,以驗(yàn)證知識(shí)點(diǎn)為主；二是綜合開放性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生用基本知識(shí)點(diǎn)綜合開發(fā)出實(shí)際應(yīng)用軟件的能力；三是探索性實(shí)驗(yàn),學(xué)生利用前邊的知識(shí)創(chuàng)造性編程解決未曾解決的實(shí)際問(wèn)題[1]。三者為遞進(jìn)關(guān)系,前者為后者基礎(chǔ)[2]。

1　云課堂

云課堂可以很好地支撐計(jì)算機(jī)探索性實(shí)驗(yàn),云課堂是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)[3],見圖1。

圖1　云課堂和實(shí)驗(yàn)分類組織圖

1.1云課堂特點(diǎn)

云課堂的特點(diǎn)正是探索性實(shí)驗(yàn)所需要的。

(1) 可以更好地發(fā)揮現(xiàn)代化電子設(shè)備的優(yōu)勢(shì)?？梢越瓒嗝襟w技術(shù)，豐富多彩立體地深入淺出地展示,24 h在線無(wú)時(shí)空阻隔地支持,極為靈活方便。

(2) 云課堂是無(wú)邊界開放式互動(dòng)式學(xué)習(xí)。

(3) 是真正的個(gè)性化主動(dòng)式的學(xué)習(xí)。

(4) 更有利于學(xué)生探索知識(shí),更具針對(duì)性和互動(dòng)性。

(5) 可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源最大限度地共享。

1.2計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)云課堂的要求

(1) 基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教師將知識(shí)分為細(xì)小知識(shí)點(diǎn),然后制作為基礎(chǔ)碎片化教學(xué)視頻,每個(gè)視頻剛好控制在學(xué)生注意力非常集中的時(shí)間段內(nèi)。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都有一個(gè)短小精悍的實(shí)例,可以反復(fù)看和反復(fù)驗(yàn)證。學(xué)生學(xué)習(xí)簡(jiǎn)便、方便、效果高,要用時(shí)可以很快地弄懂弄透,平時(shí)也可以作為一個(gè)知識(shí)存儲(chǔ)地。

(2) 綜合開放性實(shí)驗(yàn)。軟件開發(fā)前期工作指導(dǎo)要占一定比例,要經(jīng)歷需求分析、設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)以及效率分析。在講解綜合功能前要穿插軟件工程理論和方法,在信息組織上采取視頻和文本、多媒體,以問(wèn)答形式,便于學(xué)生搜索和查找。綜合開發(fā),不僅把程序?qū)懗鰜?lái),還要有軟件工程理論和方法。

(3) 探索性實(shí)驗(yàn)。云課堂可以提供方向性的指導(dǎo),對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)、熱點(diǎn)以及待開發(fā)、待探究的一些方向和問(wèn)題,提供相關(guān)的知識(shí)和資源。這是比較大的工程。教師、學(xué)院和有關(guān)機(jī)構(gòu)要投入大量人力物力去做。

2　計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合開發(fā)性實(shí)驗(yàn)組成。

2.1基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程主要包括高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等核心課程,這幾門課程是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程中重要的基礎(chǔ)課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要十分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)基本功訓(xùn)練[4]。教師除了把每個(gè)知識(shí)點(diǎn)講透外,更要讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)上機(jī)編程驗(yàn)證。教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上有相關(guān)講解和例題,比如計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的程序結(jié)構(gòu)、語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)類型、編程方法與技巧、常用算法等方面的知識(shí)。云課堂可以讓其舉一反三,重難點(diǎn)的分析和體會(huì),還有自選實(shí)驗(yàn)、在線交流和互動(dòng)以及在線作業(yè)系統(tǒng)等。

2.2綜合開放性實(shí)驗(yàn)

軟件設(shè)計(jì)類課程有軟件工程多媒體開發(fā)、嵌入式設(shè)計(jì),Web 程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、Java 程序設(shè)計(jì)、管理信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)等課程,這些課程要求學(xué)生能自主開發(fā)各類應(yīng)用軟件系統(tǒng),為各行各業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)。注重實(shí)用性軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)是此類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn),實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為2個(gè)層次：一是以個(gè)人為主的課堂實(shí)驗(yàn),根據(jù)課程的教學(xué)進(jìn)度依次安排,主要是掌握編程語(yǔ)言與軟件開發(fā)平臺(tái)的使用；二是以小團(tuán)隊(duì)為主的課外實(shí)驗(yàn),是進(jìn)行應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。這類實(shí)驗(yàn)包括對(duì)項(xiàng)目的需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試、使用與維護(hù)等眾多環(huán)節(jié),因而在具體實(shí)施過(guò)程中應(yīng)按由簡(jiǎn)到繁、由易到難的漸進(jìn)原則進(jìn)行,先安排一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用軟件讓學(xué)生開發(fā)出來(lái),如學(xué)生熟悉的小游戲、學(xué)籍管理系統(tǒng)、選課系統(tǒng)、某些設(shè)備管理系統(tǒng)、校園網(wǎng)站等。

讓學(xué)生先掌握應(yīng)用軟件的開發(fā)流程與開發(fā)技術(shù),再安排實(shí)用性強(qiáng)、要求高的應(yīng)用項(xiàng)目,如有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)綜合應(yīng)用的各種基于Web 的MIS 系統(tǒng)、基于C/S結(jié)構(gòu)的其他應(yīng)用軟件等,可由學(xué)生自由組合成開發(fā)小團(tuán)隊(duì),合理分工、共同完成軟件系統(tǒng)的開發(fā)。教師在此過(guò)程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)指導(dǎo),要求學(xué)生嚴(yán)格按照軟件開發(fā)流程進(jìn)行工作,每一階段都要求寫出規(guī)范的分析報(bào)告或設(shè)計(jì)文檔,可以使學(xué)生在實(shí)踐中得到全面的軟件開發(fā)訓(xùn)練,為進(jìn)入IT 領(lǐng)域從業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏重于對(duì)程序設(shè)計(jì)基本知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證,是打基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)階段,綜合開放性實(shí)驗(yàn)注重各知識(shí)點(diǎn)綜合的操作練習(xí),是綜合訓(xùn)練。由于2種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式都有一個(gè)共同特點(diǎn),就是先有假設(shè)的題目和問(wèn)題,教師和教材給出解決方案和參考答案,學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)僅限于基本操作的實(shí)現(xiàn)。目前的現(xiàn)狀是程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前,均由實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求準(zhǔn)備好必要的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和環(huán)境,先由教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行演示講解,之后學(xué)生按照指導(dǎo)書的操作程序操作,得出正確結(jié)果,按照既定的格式要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程很少有學(xué)生主觀的成分。

沒(méi)有最新應(yīng)用知識(shí),學(xué)生無(wú)法將所學(xué)的知識(shí)與計(jì)算機(jī)新的應(yīng)用實(shí)踐相聯(lián)系。這種教學(xué)為了教學(xué)方便,更多地為某個(gè)知識(shí)點(diǎn)服務(wù),和實(shí)踐脫節(jié),整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生始終處于被動(dòng)的地位,沒(méi)有自主的探索,沒(méi)有分析判斷能力、邏輯推理能力的培養(yǎng)[5]?；谝陨显?學(xué)校應(yīng)該開展各種各樣的探索性實(shí)驗(yàn)。

3　計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)

學(xué)生進(jìn)入高年級(jí)后,經(jīng)過(guò)一、二年級(jí)的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,已具備較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和軟件開發(fā)能力,此時(shí)要抓緊時(shí)間積極地參加各種開發(fā)工作和創(chuàng)新型軟件編寫,如參與學(xué)校教師的軟件開發(fā)與研究的科研項(xiàng)目,也可到有關(guān)軟件開發(fā)公司進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐,還可由學(xué)生自己組成團(tuán)隊(duì),在專業(yè)教師的指導(dǎo)下承接有關(guān)單位的軟件項(xiàng)目,進(jìn)行軟件編程[6]。

學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)十分重要,學(xué)校要想方設(shè)法鼓勵(lì)和組織學(xué)生參加到各種專業(yè)競(jìng)賽中,各種學(xué)科比賽和科技競(jìng)賽是培養(yǎng)學(xué)生編程能力、展示學(xué)院建設(shè)成果和教育質(zhì)量、體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和檢驗(yàn)知識(shí)應(yīng)用能力的重要手段。以賽促創(chuàng),許多比賽同時(shí)還是培養(yǎng)、展示學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)造能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要平臺(tái)。組織比賽隊(duì)伍進(jìn)行培訓(xùn)、參賽,一方面可以讓參賽隊(duì)員的創(chuàng)新能力得到發(fā)展,另一方面還可起到示范作用,讓更多的學(xué)生受到鼓舞,參與到創(chuàng)新實(shí)踐中。

3.1興趣小組

興趣小組可以為各種大賽提供必要的人才資源[7],是學(xué)生提高編程水平的基地。這種組織形式多種多樣,可以自愿報(bào)名參加,在具有一定理論知識(shí)并具有一定實(shí)際編程動(dòng)手能力的前提下,方能被批準(zhǔn)。重點(diǎn)是學(xué)習(xí)C語(yǔ)言編程,努力提高編程技巧,同時(shí)學(xué)習(xí)單片機(jī),提高硬件和軟件的能力。

(1) 教師選擇課題,給出關(guān)鍵詞；

(2) 學(xué)生云課堂上學(xué)習(xí)并查閱資料,設(shè)計(jì)方案；

(3) 組織學(xué)生講解,教師評(píng)論、指出不足；

(4) 上機(jī)編程實(shí)現(xiàn)；

(5) 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，證明自己的觀點(diǎn)；

(6) 寫總結(jié)報(bào)告。

3.2科研小組

我國(guó)有完善的科研體系,有課題教師,可以盡可能地讓學(xué)生參與到程序設(shè)計(jì)部分中。高校教師大多數(shù)有縱向和橫向項(xiàng)目,這些項(xiàng)目對(duì)程序設(shè)計(jì)部分要求非常高,學(xué)生必須全程參與到其中來(lái),只有把整個(gè)項(xiàng)目弄懂弄通才有編程實(shí)現(xiàn)的可能。

(1) 建立小組并選舉組長(zhǎng)。組長(zhǎng)負(fù)責(zé)協(xié)助導(dǎo)師召集組員及安排組內(nèi)工作,組織小組的學(xué)習(xí)和定期的交流活動(dòng)。

(2) 學(xué)生云課堂上學(xué)習(xí)提高,并搜集資料。

(3) 學(xué)生報(bào)告例會(huì)制度。定期的例會(huì)是展示和檢查幫助學(xué)生具體工作的機(jī)制,在例會(huì)上學(xué)生提報(bào)告,大家分析問(wèn)題和提建議。

(5) 組織編程。切合項(xiàng)目的編程任務(wù)對(duì)創(chuàng)新和探索要求很高。

(6) 有相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)制度[8]。

3.3競(jìng)賽小組

大賽需要水平,也能賽出水平,最能激發(fā)學(xué)生的能動(dòng)性和創(chuàng)造力,能展示學(xué)院建設(shè)成果和培養(yǎng)質(zhì)量。每年有種類繁多的國(guó)際和國(guó)內(nèi)的各種大賽,等級(jí)高低各不相同。所以要求建立各種各樣的競(jìng)賽小組,客觀上要求學(xué)院進(jìn)行各種人力和物力的投入和建設(shè),組建相應(yīng)的訓(xùn)練領(lǐng)導(dǎo)小組并制定相應(yīng)的訓(xùn)練計(jì)劃。

(1) 小組成立。指導(dǎo)人員構(gòu)成、工作職責(zé)、學(xué)生選拔。

(2) 制定相應(yīng)訓(xùn)練計(jì)劃。要求目標(biāo)明確具體、方案合理和步驟清晰、經(jīng)費(fèi)落實(shí)且分配合理。

(3) 嚴(yán)格的準(zhǔn)備和訓(xùn)練。根據(jù)大賽要求準(zhǔn)備人員和參賽作品。分解任務(wù),利用云課堂進(jìn)行組織和準(zhǔn)備。云課堂具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),可強(qiáng)有力地支撐學(xué)生參賽。

(4) 細(xì)致的思想工作。關(guān)愛(ài)、了解和調(diào)整學(xué)生參賽的心理、適應(yīng)能力和控制能力[9]。

我校計(jì)算機(jī)學(xué)院通過(guò)興趣小組、計(jì)算機(jī)云課堂以及翻轉(zhuǎn)式課堂組織形式,開展了大量的探索性實(shí)驗(yàn)并取得豐碩成果,在2015年10月,計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生連續(xù)奪得ACM-ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽亞洲區(qū)域賽、中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽等重大賽事的11項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)[10]。長(zhǎng)期以來(lái),我校計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)施“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促創(chuàng)”人才培養(yǎng)戰(zhàn)略,以大學(xué)生專業(yè)素質(zhì)能力競(jìng)賽活動(dòng)為契機(jī),激勵(lì)廣大學(xué)生刻苦鉆研,勇于創(chuàng)新,提高了學(xué)生的科技創(chuàng)新和適應(yīng)社會(huì)的能力,在為學(xué)校和學(xué)院贏得榮譽(yù)的同時(shí),也為學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

4　結(jié)語(yǔ)

分析了目前高校實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀,把實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)類型和層次,重點(diǎn)探討了探索性實(shí)驗(yàn)的重要性以及實(shí)現(xiàn)的方法,即通過(guò)對(duì)探索性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)有力支撐的云課堂的分析和建立,在做好基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,大力開展自主課堂和興趣小組,創(chuàng)造性地開展探索性實(shí)驗(yàn)。

References)

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Research on exploratory experiments of computer program design based on cloud classroom

Zeng Qingjiang, Yao Juan, Guo Yajun

(Department of Computer Science, Huazhong Normal University, Wuhan 430079, China)

Currently, the experimental class of the computer relative profession is mainly the verification and comprehensive experiment in colleges and universities,This teaching mode pays particular attention to the basic knowledge and basic skills of computer related professional training under lacking innovative thinking and innovative consciousness of practical application . This way can not keep up with the development of the situation with the update of software and hardware and the continuous generation of new requirements. The experimental teaching should be combined with the cloud platform. The exploratory experimental teaching of computer program design can train students to use the knowledge and ability to solve practical problems.

exploratory experiment; cloud classroom; program design

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.050

2016-04-18修改日期：2016-05-03

曾慶江(1966—),男,湖北隨州,碩士,工程師,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用.

E-mail：zengqj1@mail.ccnu.edu.cn

tp393

B

1002-4956(2016)9-0190-03