黃 云， 洪佳明， 覃遵躍， 王新峰

(1. 吉首大學(xué) 軟件服務(wù)外包學(xué)院， 湖南 張家界 427000;2. 廣州中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院， 廣東 廣州 510006)

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基于云平臺(tái)的“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

黃 云1， 洪佳明2， 覃遵躍1， 王新峰1

(1. 吉首大學(xué) 軟件服務(wù)外包學(xué)院， 湖南 張家界 427000;2. 廣州中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院， 廣東 廣州 510006)

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于軟件工程專業(yè)的學(xué)習(xí)具有重要地位。通過(guò)對(duì)教學(xué)中存在的普遍問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究成果和我校軟件工程專業(yè)實(shí)際情況，基于學(xué)校云實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)的建設(shè)，對(duì)課程的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行改革，通過(guò)搭建課程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，組織建立實(shí)踐教學(xué)資源庫(kù)，并引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，聘用高年級(jí)學(xué)生助教幫助學(xué)生完成實(shí)踐任務(wù)，有效激發(fā)了學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的興趣，提升了學(xué)習(xí)效果。

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)； 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)； 翻轉(zhuǎn)課堂； 實(shí)踐教學(xué)體系； 學(xué)生助教； 實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)； 實(shí)踐教學(xué)資源

0 引 言

吉首大學(xué)軟件工程專業(yè)為湖南省教學(xué)改革試點(diǎn)專業(yè)，為了培養(yǎng)“面向產(chǎn)業(yè)、服務(wù)全球”的高層次軟件人才，實(shí)行校企深度合作的“2(校)1(園)1(企)”人才培養(yǎng)模式，尤其強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神?！俺绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程開(kāi)設(shè)在第一學(xué)期，為專業(yè)核心基礎(chǔ)課，主要講授程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(目前選用C語(yǔ)言)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本語(yǔ)法和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。學(xué)生通過(guò)理論、實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，掌握C語(yǔ)言的基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想，養(yǎng)成良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格和習(xí)慣，能應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的思維方法解決和處理部分實(shí)際問(wèn)題，為軟件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)活動(dòng)中占有重要地位，一方面，實(shí)踐環(huán)節(jié)的開(kāi)展有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的消化與吸收；另一方面，實(shí)踐環(huán)節(jié)有利于將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，實(shí)踐環(huán)節(jié)的開(kāi)展還有利于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的自學(xué)習(xí)慣，具有一定的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

1 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題

在多年的教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)對(duì)不同年級(jí)學(xué)生“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐環(huán)節(jié)的跟蹤調(diào)查，結(jié)合與多個(gè)兄弟院校教師的交流以及網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)資源的整理，發(fā)現(xiàn)“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的實(shí)踐教學(xué)存在以下問(wèn)題：

(1) 實(shí)驗(yàn)資源不足，實(shí)踐環(huán)節(jié)未被充分重視。由于受擴(kuò)招等現(xiàn)狀的影響，學(xué)校部分教學(xué)資源出現(xiàn)緊缺。實(shí)驗(yàn)機(jī)房和實(shí)驗(yàn)機(jī)位都出現(xiàn)不足，多個(gè)專業(yè)、班級(jí)的不同課程的實(shí)驗(yàn)被壓縮到同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配不足。此外，受校企合作辦學(xué)等新型辦學(xué)模式的影響，部分企業(yè)教師授課需要集中部分時(shí)段占用實(shí)驗(yàn)機(jī)房，“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)被壓縮。另一方面，由于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)一直重視硬件投入，對(duì)軟件部分投入不足，極少關(guān)注程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化管理不到位，用于實(shí)驗(yàn)的資源庫(kù)建設(shè)進(jìn)展緩慢。

(2) 實(shí)驗(yàn)形式單一，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣?！俺绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往與理論授課同時(shí)進(jìn)行，主要是對(duì)所授理論知識(shí)的驗(yàn)證與應(yīng)用拓展。往往是教師布置實(shí)驗(yàn)習(xí)題，學(xué)生每人一組在實(shí)驗(yàn)課時(shí)進(jìn)行編程調(diào)試，教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和檢查。實(shí)驗(yàn)習(xí)題大部分來(lái)自書本習(xí)題，利用相應(yīng)章節(jié)所涵理論知識(shí)可編程實(shí)現(xiàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)形式一方面缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作的指導(dǎo)，無(wú)法幫助學(xué)生快速入門；另一方面，由于缺乏綜合性的、與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密的實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足，缺乏主動(dòng)性探究式學(xué)習(xí)。此外，單人完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，不利于研討式學(xué)習(xí)的開(kāi)展。

(3) 師生互動(dòng)性差，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)無(wú)法滿足學(xué)生需要。“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”既是軟件工程專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，也是一門很重要的專業(yè)入門課程。當(dāng)學(xué)生經(jīng)歷高考進(jìn)入大學(xué)，生活環(huán)境和學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)生變化，學(xué)習(xí)的諸多要素也與高中時(shí)代具有差異。學(xué)生在逐漸適應(yīng)大學(xué)的學(xué)習(xí)方式時(shí)，需要教師的悉心指導(dǎo)，需要與教師有較多的互動(dòng)。學(xué)生在上“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)課時(shí)往往會(huì)遇到以下主要問(wèn)題：① 不能理解計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的基本原理，不了解C程序編譯運(yùn)行的過(guò)程；② 對(duì)C程序的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境不熟悉，不能運(yùn)用工具進(jìn)行調(diào)試，對(duì)其提示的錯(cuò)誤信息和警告信息無(wú)法識(shí)別和處理；③ 尚未形成程序設(shè)計(jì)的基本思維，對(duì)C程序的基本語(yǔ)法不熟悉；④ 部分同學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)操作不熟悉，打字速度影響編程效率。帶著這些問(wèn)題，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要教師詳細(xì)指導(dǎo)。由于師資力量不足，一名教師需要同時(shí)指導(dǎo)幾十名同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致大部分同學(xué)的問(wèn)題無(wú)法得到解決。在課外，師生缺乏足夠的溝通渠道，學(xué)生往往通過(guò)qq、E-mail、手機(jī)等與教師進(jìn)行課后交流，但總體上只是少數(shù)同學(xué)的個(gè)別行為。而且對(duì)于同學(xué)實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，往往需要針對(duì)當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和編輯運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行指導(dǎo)和講解，已有的實(shí)驗(yàn)條件與交流渠道無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

(4) 實(shí)驗(yàn)效果難以及時(shí)、客觀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的實(shí)驗(yàn)課中，由于指導(dǎo)學(xué)生已經(jīng)占據(jù)了全部課時(shí)，教師需要在課后通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、集中時(shí)間上機(jī)考核等方式監(jiān)測(cè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果。然而，這些方式的時(shí)效性和準(zhǔn)確性不足。一份漂亮的實(shí)驗(yàn)報(bào)告不等于學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)，不代表學(xué)生已經(jīng)掌握相關(guān)知識(shí)；上機(jī)考核一般都在學(xué)期結(jié)束之時(shí)，這時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的不足已經(jīng)太晚了。此外，這些評(píng)價(jià)更不具有全面性，無(wú)法評(píng)價(jià)學(xué)生是否達(dá)到課程要求的能力與素質(zhì)。

2 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程實(shí)踐教學(xué)改革現(xiàn)狀

不同高校已經(jīng)開(kāi)展了“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的大量改革研究，并已取得許多相關(guān)成果。劉光蓉等[1-2]在“C程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)模式，融“教、學(xué)、做”為一體，將理論知識(shí)融于實(shí)踐教學(xué)中，推動(dòng)教師與學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生互動(dòng)，讓學(xué)生在學(xué)練中理解理論知識(shí)，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；確定以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的C程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。設(shè)置驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉C程序設(shè)計(jì)計(jì)算環(huán)境；選擇設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力；設(shè)置綜合型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新意識(shí)。此外，C程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還應(yīng)注意“管理流程規(guī)范、加強(qiáng)上機(jī)引導(dǎo)、強(qiáng)調(diào)思維拓展、改進(jìn)考核機(jī)制”等。

文獻(xiàn)[3]認(rèn)為教師應(yīng)該精心選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓理論、實(shí)踐及應(yīng)用緊密結(jié)合，在C程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)體系中應(yīng)注意提高實(shí)踐教學(xué)所占的比重，并結(jié)合上機(jī)作業(yè)、綜合性課程設(shè)計(jì)以及專業(yè)化學(xué)科競(jìng)賽選拔等環(huán)節(jié)突出學(xué)生的程序開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。趙誠(chéng)等[4]結(jié)合現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論制定程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，建立基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)及課外拓展相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系，通過(guò)教學(xué)資源庫(kù)和實(shí)驗(yàn)教材等建設(shè)，鼓勵(lì)自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)式合作，強(qiáng)化動(dòng)手能力的培養(yǎng)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)認(rèn)知與編程能力，應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。面向創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)改革[5]提出“粗、精、仿、練、操”的教學(xué)理念，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分層次因材施教，實(shí)驗(yàn)以小組形式完成，注意培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。文獻(xiàn)[6-7]在研究分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)中分別側(cè)重研究了模糊評(píng)價(jià)考核方式和階段式程序設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)定等問(wèn)題。文獻(xiàn)[8]主要針對(duì)部分學(xué)生動(dòng)手能力差、學(xué)習(xí)興趣不高、學(xué)習(xí)成績(jī)低等問(wèn)題，采用結(jié)對(duì)編程方式幫助其提高學(xué)習(xí)興趣。文獻(xiàn)[9-10]分別對(duì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的手段與方法改革進(jìn)行研究，提出協(xié)作學(xué)習(xí)、案例教學(xué)、階梯式教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等方法與手段的應(yīng)用。文獻(xiàn)[11-12]則分別對(duì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的循環(huán)結(jié)構(gòu)與函數(shù)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了研究。

3 基于云平臺(tái)的“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)改革研究

高校的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)必須適用于學(xué)校及學(xué)生的實(shí)際情況，滿足培養(yǎng)目標(biāo)的要求。吉首大學(xué)是一所處于少數(shù)民族區(qū)域的綜合性二本院校，軟件工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)自20個(gè)不同的省區(qū)，既有信息技術(shù)基礎(chǔ)教育發(fā)達(dá)的沿海城市，也有信息基礎(chǔ)落后的西部民族區(qū)域；專業(yè)每年招收新生280人左右，有200人為高考普招生，有50人為民族預(yù)科生轉(zhuǎn)入，還有30人為職高對(duì)口招生，在200名普招生中，文史類考生為60人，理工類學(xué)生140人。吉首大學(xué)致力于打造地方綜合性大學(xué)高層次軟件人才培養(yǎng)卓越品牌，按照“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”和軟件工程專業(yè)國(guó)際認(rèn)證的目標(biāo)要求，實(shí)行校企深度合作的培養(yǎng)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)，主要包括表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立思考與解決問(wèn)題的能力等。

基于軟件工程專業(yè)生源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信息技術(shù)基礎(chǔ)差異較大的實(shí)際情況，為了達(dá)到專業(yè)國(guó)際認(rèn)證中百分之百合格的要求和吉首大學(xué)打造高層次軟件人才培養(yǎng)卓越品牌的目標(biāo)，通過(guò)“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)，既要培養(yǎng)每個(gè)學(xué)生的計(jì)算思維和基礎(chǔ)編程能力，也要發(fā)現(xiàn)、選拔并培養(yǎng)部分對(duì)程序設(shè)計(jì)有強(qiáng)烈愛(ài)好，能獨(dú)立解決有一定難度的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的學(xué)生。為此，對(duì)“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)做了如下改革。

3.1 云實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)

云平臺(tái)的建立不僅能整合有限的實(shí)驗(yàn)室資源，還可提高師生教學(xué)實(shí)驗(yàn)和研發(fā)工作的效率[13]。為了讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)打破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)師生零距離交流，記錄每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，吉首大學(xué)建立了云實(shí)驗(yàn)中心，專用于軟件工程專業(yè)學(xué)生軟件開(kāi)發(fā)相關(guān)課程實(shí)踐活動(dòng)。

學(xué)校利用千兆校園網(wǎng)和無(wú)線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，新建由24臺(tái)高性能服務(wù)器組成的云實(shí)驗(yàn)中心，能夠支持1 500個(gè)學(xué)生專屬實(shí)驗(yàn)機(jī)同時(shí)上線運(yùn)行，并利用當(dāng)下最先進(jìn)的5G技術(shù)建立5GWiFi網(wǎng)絡(luò)教室解決了學(xué)生密集區(qū)高帶寬高傳輸速率的難題，為“學(xué)習(xí)—實(shí)訓(xùn)—再學(xué)習(xí)—再實(shí)訓(xùn)”的理論與實(shí)踐一體化提供了技術(shù)支持。

圖1 云實(shí)驗(yàn)中心拓?fù)鋱D

每位學(xué)生都將分配到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)環(huán)境與實(shí)踐教學(xué)資源完善齊備的個(gè)人專屬虛擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室、教室還是宿舍，校園網(wǎng)覆蓋的地方都能用自己的智能終端接入云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)能提供必要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源，能保存?zhèn)€人的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)并記錄其實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)平臺(tái)還能隨時(shí)隨地共享學(xué)習(xí)資源、收發(fā)信息，進(jìn)行師生之間、生生之間的在線互動(dòng)。

3.2 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)體系改革

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)既要培養(yǎng)全部學(xué)生的基礎(chǔ)編程能力，又要選拔培養(yǎng)少數(shù)有特殊興趣愛(ài)好的學(xué)生。由此，我們對(duì)課程的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行了一定調(diào)整，分階段分層次設(shè)定多個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。

首先，按照人們的認(rèn)知過(guò)程將“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐過(guò)程分為初識(shí)期、入門期、提高期、攻堅(jiān)期和突破期五個(gè)階段。初識(shí)期的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，需要學(xué)生熟悉編程環(huán)境，了解程序編寫運(yùn)行的基本過(guò)程。入門期階段是課程的分水嶺，許多學(xué)生在這一階段編程能力提升較慢，在以后的階段逐漸掉隊(duì)，往往會(huì)失去繼續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力；入門期階段需要教師多做案例示范，學(xué)生首先應(yīng)多模仿案例編程，然后做一些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；該階段還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中多做經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，不斷了解程序調(diào)試和測(cè)試。提高和攻堅(jiān)階段需要學(xué)生通過(guò)綜合類和設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，形成良好的編程習(xí)慣，并逐漸培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，設(shè)計(jì)類程序開(kāi)發(fā)還將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。突破階段需要學(xué)生分工協(xié)作完成小型系統(tǒng)軟件，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)能力。

然后，根據(jù)每個(gè)階段知識(shí)與能力掌握程度的不同要求，分為考核層、考查層和選拔層三個(gè)不同的層次。表1展示了階段式分層次實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)(單元格中不同深度的底紋顏色代表學(xué)生需要達(dá)標(biāo)的時(shí)間順序，黃色底紋和粉色底紋不要求每個(gè)學(xué)生都達(dá)標(biāo))，每個(gè)階段的考核層是實(shí)踐活動(dòng)中每個(gè)學(xué)生必須掌握的能力；考查層的內(nèi)容在課程結(jié)束時(shí)學(xué)生需要基本達(dá)到要求，學(xué)生只有滿足某個(gè)階段考核層的要求后，方可進(jìn)入下一階段進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)。通過(guò)對(duì)選拔層的能力訓(xùn)練，選拔少量?jī)?yōu)秀學(xué)生進(jìn)行競(jìng)賽培訓(xùn)。

最后，我們將“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)分成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)及第二課堂三個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在前四個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)課時(shí)開(kāi)展；課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在學(xué)期的最后兩周集中進(jìn)行，對(duì)應(yīng)突破期階段；第二課堂主要采用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的形式進(jìn)行，每位學(xué)生每周三次共六小時(shí)進(jìn)入開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，時(shí)間安排在周末以及周一到周五的晚上，第二課堂的內(nèi)容根據(jù)學(xué)生的不同層次進(jìn)行劃分。若在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生未達(dá)到對(duì)應(yīng)階段的考核層要求，則在第二課堂加強(qiáng)本階段的練習(xí)，優(yōu)秀的學(xué)生可以在第二課堂進(jìn)行相應(yīng)的考查層和選拔層實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)實(shí)踐。

表1 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”階段式分層次實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

3.3 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)與資源建設(shè)

為了讓學(xué)生在實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程中得到更好的指導(dǎo)，利用購(gòu)買和聯(lián)合研發(fā)，搭建了多個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)中使用了上海睿亞訓(xùn)公司的云博實(shí)踐數(shù)字資源庫(kù)平臺(tái)和實(shí)踐能力提升平臺(tái)、ACM Online Judge在線答題平臺(tái)、校企合作研發(fā)并部署的智能移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)(湖南省教育信息化專項(xiàng)項(xiàng)目)。用于教師發(fā)布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)踐項(xiàng)目、上傳實(shí)踐學(xué)習(xí)資源、監(jiān)測(cè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果、解惑學(xué)生難題；有利于學(xué)生下載實(shí)踐資源、完成實(shí)踐任務(wù)、獲得教師指導(dǎo)。

首先，我們?cè)贏CM OJ平臺(tái)發(fā)布5 800多道實(shí)驗(yàn)題目，并對(duì)題目分別按難度和對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類；其次，每次實(shí)驗(yàn)教學(xué)均錄制了一個(gè)講解視頻和一個(gè)演示視頻，講解視頻主要介紹了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)、基本步驟和常見(jiàn)問(wèn)題等，演示視頻中選擇與學(xué)生本次實(shí)驗(yàn)任務(wù)相似的項(xiàng)目，錄制對(duì)其進(jìn)行編碼、編譯、調(diào)試、糾錯(cuò)和運(yùn)行的全過(guò)程；此外，通過(guò)校企聯(lián)合開(kāi)發(fā)，建立了30個(gè)C程序小型管理系統(tǒng)、應(yīng)用軟件或小游戲，這些系統(tǒng)既有完整的代碼，也有設(shè)計(jì)詳細(xì)文檔。對(duì)于“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)，我們撰寫了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)案例講義，通過(guò)幾年的不斷積累和改進(jìn)，目前以分別完成“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》和“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)案例分析》兩本書稿，其中“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)案例分析》已被中南大學(xué)出版社收稿，將于近期正式出版。學(xué)生可以通過(guò)云實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)訪問(wèn)以上課程資源，平臺(tái)還為學(xué)生留有上傳接口，學(xué)生可以上傳其完成的項(xiàng)目資源。

3.4 引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式

“翻轉(zhuǎn)課堂”(Flipped Classroom)作為一種自下而上的教育模式，是讓學(xué)生在家里聽(tīng)課、在課堂上“做作業(yè)”的教學(xué)方式[14-15]。為了讓學(xué)生能夠高效利用有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，同時(shí)逐漸培養(yǎng)其自學(xué)能力和主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，我們?cè)凇俺绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)中引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式。

每次實(shí)驗(yàn)教學(xué)前一周，教師確定下次實(shí)驗(yàn)每位學(xué)生需要完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，組織好必要的實(shí)驗(yàn)資源，并通過(guò)智能移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)發(fā)布任務(wù)。學(xué)生通過(guò)移動(dòng)終端自動(dòng)接收到實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)資源的相關(guān)信息，登錄云博實(shí)踐數(shù)字資源庫(kù)平臺(tái)，在指定位置獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料，包括本次實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)書、相關(guān)案例、以及本次實(shí)驗(yàn)的講解視頻和演示視頻，學(xué)生在本次實(shí)驗(yàn)前通過(guò)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和觀看視頻了解實(shí)驗(yàn)的基本方法與策略，并仔細(xì)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和代碼編寫，記錄自學(xué)和編碼中存在的各種問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室就預(yù)習(xí)時(shí)存在的問(wèn)題請(qǐng)求教師指導(dǎo)，完成代碼調(diào)試并提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果；教師需認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)調(diào)試，解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問(wèn)題，并記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)中存在的主要問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生就實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師及時(shí)總結(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，就學(xué)生遇到的典型問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一講解，還需要分析不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，確定每個(gè)學(xué)生下一時(shí)間所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)階段(不同進(jìn)展的學(xué)生所出的階段具有一定差異)。

3.5 聘請(qǐng)學(xué)生助教實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)指導(dǎo)和監(jiān)測(cè)

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，根本的問(wèn)題是教師資源缺乏，許多學(xué)生的問(wèn)題無(wú)法得到及時(shí)詳細(xì)的解答，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果無(wú)法完整有效監(jiān)測(cè)，學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑無(wú)法根據(jù)個(gè)人情況進(jìn)行規(guī)劃。每個(gè)學(xué)生都期望能編寫正確的程序，實(shí)踐過(guò)程中所遇問(wèn)題的累積會(huì)逐漸降低學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，甚至?xí)袑W(xué)生對(duì)授課教師產(chǎn)生不滿情緒，這將嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)的質(zhì)量。為了解決師資力量不足所導(dǎo)致的問(wèn)題，我們從高年級(jí)擇優(yōu)選擇有服務(wù)意愿的學(xué)生作為學(xué)生助教，在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)參與指導(dǎo)學(xué)生，幫助學(xué)生解決實(shí)踐中的疑問(wèn)和錯(cuò)誤，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的編程習(xí)慣，順利完成實(shí)踐任務(wù)。

學(xué)生助教的具體任務(wù)包括：① 幫助教師管理維護(hù)ACM OJ平臺(tái)的運(yùn)行，整理平臺(tái)上的題庫(kù)；② 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)幫助老師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)，并負(fù)責(zé)整理學(xué)生常見(jiàn)的問(wèn)題；③ 對(duì)學(xué)生的效果進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，并將相關(guān)意見(jiàn)交給教師進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)層次評(píng)定；④ 在第二課堂對(duì)不同層次的學(xué)生下達(dá)不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生完成第二課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，并為選拔優(yōu)秀學(xué)生提供建議和詳細(xì)依據(jù)；⑤ 為課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中每個(gè)小組的前期準(zhǔn)備提供必要的技術(shù)指導(dǎo)；⑥ 輔助教師接收并處理學(xué)生通過(guò)各種實(shí)踐平臺(tái)提出的問(wèn)題，定期對(duì)學(xué)生實(shí)踐中的問(wèn)題進(jìn)行答疑。

學(xué)生助教有效的提高了教師指導(dǎo)的效率，一定程度上滿足了學(xué)生實(shí)踐中答疑的需求，還能對(duì)學(xué)生助教自身的知識(shí)掌握程度、溝通能力及解決問(wèn)題能力的提高具有一定的幫助。在聘請(qǐng)學(xué)生助教的過(guò)程中，制定了學(xué)生助教聘任制度、管理制度、評(píng)價(jià)與考核制度及獎(jiǎng)勵(lì)制度等多項(xiàng)管理制度，教師在學(xué)期初還對(duì)學(xué)生助教進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)，保證學(xué)生助教能充分發(fā)揮作用，幫助“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程實(shí)踐活動(dòng)順利完成。

此外，我們提高實(shí)踐測(cè)試在課程考核中的比重，并實(shí)行按階段測(cè)試的方法進(jìn)行。為此我們建立了“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐能力監(jiān)測(cè)體系，確定每個(gè)階段學(xué)生應(yīng)該具備的各種能力，并制定每個(gè)階段的測(cè)試方案。另一方面，我們按學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的進(jìn)展確定不同學(xué)生的測(cè)試時(shí)間，既鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生提取完成下一階段的實(shí)踐學(xué)習(xí)，也允許基礎(chǔ)較差的學(xué)生推遲完成前一階段的測(cè)試。學(xué)校還在學(xué)期末組織新生進(jìn)行C程序設(shè)計(jì)大賽，組織優(yōu)秀學(xué)生與懷化學(xué)院等兄弟院校的新手進(jìn)行程序設(shè)計(jì)友誼競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的熱情。

4 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)改革成效

通過(guò)近幾年對(duì)“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程實(shí)踐教學(xué)的不斷改革，已經(jīng)取得一定的教學(xué)成果。軟件工程專業(yè)10級(jí)到13級(jí)的學(xué)生已全部通過(guò)國(guó)家計(jì)算機(jī)等級(jí)Ⅱ級(jí)考試，10級(jí)到12級(jí)的學(xué)生超過(guò)50%拿到軟件設(shè)計(jì)師資格證書。2013年和2014年組隊(duì)獲得湖南省藍(lán)狐杯大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、三等獎(jiǎng)三項(xiàng)；參加2013年、2014年藍(lán)橋杯決賽獲全國(guó)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)3項(xiàng)；軟件工程專業(yè)學(xué)生參加全國(guó)2012年大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，獲全國(guó)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)；2013年組隊(duì)參加第四屆中國(guó)大學(xué)生服務(wù)外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，獲全國(guó)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各一項(xiàng)；2014年組隊(duì)參加第三屆“中國(guó)軟件杯”大學(xué)生軟件設(shè)計(jì)大賽，榮獲二等獎(jiǎng)及最佳創(chuàng)新獎(jiǎng)。近三年，軟件工程專業(yè)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)，湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng)；近2年，軟件工程專業(yè)有20名學(xué)生獲得軟件著作權(quán)。

5 結(jié) 語(yǔ)

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程在軟件工程專業(yè)中占有重要地方，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，建立良好的編程習(xí)慣，培育工程化軟件設(shè)計(jì)的啟蒙思想具有重要地位。通過(guò)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，已經(jīng)取得一定成效。隨著慕課等新的學(xué)習(xí)方式的推廣、軟件工程專業(yè)辦學(xué)國(guó)際化程度的提升以及專業(yè)工程碩士辦學(xué)推進(jìn)等新形式的出現(xiàn)，改革的要求將不斷發(fā)生變化，我們將繼續(xù)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)資源、教學(xué)方法與手段等做更加深入的改革。

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Experimental Teaching Reform of Foundation of Programming Design Based on Cloud Platform

HUANGYun1，HONGJia-ming2，QINZun-yue1，WANGXin-feng1

(1. School of Software and Service Outsourcing, Jishou University, Zhangjiajie 427000, China;2. School of Medical Information Engineering, Guangzhou University of Chinese Medicine,Guangzhou 510006, China)

Experiment teaching of foundation of programming design is an important course for students of software engineering. Based on the analyzing the common problems in the teaching process, combining the existing research results, and depending on real situation in our university, we propose the experimental teaching reform for the course based on cloud platform. Considering the reality of professional construction on software engineering undergraduate, and using the experimental cloud platform in our university, our reform in the practice teaching system consists of the following steps: constructing experimental teaching platform for the class, constructing practice teaching resources, using inverted classroom teaching mode, and introducing student assistants in the practice teaching process. Our research results show that, the proposed reform effectively stimulates students' interest in the learning process, and effectively enhances the learning effect.

programming design basis; practice teaching; inverted classroom; practice teaching system; student assistants; experimental cloud platform; practice teaching resource

2015-02-27

湖南省教育廳教學(xué)改革研究項(xiàng)目(湘教通[2013]223號(hào))；湖南省普通高等學(xué)?！笆濉睂I(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目(湘教通[2012]266號(hào))

黃 云(1976-),男,土家族，湖南張家界人，博士,副教授，主要從事程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、算法設(shè)計(jì)與分析及數(shù)據(jù)挖掘等課程的教學(xué)。

Tel.：13907447310；E-mail：huangyun@ustc.edu.cn

洪佳明(1984-),男，廣東揭陽(yáng)人，博士，講師，主要從事程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)挖掘等課程的教學(xué)。

Tel.：13430200356；E-mail：327393962@qq.com

TP 311; G 642.0

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1006-7167(2016)02-0191-05