李政偉，葛欣，席景科，聶茹

（中國礦業(yè)大學計算機科學與技術學院，徐州221116）

0 引言

工程教育專業(yè)認證是實現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認的重要基礎。《C++程序設計》是計算機相關專業(yè)的重要基礎課。依照工程教育專業(yè)認證的“以學生為中心，以產(chǎn)出為導向”的人才培養(yǎng)理念，本課程不僅是對C++語言的學習，也是對學生軟件開發(fā)的啟蒙和初步訓練，對于培養(yǎng)學生靈活運用所學知識，夯實軟件開發(fā)基礎非常關鍵。學生對本課程的學習質(zhì)量，將直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學習，在很大程度上影響著計算機類專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。在工程教育專業(yè)認證背景下，筆者結合近年的教學實踐，在吸取兄弟院校卓有成效的教學改革基礎上，從優(yōu)化和完善教學內(nèi)容，拓展第二課堂，強化實踐動手能力，分階段分層次對學生的學習效果進行過程化考核等多個方面進行探討與解析，提出適應于工程教育專業(yè)認證要求的《C++程序設計》課程的教學改革措施，以期提升課程教學質(zhì)量。

1 《C++程序設計》教學中存在的問題

作為“第一門”高校計算機相關專業(yè)的基礎必修課，新生對該課程的期望值很高，然而實際上，不僅學生普遍反映“難學”，教師也反映“難教”。筆者多年來一直承擔《C++程序設計》的教學工作，通過梳理面向復雜工程問題的工程教育要求，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的《C++程序設計》教學主要存在以下問題：

（1）繁雜的語法規(guī)則使初學者望而生畏

和常規(guī)的程序設計語言相比，C++語言的語法規(guī)則繁雜，甚至某些規(guī)則還與硬件有關。對于剛剛步入校門的大一新生而言，理解并掌握這些規(guī)則存在較大困難。學生普遍反映概念繁多，規(guī)則復雜，難以實際運用。相當一部分學生被紛繁復雜的語法所嚇倒，對程序設計產(chǎn)生畏難情緒，進而影響到后續(xù)課程的學習。

（2）實踐教學方法滯后

目前的實踐教學停留在對課堂知識點、教材例題的膚淺驗證上，實驗設計枯燥無味。程序設計教學方法與培養(yǎng)目標嚴重脫節(jié)，不僅削弱了學生的學習積極性，而且程序設計思維得不到有效鍛煉，不利于創(chuàng)新型人才的工程實踐能力的培養(yǎng)。

（3）對專業(yè)能力的培養(yǎng)重視不夠

教師在教學過程中太過循規(guī)蹈矩，過于注重語法、語義的繁文縟節(jié)。學生花了很大精力學習語法，卻仍然無法順利編程解決實際問題；忽視程序設計思維的引導和鍛煉，導致分析問題、解決問題的能力不高，很大程度上影響了學生專業(yè)能力的培養(yǎng)。

（4）考核方式重理論輕實踐

目前，該課程的考核方式分為平時成績和期末成績兩部分。這類形式單調(diào)的考核方式，忽視了動手操作與日常應用能力的考核，導致“高能低分、低能高分”的不合理考核現(xiàn)狀，無法客觀公平地評價學生的實際學習情況。

2 基于工程教育專業(yè)認證的課程改革

課題組結合多年的教學實踐和課程特點，以課程示例庫為依托，以工程教育專業(yè)認證標準、規(guī)范為基礎，以“學生為中心”，不斷優(yōu)化和完善教學內(nèi)容，拓展第二課堂，強化實踐動手能力，分階段分層次對學生的學習效果進行過程化考核，構建出符合工程教育專業(yè)認證要求的《C++程序設計》教學體系和教學新模式。面向工程教育專業(yè)認證的課程改革實施方案流程圖如圖1 所示。

圖1 面向工程教育專業(yè)認證的課程改革實施方案流程圖

2.1 完善和優(yōu)化教學內(nèi)容，構建課程教學示例庫

基于工程教育專業(yè)認證以“學生為中心”理念，始終將學生放在課程教學工作的首位，始終關注學生的學習效果，針對性地調(diào)整授課內(nèi)容、節(jié)奏、方式等。打破固定的章節(jié)結構，重新梳理和優(yōu)化整合《C++程序設計》教學內(nèi)容。廣泛收集、整理教學示例和項目，構建符合工程教育專業(yè)認證要求的教學示例庫，針對性引導學生在編程實踐中進行強化訓練。《C++程序設計》課程的部分知識模塊及示例展示如圖2 所示。

圖2《C++程序設計》課程部分知識模塊及示例

示例的目標不是針對單個或幾個知識點的簡單展示，而是應該體現(xiàn)實際應用場景、具有啟示和示范意義。C++課程面向?qū)ο蟛糠稚婕邦惡蛯ο蟮幕靖拍?、構造函?shù)，析構函數(shù)，靜態(tài)成員、友元函數(shù)、繼承、多態(tài)性、文件操作、運算符重載等知識點。根據(jù)項目的難易程度，可選取“校園人員管理系統(tǒng)”、“飛機訂票管理系統(tǒng)”、“坦克大戰(zhàn)”、“貪食蛇”等學生較為熟悉的場景示例供課堂講解和課下分析使用。

此外，可以根據(jù)需要把一個實際項目分解為若干個子項目，將知識點融入到各個子項目中，實現(xiàn)教學內(nèi)容的循序漸進。以“校園人員管理系統(tǒng)”為例，其常見模塊包括人員管理、學生管理、教師管理、教學管理等。在設計學生類和教師類時可以涵蓋面向?qū)ο蟮幕靖拍?、類和對象定義、繼承與派生等知識點。校園人員管理系統(tǒng)設計與C++課程知識點對應關系如表1 所示。

表1 項目示例劃分

2.2 增量式基于項目驅(qū)動的分層實驗教學設計

實驗教學是工程應用型人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。依照“循序漸進”的核心思想，構建為兩層“階梯式”C++實驗教學體系（如圖3 所示）。實驗內(nèi)容從模仿型實驗、基本型實驗、提高型實驗、逐步遞進過渡到綜合型實驗。

圖3 增量式項目C++實驗教學體系（部分）

實驗項目不再僅僅局限于驗證型實驗，而是設計為涵蓋基礎和應用的增量式實驗教學體系。其中，基礎層注重基本知識，用以幫助學生掌握C++基本語法和理解面向過程的程序設計方法。基礎層實驗又被細分為模仿型程序、基本型和提高型實驗。學生通過基礎層實驗項目鞏固所學知識點，有助于按照教學節(jié)奏安排學生循序漸進開展編程實踐。

應用層著重系統(tǒng)設計及軟件開發(fā)能力訓練，強調(diào)課程知識點的前后聯(lián)系和融會貫通。該層以綜合型實驗項目為主，結合實際工程應用設計并實現(xiàn)出相應實用型信息系統(tǒng)。相對于基本型實驗而言，其綜合性、復雜性和應用性更高，有助于引導學生加強對各個知識點的融會貫通，提高其應用系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力。圖4是以圖書信息管理系統(tǒng)為例的增量式項目實踐說明。該系統(tǒng)根據(jù)課程內(nèi)容的不斷深入，逐級遞進設計出六個版本，將新知識點漸進融入到每一個版本中。前一個版本是后一個版本的基礎，而后一個版本是前一個版本的繼承和拓展。通過上述六個版本的增量式訓練，學生在循序漸進學習新知識的同時，也實現(xiàn)了對舊知識的不斷鞏固和強化。在實際操作中，教師可以設計基于不同應用背景不同類型的綜合型實驗項目，鼓勵并鍛煉學生的分工協(xié)作能力。

圖4 增量式圖書信息管理系統(tǒng)

2.3 拓展第二課堂，強化實踐動手能力

一方面組織教師參與指導學生第二課堂活動，另一方面鼓勵學生參與教師的科研項目，撰寫并發(fā)表科研論文；推動、引導學生參加學科競賽（例如藍橋杯軟件設計大賽、ACM/ICPC 國際大學生程序設計競賽等），不斷強化學生的分析與解決問題的能力、進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和編程能力；采用“以賽促學，以學促教”的人才培養(yǎng)方式；為學生動手實踐能力的發(fā)揮提供固定平臺和場所，并安排專任教師進行現(xiàn)場輔導。

2.4 以編程能力培養(yǎng)為目標的分階段考核

為了體現(xiàn)考核過程的客觀公正性，采用分階段機考取代一考定終身的傳統(tǒng)評價方式（采用周考和期末考試相結合的方式，并已經(jīng)推廣至一周多考）。按照兩層實踐教學體系設置考題，側重編程能力考核。當學生完成某一階段的實踐內(nèi)容之后，就能通過機考及時評價對該階段知識點的掌握情況，實現(xiàn)分階段完成知識點的學習和考核任務。這樣不僅提高了成績評定的透明度，同時也有助于學生了解自身學習情況，及時調(diào)整學習方向，提高自主學習效果。對于平時成績的考核，將改進以往局限于日常作業(yè)和出勤的簡單考核模式，而是分階段記錄并評價學生的日常表現(xiàn)，并將其作為成績評定的主要依據(jù)。另外，課題組開發(fā)了基于個性化畫像的考試評價軟件，針對每個學生的不同答題情況，自動生成其對相應知識點的掌握情況，以便于教師開展因材施教和個性化輔導。

3 結語

總之，以工程教育專業(yè)認證標準、規(guī)范為基礎，以示例庫為依托，不斷優(yōu)化和完善《C++程序設計》教學內(nèi)容，按照兩層實踐教學體系架構，分階段分層次對學生的學習效果進行過程化考核，杜絕“高能低分、低能高分”現(xiàn)象發(fā)生。積極拓展第二課堂，強化學生的實踐動手能力，實現(xiàn)以編程能力培養(yǎng)為目標的分階段考核，構建符合工程教育專業(yè)認證要求的《C++程序設計》的全新教學體系和教學模式。從實際的教學達成度來看，學生的學習積極性較以往明顯增高，在平時的上機實踐中，絕大部分學生能做到獨立分析和解決問題，而最后的考核結果統(tǒng)計也達到了預期目標。