培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力研究
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摘要：如何提高學(xué)生的程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力以及系統(tǒng)分析開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力，滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的需求是高校需要重點(diǎn)解決的一個(gè)問(wèn)題。該文通過(guò)改革《C程序設(shè)計(jì)》教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生利用C語(yǔ)言編寫(xiě)各種應(yīng)用程序的能力，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《算法設(shè)計(jì)與分析》、《編譯原理》等專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中，重視培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)與分析能力，加強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)程序設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，完善各類(lèi)項(xiàng)目、競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，有效提升了學(xué)生的編程能力，以及分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)能力；算法設(shè)計(jì)能力；軟件工程師；實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)；因材施教
1引言
從十三五規(guī)劃來(lái)看，未來(lái)五年哪些職業(yè)最有“錢(qián)途”？《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議》明確指出，未來(lái)五年，軟件工程師愈發(fā)“走俏”。一直以來(lái)，學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力是評(píng)判一個(gè)學(xué)生是否是一名合格的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要指標(biāo)。
2存在的主要問(wèn)題
專(zhuān)家預(yù)言，未來(lái)10年中國(guó)的IT界每年需要100萬(wàn)人，其中計(jì)算機(jī)類(lèi)人才需求超過(guò)40萬(wàn)人，這是一個(gè)保守的說(shuō)法。最近幾年來(lái)，有不少企事業(yè)單位反映計(jì)算機(jī)類(lèi)畢業(yè)生實(shí)際應(yīng)用知識(shí)、動(dòng)手能力與應(yīng)用能力不夠、程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足，尤其是程序設(shè)計(jì)能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力無(wú)法達(dá)到用人單位的要求。這不僅對(duì)學(xué)生就業(yè)是一個(gè)嚴(yán)重的考驗(yàn)，更阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展與提升。造成以上情況的主要原因如下：一是學(xué)生在學(xué)完與程序設(shè)計(jì)、算法有關(guān)的課程后，對(duì)于這些知識(shí)僅僅只是停留在了解的基礎(chǔ)上，并未達(dá)到理解、融會(huì)貫通的境界，更沒(méi)有利用這些知識(shí)解決實(shí)際遇到的問(wèn)題。二是教師在講解程序設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)與分析的相關(guān)知識(shí)時(shí)，并沒(méi)有將理論與實(shí)際有機(jī)結(jié)合。三是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中并未對(duì)學(xué)生進(jìn)行真正的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)訓(xùn)練。雖然目前各本科院校的程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程都有課程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，但是大多數(shù)都是止于形式，并未予以真實(shí)的軟件項(xiàng)目支撐，因而收效甚微。四是對(duì)第一門(mén)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)不夠重視。盡管計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)所開(kāi)設(shè)的課程中很多都含有與編程相關(guān)的內(nèi)容，但作為入門(mén)級(jí)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程，其重要性不亞于任何一門(mén)專(zhuān)業(yè)課。由于當(dāng)前對(duì)第一門(mén)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程重視程度不夠和教學(xué)時(shí)數(shù)不足，導(dǎo)致了相當(dāng)一部分學(xué)生在學(xué)完第一門(mén)程序設(shè)計(jì)課程后，仍然無(wú)法獨(dú)立完成一個(gè)簡(jiǎn)單的程序開(kāi)發(fā)。一個(gè)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生出來(lái)找工作，連一個(gè)程序都寫(xiě)不好，可以說(shuō)我們的高等教育出了很大的問(wèn)題，編程能力是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生最基本的能力。為適應(yīng)十三五規(guī)劃對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的新要求，我們應(yīng)該改革《C程序設(shè)計(jì)》教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生利用C語(yǔ)言編寫(xiě)各種應(yīng)用程序的能力，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《算法設(shè)計(jì)與分析》、《編譯原理》等專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中，重視培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)與分析能力，加強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)程序設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，完善各類(lèi)項(xiàng)目、競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，努力培養(yǎng)服務(wù)國(guó)家和首都社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的社會(huì)主義優(yōu)秀人才。
3培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的具體措施
教育教學(xué)工作應(yīng)該以學(xué)生為主體，同時(shí)充分發(fā)揮教師的引領(lǐng)、指導(dǎo)作用，二者有機(jī)結(jié)合，相互配合，這樣才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，從而達(dá)到最佳的教學(xué)效果。因此本文以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”這一思想為指導(dǎo)，建立一套具有我校特色的教學(xué)模式，以及培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)踐教學(xué)體系，有效提升學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
3.1改革《C程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力
《C程序設(shè)計(jì)》是我校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的第一門(mén)程序設(shè)計(jì)課程，為保證課堂質(zhì)量，改變以前大班授課方式，采用小班上課；在教師安排上，充分考慮教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、工作責(zé)任感，以及實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)經(jīng)歷；改革《C程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)方法，將教學(xué)內(nèi)容分解為必須掌握的內(nèi)容和提高內(nèi)容，采用小班上機(jī)實(shí)驗(yàn)，按照學(xué)生的不同層次，給出不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)于層次高的學(xué)生，給學(xué)生另外布置一些趣味程序設(shè)計(jì)題目、競(jìng)賽題目，以及目前計(jì)算機(jī)一些前沿問(wèn)題；該課程的考核成績(jī)由期末機(jī)考成績(jī)和平時(shí)成績(jī)兩部分組成，各占50%。在平時(shí)成績(jī)中，階段考試占30%，提交實(shí)驗(yàn)程序占45%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占5%，作業(yè)成績(jī)占15%，考勤占5%，進(jìn)一步完善考試環(huán)境和考試方法，加強(qiáng)學(xué)生編程上機(jī)的能力訓(xùn)練。
3.2在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中，重視培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)與分析能力
采用不同的編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)同樣一個(gè)問(wèn)題，效率是完全不一樣的。對(duì)算法的研究被公認(rèn)為是計(jì)算機(jī)科學(xué)的基石。在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中，如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《算法設(shè)計(jì)與分析》、《操作系統(tǒng)》、《編譯原理》等專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中，使學(xué)生掌握算法設(shè)計(jì)的常用方法，以便能夠運(yùn)用這些方法獨(dú)立地設(shè)計(jì)解決計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題的有效算法，并能夠利用已有算法解決實(shí)際問(wèn)題。此外還要使學(xué)生學(xué)會(huì)分析算法，估計(jì)算法的時(shí)空復(fù)雜性，從而對(duì)算法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)定算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)要看它的時(shí)間復(fù)雜性、空間復(fù)雜性和人工復(fù)雜性，其中時(shí)間復(fù)雜性最為重要，通常是用時(shí)間復(fù)雜性來(lái)衡量某個(gè)算法的“好”或“壞”。
3.3加強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)程序設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
許多課程都有上機(jī)編程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如《C程序設(shè)計(jì)》、《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《算法設(shè)計(jì)與分析》、《Java程序設(shè)計(jì)》、《操作系統(tǒng)》、《匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》、《編譯原理》、《軟件工程》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》、《軟件測(cè)試技術(shù)》等課程，都要求學(xué)生完成一定數(shù)量的設(shè)計(jì)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。還設(shè)立了工程與學(xué)術(shù)實(shí)踐、計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)、軟件課程設(shè)計(jì)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)科目，堅(jiān)持編程實(shí)踐四年不間斷。培養(yǎng)方案中提供了軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、嵌入式技術(shù)三個(gè)方向的選修課程模塊，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和學(xué)習(xí)情況有目標(biāo)地選擇學(xué)習(xí)，達(dá)到了因材施教的目的。例如軟件課程設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)”首先要求學(xué)生進(jìn)行基本的分析，例如：這個(gè)系統(tǒng)要具有什么功能、可以抽象為哪幾類(lèi)對(duì)象、要應(yīng)用哪些算法、采用哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。之后，學(xué)生根據(jù)分析好的內(nèi)容進(jìn)行編程，編程中要考慮到諸如：代碼邏輯、異常處理、可擴(kuò)展性等問(wèn)題。完成一定代碼后要進(jìn)行單元測(cè)試，通過(guò)單元測(cè)試后，要對(duì)整個(gè)軟件進(jìn)行測(cè)試，例如，功能測(cè)試、回歸測(cè)試等，保證軟件的正確運(yùn)行。最后，教師進(jìn)行軟件驗(yàn)收，驗(yàn)收達(dá)標(biāo)后要完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。這一系列的開(kāi)發(fā)流程使學(xué)生掌握了一個(gè)軟件的真正開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高了學(xué)生的綜合編程能力，如：需求分析能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、數(shù)據(jù)抽象能力、編程實(shí)現(xiàn)能力、軟件測(cè)試能力，有效提高了學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，以及實(shí)踐與創(chuàng)新能力。一些學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中利用沒(méi)有學(xué)過(guò)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，充分體現(xiàn)了學(xué)生具備了自主學(xué)習(xí)其他語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具的能力。
3.4完善各類(lèi)項(xiàng)目、競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力
鼓勵(lì)高年級(jí)學(xué)生參與由教師指導(dǎo)的ACM國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽的華北地區(qū)選拔賽、北京市大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃、北方工業(yè)大學(xué)“科園杯”大學(xué)生科技活動(dòng)項(xiàng)目或教師負(fù)責(zé)的國(guó)家基金、科技支撐計(jì)劃、橫向科研等課題，在教師的指導(dǎo)下完成需求分析、算法設(shè)計(jì)、算法分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析等環(huán)節(jié)，最后提交打印版書(shū)面報(bào)告或論文，提高大學(xué)生的動(dòng)手能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。積極組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外科技活動(dòng)、“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”等各類(lèi)競(jìng)賽，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力。將專(zhuān)利、論文、科技競(jìng)賽活動(dòng)等以學(xué)分納入考核，對(duì)取得突出成績(jī)或有特殊成就的學(xué)生，在推免研究生、獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定等方面予以?xún)?yōu)先考慮，激發(fā)創(chuàng)新動(dòng)機(jī)，提升創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。完善實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，實(shí)驗(yàn)人員做好實(shí)驗(yàn)課程輔導(dǎo)，穩(wěn)定豐富課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。積極拓展有工程背景的企業(yè)導(dǎo)師參與實(shí)踐環(huán)節(jié)，與Oracle、文思海輝等知名企業(yè)建立校企合作關(guān)系，試點(diǎn)推出校企合作實(shí)踐環(huán)節(jié)課程，如與Oracle合作《項(xiàng)目管理實(shí)踐》課程，與文思海輝合作《企業(yè)實(shí)訓(xùn)》課程。
4結(jié)論
在“十三五”規(guī)劃課題研究中，“信息經(jīng)濟(jì)”首次被列入，這也意味著信息產(chǎn)業(yè)有望成為“十三五”規(guī)劃中的新增亮點(diǎn)。本文分析了高等學(xué)校培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才程序設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力存在的主要問(wèn)題，給出了改革和建設(shè)措施，有助于提高學(xué)生的編程能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展急需的信息產(chǎn)業(yè)人才。
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作者：張永梅 馬禮 孫晶 何麗 單位：北方工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院
