计算机软件系列课程教学方式研究

　　摘要：本文针对计算机软件系列课程传统教学方式中以教师讲解为中心的“注入式知识教育”存在的弊端，提出了基于任务驱动、基于案例驱动以及基于项目驱动的教学模式，该模式采用以学生主动思考为中心，引导学生探索新知识为主，理论与实际相结合的“研究式素质教育”方式，在教学中培养学生信息素养，激发学生学习潜能，提高学生学习兴趣，促进学生自主学习，增强学生创新意识。
　　关键词：计算机软件；任务驱动；案例驱动；项目驱动
　　文章编号：1672-5913(2010)08-0104-04
　　中图分类号：G642
　　文献标识码：A
　　
　　计算机软件系列课程的传统教学方式一般是学生在学习某个知识点之前，首先需要熟记一些基本概念，然后在教师的讲解下学习相关的应用，从而由浅入深地理解课程的知识，这种方法对于学生奠定理论基础具有较大的作用。但对于强调学科间联系、实践性强、技术更新快的计算机软件课程来说，除通过理论基础培养学生技术素质外，更需注重数学思维、逻辑分析能力的培养，并强调工作态度、表达能力、团队精神等非技术性的综合素质培养。因此本课题的研究内容主要是通过“任务”、“案例”和“项目”的提出，将学生带入思考的环境中，使学生在主动思考中自觉地接受知识这样一种教学模式，从而激发学生的学习兴趣，培养学生解决实际问题的能力。
　　
　　1　基于任务驱动的教学法
　　
　　任务驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法，是实施探究性教学模式的一种教学方法。任务驱动教学的出发点是师生互动；切入点是边学边做；落脚点是调动学生学习积极性、创造性，强调个性发挥与协调工作相结合。它是将所学知识隐含在一个或几个任务当中，学生通过提出问题、分析问题来明确问题所涉及的知识，并在教师的指导下来解决问题的教学方法。在学科学习中，任务驱动教学法以问题作为载体，创设一种类似科学探究的情景或途径，引导学生学习新的知识，并让学生自主地通过已学的知识，分析问题、完成任务，从中培养学生的实践能力和巩固已学的知识。具体到课程教学的设计过程中，采用任务驱动教学法是指任课教师根据当前教学主题(目标)设计并提出任务；针对所提出的任务，采取演示或讲解方式，分析该任务所涉及的教学知识点，引导学生对知识点的学习；然后分析任务并给出完成该任务的思路、方法、步骤和结果；在此基础上老师引导学生边学边做，并独立或协作完成相应的学习任务，实现“学中做”、“做中学”，以达到学生真正掌握知识与技能之目的。在我们的课题中，针对计算机软件系列课程中的C程序设计、数据结构、编译原理及Java语言程序设计等课程，采用了基于任务驱动的教学模式的设计方法，并付诸实践。
　　
　　1，1基于任务驱动的教学模式设计
　　基于任务驱动的教学模式设计是以兴趣引导出发，培养学生的设计能力为宗旨的教学模式改革研究，在教学模式的设计中，首先对本门课程的知识点进行归纳分析；然后设计出一个趣味性设计任务，每个任务以问题的展示、知识点分析引入知识点的传授方式，在对任务中所使用的知识点功能基础上，扩展本知识点的功能及相关知识点的传授；最后根据本任务，提出训练任务，学生利用己学的知识，自己去分析问题，并思索解决问题的方法和步骤。
　　
　　1，2基于任务驱动的教学任务设计
　　基于任务驱动的教学任务设计中每个任务由任务、任务所含盖的知识点和实训任务三个小部分组成。
　　在任务设置这部分中，教师给出一个趣味性题目后，将解决该问题的结果在课堂进行演示，这个任务中，包括了当天课程要讲的新知识、新方法，也大量地使用前面课程中已学过的知识和方法。
　　在任务所含盖的知识点这部分中，教师根据任务完成的需求，首先对任务中所使用的知识点进行引导性讲解后，通过程序一步步地引出本任务中完整的知识点，完成教学内容的讲授。
　　在实训这部分中，分三种训练方法：一是给出相类似的题目在课堂上指导学生完成；二是给出若干个使用任务中含盖的知识点完成的存在一些小问题的设计任务，由学生阅读并挑错进行设计能力的训练：三是课后通过实践完成相近任务来进行巩固与提高。
　　下面以C程序设计这门课程为例简要介绍该教学模式以及任务的设计。
　　
　　1，3基于任务驱动的C程序设计教学设计
　　首先对c程序设计课程的知识点进行归纳和分析，包括：表达式、语句及程序设计方法、分支程序设计、循环程序设计、数组、指针、构造类型数据、位操作、文件等，再根据本堂授课所要讲授的知识点选出相应的任务，然后按照任务进行教学设计与讲授。下面给出了一个包含部分知识点的设计实例。
　　任务：爱因斯坦的一道数学题
　　在你的面前有一条长长的阶梯：如果你每步跨2阶，那么最后剩下1阶：如果你每步跨3阶，那么最后剩下2阶：如果你每步跨5阶，最后剩4阶；如果你每步跨6阶，最后剩5阶；只有当你每步跨7阶时，最后才正好走完，一阶也不剩。现在，问你这条阶梯最少共有多少阶?
　　对于此问题我们按照如下的步骤进行教学讲解。
　　·笔算步骤和结果分析
　　·程序设计思路
　　·算法描述
　　·完成该任务的程序
　　·任务含盖的知识点
　　·知识点的详细讲解
　　讲授完成后，给出课堂实训任务，由教师指导完成。
　　(1)程序设计题，题目：牛数递增。
　　有一位数学家曾提出这样一道算题：“有一头牛，它每年年初生一头小母牛。每头小母牛从第四个年头起，每年年初也生一头小母牛。问在第二十年时，牛的头数共有多小?”
　　此过程主要由学生在教师指导下运用上面讲过的知识点来完成程序设计任务。
　　(2)挑出程序中的错误，题目：该数有多少?
　　个位数为6，且能被3整除的五位数共有多少个?
　　此过程给出解决此问题的笔算步骤和结果、程序设计思路以及算法描述、带有典型错误的程序，让学生根据刚刚学过的知识点改正程序中的错误。
　　最后根据讲授过的知识点选择若干趣味性较强的训练题供学生课后实践训练。
　　
　　2　基于案例驱动的教学法
　　
　　案例教学法起源于哈佛大学商学院，它是一种与传统教学的“概念一理论一应用”模式完全相反，采用“案例一理论和概念”模式的教学方法。通俗地讲，案例教学是通过对具体实例的演示、讲解，让学生对案例进行分析、讨论、交流，充分表达自己的见解，以达到高层次认知学习目标的一种启发式教学方法。在教学实施过程中由许多小的教学循环组成，每个教学循环中首先提出一个来自IT行业或工业界的实际问题，接着由老师用规范的分析、计划、实施和验证的步骤来解决这个问题；然后再对学生提出相类似的另一个实际问题，学生可参照专家的方法和步骤来解决该问题，即在老师指导下的实践；最后学生必须独立综合运用所学知识解决一个新的实际问题。在我们的课题中，针对计算机软件系列课程中的数据库原理与应用、软件工程、面向对象技术等课程，采用了“基于案例教学”的教学模式的设计方法，并付诸实践。
　　
　　2，1基于案例驱动教学法的过程
　　案例驱动教学法包括以下几个过程。
　　·教学案例的选择与设计
　　·案例分析与讲解
　　·课堂讨论
　　·综合讨论结果，得出结论
　　由于其教学方式独特，使得案例教学在高等教育中得到了广泛地应用。案例教学最早应用于法学和管理学，不同的应用领域，其表现出来的特点也不同。
　　下面以数据库原理与应用这门课程为例简要介绍该教学模式的设计。
　　
　　2，2基于案例驱动的数据库原理与应用教学设计
　　在数据库原理与应用课程中，案例教学具有明确目的性、突出实践性、体现真实性、增强启发性特点。
　　案例教学可以把抽象的原理、概念具体化，
　　把知识点置于一定的典型案例之中，应用启发式，将教师讲与学生课堂讨论相结合，习题与实习相结合。
　　授课过程中我们以《葫芦岛自来水公司用水管理信息系统》设计过程为例，深入浅出的说明了数据库设计的基本过程。
　　(1)需求分析。归纳出用户对新系统在功能和性能上的要求。
　　(2)概念模型设计。画出系统的E-R图。
　　(3)关系模式设计(逻辑结构设计)。由系统的概念模型得出关系模式。
　　(4)数据字典(物理设计)。
　　数据字典是物理数据库的具体体现，主要规定各关系的名称、各列的数据类型、长度、小数位、完整性约束等。
　　通过对《葫芦岛自来水公司用水管理信息系统》设计开发过程的论述，学生学会了数据库设计的基本步骤，同时，对于需求分析的方法、经验，E-R图的要素及画法，概念结构向逻辑结构转化，关系模式优化(范式)，数据库物理设计等基本理论方法有了一个宏观的认识，并以此完成了相关案例的设计。
　　
　　3　基于项目驱动的教学法
　　
　　基于项目驱动的教学方法是指在教学中引入若干个项目案例，按照实际软件开发中的方法与步骤展开教学。在项目驱动教学过程中，学生在教师的带领下，一边进行专业理论知识的学习，一边进行实际的应用项目开发，使学生处在主动学习、自主学习、相互学习、积极沟通、不断实践的学习环境当中。在这种教学方式下，教师不再是知识和理论的简单灌输者，而是发挥着导师的作用，循序渐进地引导学生在实践中学习理论，在实践中消化理论、应用理论，在实践中掌握知识。在我们的课题中，针对计算机软件系列课程中的计算机图形学、操作系统、数字图像处理等课程，采用了基于项目驱动的教学模式的设计方法，并付诸实践。
　　下面以计算机图形学这门课程为例简要介绍该教学模式的设计。
　　
　　3，1基于项目驱动教学法的教学方案
　　计算机图形学课程主要面向计算机软件、计算机科学技术专业高年级本科生，其教学目标包括三个层次：首先，通过本门课程的学习，学生可使用当代图形API编写图形应用程序，并将这类程序与其他应用相结合：其次，通过课程学习，学生不仅对计算机图形学有一个全面、感性的认识，了解学科前沿，同时能够理解和实现部分经典算法；再次，寻找一个可行解决方法对模型进行求解，利用解决方法对问题进行测试，验证模型及其解决方案的正确性训练学生以图形作为工具，对实际问题进行可视分析、建模和求解技能。
　　在教学方面，我们借鉴优秀大学的先进教育方法，主讲教师上课主要侧重课程的要点、难点和方法以及理念，具体细节要求学生课后学习和实践。这种授课方法要求学生在课后自学来强化对基本概念、基础理论和算法的理解和掌握，有效地弥补了学时的不足。
　　
　　3，2基于项目驱动教学法的实施
　　在授课过程中根据教学大纲要求的知识点，我们设计了三个综合性较强的实践项目，学生可在全天候开放的专用机房完成。学生通过这些课后的实践项目来锻炼和提高分析问题和解决问题的能力。通过该门课程学习，若学生能够完成三个实践项目，便基本达到教学目标的要求：能够利用图形编程接口进行图形程序开发，并将它们结合到其他应用中；对图形学基础理论、基本概念有直观感性的理解，能了解学科前沿，理解和实现部分典型的算法；在以图形作为工具来分析问题、解决问题方面可以得到很好的训练。
　　在项目驱动方案的实施过程中，我们为该课程的每1个教学班配备3名硕士研究生作为教学助理，达到了平均10名学生配备一名教学助理。教学助理和主讲教师一起，根据项目内容和学生反馈意见通过多种方式给予学生指导和帮助，同时学生按项目被分成若干小组，各小组的活动在指导教师和教学助理的指导和监控下进行，项目考核中学生根据项目不同部分各司其职地进行相关问题的答辩；教师评定项目小组总分，小组组长根据不同成员所起作用分配具体分数。通过训练，使学生真正具备软件应用开发的各种基本能力、系统维护和配置能力、尤其是团队合作精神，使学生认识到与社会进行无缝连接应继续努力的方向。
　　
　　4　结语
　　
　　目前，IT业对人才的需求大量增长，然而扩招后却出现了供过于求的现状，其主要原因是用人单位对求职者岗前的专业素质、应变能力、自学能力、敏锐的洞察能力等综合能力提出了较高的要求。我们开展的基于问题体系结构的教计算机软件系列课程教学改革与研究，在教学中从培养学生的信息素养、激发潜能，提高学习兴趣、激发创新意识、培养创新精神，促进自主学习等方面入手，对缩小毕业生与社会需求的差距具有较大的现实意