基于课程群的计算机专业课程设计探索与实践

李竹林，王文发，许 淳

（延安大学 计算机学院，陕西 延安 716000）

教育部“高校本科教学质量与改革工程”意见中指出，全面提高高等教育质量的核心是大力提升人才培养水平[1]。2011年12月30日，国务院在人民大会堂就关于实施《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》工作情况的报告进行专题询问时，教育部副部长杜玉波表示，实践能力培养是目前人才培养中最薄弱的环节，也是我们今后提高人才培养质量的一个切入点和突破口[2]。可见，在今后本科的培养过程中，加强实践能力的培养是重点内容之一。

计算机专业是工科类型，重在培养应用型、工程型人才。然而，在以往的高校计算机专业教学过程中，实验教学一直以验证型基础实验为主，学生所学的理论知识虽然在基础实验中得到了验证，能掌握基础的专业知识，学习基本的编程方法。但是学生所学的理论知识与实际的社会需求项目没有结合起来，学生分析实际问题、解决实际问题的能力得不到培养。本文以CDIO教育理念[3-4]为引导，提出了基于工程项目的三级计算机专业课程设计方案。

1 二级课程设计方案

结合我校的实际情况，设计了3个阶段的课程设计，分别为一级课程设计、二级课程设计以及三级课程设计。如图1所示。这3个阶段是紧密相关的，与基础实验也是紧密相关的。基础实验是基于工程项目课程设计的重要基础，这三级课程设计又是循序渐进，层层相扣，逐步培养社会需求的计算机专业应用型、工程型人才。

图1 计算机专业三级课程设计框图Fig.1 Three-level computer course design diagram

其中的基于课程群的二级课程设计以相关核心课程群和相关能力要求为基础，以实际工程项目为载体，主要培养学生综合应用相关知识的能力，尤其是创新思维能力与终生学习能力。通过二级课程设计，促进学生理解课程群间专业知识的必然的深层的联系，加深学生对所学理论知识的巩固和理解；培养学生的分析能及运用所学知识解决实际问题能力；提高学生的综合编程能力；提高学生的合作交流能力；激发学生的创新思维与能力，为进一步学习、后续的课程设计以及培养成社会需求的计算机人才奠定扎实的基础。为了达到课程设计目的，主要从两方面着手：一是从二级课程设计的方案入手；二是从师资力量的培养与要求入手。

1.1 设计思路

基于课程群的课程设计的总思路是：以CDIO教育理念为导向，以实际项目为载体，以提高能力为目标，由高素质教师为指导老师，在课程学习完之后，组织课程设计，完成实验教学。具体地说，由以下几个方面：

1）结合社会需求、学校实验平台、师资力量以及学生的实际情况，明确计算机专业主干课程，计划一级课程设计的主要课程、课程设计实施时间以及组织安排工作；

2）明确计算机类专业的核心能力，进行课程设计，做到每一门课程都有合适的实际工程项目供学生选择；

3）明确学生的课程设计任务与培养目标的对应，做到因材施教；

4）制定可行的实施方案与评定标准，实行指导老师负责制；

5）走校企合作之路，实时掌握企业对计算机人才的需求，与企业合作开发设计课程。

1.2 主要内容

基于课程群的课程设计主要环节包括：问题驱动的理论教学、课程设计以及课程设计考书。其中的考核方法详见第1.3小节。

基于工程项目的二级课程设计涉及到的主要课程群如表1所示。

表1 基于工程项目的二级课程设计课程群划分Tab.1 Two-level course design classification based on project

根据CDIO的教育理念，培养具有实际能力和创新思维的大学生是我们的根本目标。为了让学生更容易将所学的知识和实际生活结合起来，也能更好地完成课程设计任务，我们采取了问题驱动的课堂教学方法。即在每门课程的教学过程中，对主要章节的知识点设计出合理的、与实际相结合的，并且课程间相关联问题，首先提出问题，引起学生的思考，并引导学生学习新的知识解决问题。这样，一方面提高学习兴趣，明确学习目标；另一方面，也为后继的基于课程群的集中课程设计打下了基础，使得学生不至于课程设计时感到迷茫或无法下手。现列出为“课程群1”的课程设计所设计的主要课堂教学问题：

1）有n个学生的m门课程成绩，请输入到计算机中管理。能实现的功能：查找、插入、删除、排序等；

2）停车场管理问题——栈和队列的应用；

3）文本编辑——字符串的应用；

4）哈夫曼树的应用；

5）校园导游问题；

6）实现n个学生的m门功课的成绩管理，包括每门课的最高成绩、平均成绩、排序；每个学生的平均成绩、n个学生按总分排序，并讨论算法的复杂度。

对应的“课程群1”的课程设计题目有：

①运动会分数统计；

②航空订票系统；

②文章编辑：输入一页文字，程序可以统计出文字、数字、空格的个数；

④排序系统设计；

⑤散列表的设计与实现；

⑥采用哈夫曼编码思想实现文件的压缩和恢复功能，并计算压缩前后的占用空间比；

⑦校园导航问题：设计学校的平面图，至少包括10个以上的景点，找出从任意点到达另一点的最佳路径；

⑧学校超市选址问题（带权有向图的中心点）。

要求：2～3人一个题目，采取分工与合作的方式共同完成。

1.3 考核的方式

考核的总体思路是：转变传统的考试观念，树立以“能力考核”、“全面培养”为中心的现代考试观念。不同的课程有不同的考核标准。

考核考核时主要有如下几项参考：

1）初步设计内容的考核：是否有查阅资料能力？问题分析是否清楚？设计思想如何？解决问题的方案是否合理？有无创新点？

2）合作交流能力的考核：是否和同组成员协作愉快？是否善于和同学、指导老师交流沟通？

3）程序编码能力与测试能力的考核：能否独立担当程序模块的编码工作？程序是否清晰、易读？在解决关键问题的算法设计与实现上是否高效？是否能独立完成程序的测试，测试用例如何？

4）文档质量的考核：设计结构是否合理？方案是否可行？表达是否正确与规范？

5）答辩能力的考核：能否清楚表达自己的设计理念、思想及方案，对测试结果的解释是否合理？回答问题是否准确？

6）出勤率极平时表现的考核：是否遵守考勤相关的规定？

7)综合表现如何？

根据上面的考勤因素，为了合理、全面考核学生的能力，二级课程设计规定了不同的因素给予不同的权值，如表2所示。

2 师资力量配备

要通过课程设计提高学生的解决问题能力、系统工程能力及创新能力，培养建设一支结构合理、具有较高教学水平和较强实践能力的优秀教师团队是非常必要的。主要从下列3个方面做起。

2.1 更新教学理念

从2004年提出CDIO新的教育理念，多次组织老师认识学习，系统、深入理解“构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）与运作（Operate）”的内在含义、12 条标准以及能力大纲[5-6]，并将其应用在计算机专业课程的教学过程中。除此之外，尽量参加国际国内的教育、学术交流活动，开阔视野、丰富和更新知识、提高教学水平，保证教师有先进的教学理念和教学方法，保证骨干教师具有专业课程开发的能力，保证专业课程设计达到预期目标。

表2 课程设计考核因素及权重Tab.2 Course design evaluation factors and weight

2.2 提高工程实践能力

通过项目的实施，培养更多的专业骨干教师，特别是培养年轻的专业骨干教师。为此，我们坚持高校与企业相结合，“产、学、研、用”相结合，并且要求骨干教师每年必须承担或参与工程项目的开发工作。其过程中，要求每位教师至少有1到2个项目的整体参与过程：调研、需求分析、实施方案设计、详细设计、开发、调试[7]、使用说明、验收交付以及维护等。这样，不仅培养了教师的系统工程能力，也需要教师不断学习新技术解决实际问题，最后要求教师将成果拟定论文发表。

2.3 团队合作精神

“团队精神”的力量是不可估量的，是高校建设与发展中非常重要的因素。但由于高校招生规模扩大，教师工作量加重，教师往往是埋头备课，除了参加院系会议外，平时交流与沟通的机会很少，造成了教师以“个人自主学习、自主科研”形式为主。为了打破这种格局，形成教学科研团队，发挥团队的凝聚力，我们争取横、纵向项目，以项目为载体，搭建学习交流平台，共同讨论教学、项目开发中存在的问题，研讨教学与科研的方法，以促进教学效果、提高科研能力，强化教师队伍的团队精神。

3 结 论

基于课程群的课程设计方案通过在我校的计算机教学专业中近几年的探索与实践，取得了较好的教学效果，基本上达到了培养计算机人才的目的。在今后的教学过程中，将进一步根据社会需求强化师资力量，尽量挖掘学生的潜能，充分发挥学生的特长，培养高素质的计算机专业应用人才。

[1]中华人民共和国教育部.《教育部 财政部关于“十二五”期间实施 “高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》[EB/OL].（2011-09-26）ttp://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5666/201109/xxgk_124985.html

[2]杜玉波.实践能力是目前人才培养中最薄弱环节[EB/OL]，（2011-12-30）.http://www.china.com.cn/news/2011-12/30/content_24291691.htm

[3]查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略——产学合作与国际化[J].高等工程教育研究，2008，16（1）:21-28.

ZHA Jian-zhong.Strategy of engineering education reform in the era of economic globalization[J].Research in Higher Education of Engineering，2008，16（1）:21-28.

[4]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，16（3）:1-6.

ZHA Jian-zhong.On CDIO model under “learning by doing”strategy[J].Research in Higher Education of Engineering，2008，16（3）:1-6.

[5]查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J].中国大学教学，2008，5：16-19.

ZHA Jian-zhong.Engineering education reform strategy of"CDIO" and the industry-university cooperation and international[J].China University Teaching，2008，5：16-19.

[6]王硕旺，洪成文.CDIO:美国麻省理工学院工程教育的经典模式—基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究，2009，28（4）:116-119.

WANG Shuo-wang，HONG Cheng-wen.CDIO:the classic mode of engineering education in MIT—An unscrambling on the CDIO syllabus[J].Journal of Higher Education in Science&Technology，2009，28（4）:116-119.

[7]王文龙，张少博，陈海峰.一种试验数据处理软件设计[J].火箭推进，2012（1）：76-80.

WANG Wen-long，ZHANG Shao-bo，CHEN Hai-feng.Design of a test data processing software[J].Journal of Rocket Propulsion， 2012（1）：76-80.