以“算法设计”为中心的程序设计课程改革研究与实施

摘要：根据以“算法设计”为中心的程序设计课程教学改革思想，设计用于应用性本科计算机相关专业的教学方案，该方案从改革目标、教学内容与过程、教学方法设计、评价体系等内容组成，旨在使方案具有实用性和可操作性等特点。既可直接用于程序设计基础课程，同时该方案的设计思想、实施手段和操作方法可为其他相关课程改革提供参考。

关键词：程序设计 教学方案 算法设计

一、课程目标

计算机人才的培养一直面临着一个切实的问题，那就是如何提高计算机专业学生的“学科专业能力”，即计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力、系统能力等。为了解决这个问题，以宁波市教育规划课题（以“算法为中心”的程序设计基础教学改革课题编号：YGH09081）为契机，对计算机科学与技术专业《程序设计基础》课程进行深入改革，试图通过对《程序设计基础》的改革探索，优化相关系列课程的教育教学方法，切实解决如上问题，使我院本科层次的应用型计算机人才的专业素质符合就业市场预期。

《程序设计基础》的改革意义非常重大，要培养切实的专业能力，不仅仅是教学方法改进的的问题，最根本的还是教学内容的问题。经过多次讨论，最终确定将《程序设计基础》课程的教学分为两个阶段，第一阶段主要培养学生的计算机思维、算法分析设计能力；第二阶段主要培养其综合程序设计与系统实现能力。在两个阶段中，将“团队意识”、“开发文档钻写”、“语言表达”等专业基本素质导入其中。

二、教学改革方案

1.教学内容设计

（1）以“算法设计”为中心的教学内容组织

“程序设计能力”的核心是“算法设计”，因此，教学内容以“算法设计为中心”，语言作为实现工具，目的是激发学生自己不断去创新算法，课程组根据这个思想确定了第一阶段课程教学内容。

第一阶段的教学中，教师要从传统的“以语法为中心的”教学方法中解放出来，设计适度规模的问题，引导学生根据“数学经验”建立“解题步骤”，教师将其“数学经验”与“计算机处理方式”进行对比，让学生将原有的“解题步骤”进行修正，进而引入流程图的构建，最终让学生思维从“数学解题步骤”迁移至流程图（计算机解题步骤）。这个过程是培养其主动思考、初步建立“算法概念”的阶段。

在第一阶段的教学中，强调思维训练，突出算法设计；为下一阶段培养学生的“综合程序设计能力”奠定基础。

（2）深化“程序设计”能力，全面培养“专业素质”

第二阶段是综合程序设计能力和系统能力的全面培养阶段，整个教学活动围绕“系统开发”：由学生组建“开发团队”（以三人最为合适），教师提出三个系统需求，针对不同系统，组员轮值项目负责人，从系统需求出发，完成“功能设计”、“模块划分”、“算法设计与优化”并最终“系统实现”，在此过程中，针对每个系统开发需求，“项目负责任人”进行任务分配、项目监控，并最终给其余团队成员评审考核。

2.课堂教学模式改革

以“讨论式”为主的课堂模式改革，是确保能力培养目标实现的有效手段。

探索在《程序设计基础》课中进行讨论式课堂教学，在程序设计课程中，针对中等规模的问题进行“算法设计”讨论，由教师提前提出问题，鼓励学生探索解决。在课堂上鼓励学生发表各自的“算法设计”方案，并激发其他学生提出争议，让学生真正体会“思维探索”的乐趣，激励学生在思想交流中深入思考；而教师在学生的争论中以“咨询员”、“主持人”等角色出现，合理把握课堂节奏，尝试课堂教学由“知识型教学”.向“探索型教学”转变，教师也由传统的教学主导者转变为教学活动的引导者。

通过教学反馈，发现“讨论式”教学不仅培养学生的主动思维探索能力，提高学生分析问题和解决问题能力，而且学生参与课堂的积极性有大幅度提高，这对于应用型本科院校的学生来说，实属难得。

3.评价体系

为确保能力培养目标的实现，提出“成果”为依据进行学生考核，所谓成果指在第二个教学阶段中，各个项目开发结束后形成的“软件成果”、“开发文档”、“答辩成果”作为其考核依据。其中，每个项目为30分，针对每个项目给出考评结果（如表1，其中“软件成果”和“开发文档”各占15分）。除去三个项目90分，剩余10分为“成果答辩”，所谓“成果答辩”主要是通过陈述和答辩方式展示开发成果（如表2），这个环节在每个案例结题后一周内进行，以小组为单位向任课教师申请，“成果答辩”部分以“开发小组”为单位自愿申请，并不强制，但从最终实施看，由于小组间的竞争，大部分小组都选择参与答辩。最终形成表3，作为其《程序设计基础》课程最终考核结果。

表1 项目评分表：（其中A1、B1为评分细则）

表2 答辩成果表

表3 总体评分表

三、实践成果

新课程改革方案已在2009级计算机与科学专业实施，从教学效果来看，通过两个阶段的培养，学生已超出预期的完成教改目标：

1.在大一，90%的学生顺利实现两千行设计性代码。

2.算法分析、综合程序设计能力明显提高，编码更注重技巧，算法追求创新。

3.大一结束，计科专业每位同学均能撰写3000字左右的设计文档，并做到符号、图形标准，设计报告撰写能力明显增强。

4.最为关键的是，学生的主动学习积极性明显提高，根据对学生的跟踪、调查，09计科专业的学生70%会主动放弃游戏时间，在宿舍内讨论项目开发、编码优化等问题；编码量的加大，并没有出现学生厌学的情况，反而使学生在算法设计中更关注个体创新，体会到算法设计的乐趣，进而快乐的创新。

四、小结

在《程序设计基础》的改革中，课时大幅度减少，课时教学效果明显提高。根据我们调查，由于学生编码量大幅度提高，讨论课增加，深层次问题也增多，而问题本身的个体性又很强，为保护学生的创作精神，教师加大课外辅导力度。由此可见，改革的成功并不仅仅取决于一个好的方案，更重要的是教师的付出。《程序设计基础》是一门基础类课程，它的教学效果绝不仅仅体现在现有以上几个方面，它的教学效果还将进一步在后续课程中得到验证；它的教学为应用型人才的专业能力培养奠定坚实基础，为后续课程的深化提供了依据。

参考文献：

［1］牛欣源.程序设计实践方案的研究与实施［J］.计算机教育，2010，（10）：132.

［2］马鸿雁，周爱桃. C语言程序设计实验教学方法改革探析［J］.科技信息（学术研究），2008，（36）：554.

［3］教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术发展战略研究报告暨专业规范（试行）［M］.高等教育出版社，2006.110.

基金项目：宁波市教育规划项目，以算法为中心的《程序设计基础》课程教学改革（YGH09081）。