学分制下程序设计课程实验教学的实施与创新

    胡安明　谌颃

    摘要：学分制与实验教学的结合发挥了教育实践性的作用，并弥补现阶段的教学缺陷。文章通过阐述学分制下实验教学的内涵，联系实际，提出了创新实验教学内容，变革实验教学方法及手段，规范实验教学的考评方法等设想。关键词：学分制；实验教学；实施与创新

    实验教学是随着近代自然科学的发展兴起的，现代科学技术和实验手段的飞跃发展，使实验教学发挥越来越大的作用。

    通过实验，既可以把知识与技能相结合，又能够培养学生的独立探索能力、实验操作能力和科学研究兴趣。纵观实验教学所具有的开发平台多元化、开源创新、课程参与自主性高等优点，它需要一种更为灵活的学分制来适应计算机专业教学改革。对于程序设计实验教学而言，学分制具有灵活、创新激励、尊重主体等特点。从这一意义上讲，学分制更有利于实验教学应用于计算机专业课程的发展与创新教学模式。

    1学分制概述

    1871年，学分制最初出现在哈佛大学，查尔斯·W艾略特校长实行自由学分制。学分制改革给了学生更多课程选择权，提高了学生学习的主动性以及自由度，学生可以更好地规划学习课程以及控制学习进度。实验教学作为程序设计课程教学中的重要一环，其实施与创新深刻影响着学分制的改革。

    实行学分制以来，由于教学班级由不同学科，不同专业以及年级的学生组成，客观上给程序设计的实验教学带来许多新问题，主要有：知识结构各异的学生，如何实施实验教学；针对不同专业学生的教学目标，如何设置实验内容；分层制定考核标准能更加真实反映出不同层次学生的学习效果。

    2实验教学的实施

    实验教学的实施是教育课程改革的重要内容，是贯彻新课程标准和课程计划的基本要求。教师、实验教师、学生、实验教材、实验仪器设备构成了实验教学的基本要素，这些要素的集合与相互作用就构成了实验教学过程。其中，程序设计实验教学，是指学生在教师的指导下，在软件工程实验室里，使用一定的开发环境，软件和平台，通过文本编辑器进行程序代码输入（可以增加，删除，修改），编译（将程序代码按一定规则变换成机器可以识别的可执行代码序列），连接（将编译的代码序列与必须的启动代码，用到的库文件按规则组合连接成可执行程序），执行的过程，学生能够在调试程序的实验中观察变化，并从中获取新知识或验证知识的教学方法。

    长期以来，程序设计类课程实验教学被师生公认为是较难入门的，究其原因主要有：语法结构多，函数内容厚重，学生不能很快适应计算机解决问题的思维方式；课堂实验单元学时不足，很难向项目开发进行拓展；由面向过程过渡到面向对象的程序设计实验，学生思维较难转变；尤其是实验班人数多（约50人），实验指导任务繁重。

    事实上，程序设计类课程实验教学是计算机专业核心技术课程。通过实践，学生不仅可以学会用某种计算机语言去表达自己的思维，领会程序设计的基本思想和方法，运用计算机求解实际问题，还能提高学生分析问题的能力，有利于培养逻辑思维能力。由此可见，开展实验教学，让学生进行探究性学习，对训练学生的动手操作能力、观察检测能力、数据处理能力、独立思考能力，培养和提高学生的科学精神和创新思维具有极为重要的意义。

    3学分制下实验教学的创新思路

    3.1合理制定分级式实验教学计划

    以培养学生的综合职业能力为前提，根据实验单元内容，实验类别，实验类型，实验要求进行合理规划实验人数，实验时间以及实验地点。并合理制定分级式实验教学计划，主要包含基础验证实验教学，综合设计实验教学，研究创新实验教学的教学计划。

    （1）基础验证实验教学。基础实验教学旨在巩固学生的基本知识，技能和方法，通过一系列的基础实验训练，一是深化学生的理论知识；二是学会把基础理论融会贯通应用到平台进行简单应用；三是在扎实实验基础上提升专业基础，为专业实验以及综合实验积累知识以及方法技能。创新基础实验教学，如教师应适当地把基本实验知识（C语言程序设计的知识）迁移到学习VC++面向对象程序设计，引导学生在已有知识上较易地过渡到新知识，实现新旧基础知识在实验教学中融会贯通。例如：在C语言程序设计中定义变量，初始化变量的方法与在VC++中的理论基础一致，都是接受程序运行中变化的量，但是其设置方法和思路不一样，在VC++面向对象程序设计中，一般都是为对象（如编辑框控件）关联变量，一旦关联变量，系统就会主动地根据变量的类型初始化值（如整形变量初始化为0，字符串变量初始化为空串）。

    在基础实验中，由于学生惯性理论接受性思维的形成，教师应适当讲解实验的方法和步骤，针对难点难题，应提供反复多次的实验演练，尤其是容易出错的地方，应多次强调引起学生的注意。尽可能化繁为简，使学生熟悉实验的基本方法，实验规则，针对不同编程语言的学习正确地选择并使用开发环境，如（vb.net，VC++，C#，J#等程序的开发应选择微软提供的Visual Stdio2010/2012/2015以上的开发平台）。完成实验后，学生应能写出较为完整的实验报告。其中，实验报告除了反映实验结果之外，还要有学生的实验思考以及实验领悟，不断提高学生实验能力以及实验思维。

    （2）综合设计实验教学。综合设计性实验的突出特点是综合性强，覆盖面广，具有代表性。学生在已经掌握了一定的实验基本知识和实验基本方法后，就能在教师的引导下，自主确定实验方法和步骤，锻炼自己的技能。

    此阶段，需要注意转变实驗教学理论过于繁、透、细的做法，应培养学生主动学习能力，鼓励学生多思考，多调试，多迁移。把基础验证中掌握的实验知识结合编程思路设计实验。

    （3）研究创新实验教学。创新性实验是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，通过开展实施，带动广大的学生在专业实践上得到科学研究与发明创造的训练，转变目前高等教育培养过程中实践教学环节薄弱，动手能力不强的现状，改变灌输式的教学方法，推广研究性学习和个性化培养的实验方式，形成创新教育的氛围，建设创新文化，提高教学实验质量。

    研究性实验一般结合课程设计或者学生的毕业论文进行，可选范围是教学方面的有关理论探讨，或者科研方面的某一专题研究，也可以是游戏开发程序。研究实验教学主要培养学生分析问题，解决问题的能力，在前期基础累积的基础上，由学生一人或者小组设计实验方案，自行确定实验方法，完成一项开发。

    3.2运用混合式课堂实验教学模式

    针对不同专业，不同年级组成的教学班，传统实验教学模式显然不能满足实验教学需求，采用“多媒体课件+编辑器+语言环境+屏幕录像软件”相结合的混合实验教学模式能较好解决这一矛盾。该模式的基本构成是：教师授课以多媒体课件为主线，运用文本编辑器实现程序的设计，运用语言环境编辑/编译/调试并运行程序，运用录屏软件把课堂上演示的实验过程录制下来，为学生实验提供辅助学习，实现课堂内容的重复再现学习，提高实验以及知识转化能力。

    多媒体课件主要用来反映实验教学的主要内容，课件力求简明扼要，突出概念/语法/算法表示，程序设计思想，包含实例以及注释。

    3.3创新程序设计教学与实训平台

    应用互联网技术和服务器技术打造一个开放的实验平台，为实验教学改革提供了较好的技术支持。使得师生可以无时空限制，通过教室、实验室、宿舍或其他地方的互联网接入点都能进行实验。

    目前市面推出的OpenLab实训平台，是一款用于程序设计教学、日常练习、上机实验、单元测试、期中期末考试的综合性的教学管理和实验平台。平台目前支持C语言、C++，Java，C#和数据结构5门课程。平台分成管理员、教师、学生3个端口登陆。管理员进行平台数据定义和维护；教师通过平台开设课程，安排学生参加实验，通过统计功能全方位监控和了解学生的学习进程；学生通过平台参与学习、实验和考试。该实训平台的推出大力支持基础实验教学与设计实验教学，实现专业基础理论与专业技术的有机结合，提高学生的编程开发能力。

    3.4完善学分制下实验教学的考评方法

    （1）完善开放平台的评分机制。教师端可以设置学分制下多种实验评分绩点，包括：设置不同难度题目的得分；设置日常练习、单元实验、期中考试、期末考试的权重；学生完成实验后，能及时得到反馈，了解实验做得正确与否。平台根据测试结果和评分机制，自动给学生打分。通过自动评分机制，在不增加教师工作负担的情况，有效地加强了教学管理。

    （2）优化在线考试平台。在线考评平台的设计使得教师能从班级（整体）、学生（个体）、实验3个角度全方位了解学生的学习进度和掌握程度。

    平台不仅仅只是完成传統实验任务，还能将整个教学过程融为一体，将开课、选课、日常练习、单元测试、期中期末考试、补考、重新多个环节统一到该平台上，并根据学生的成绩累加学分。老师还可以通过平台自动生成试卷并安排考试，不及格的学生可以方便安排进行补考等等。