程序設(shè)計(jì)課程體系的維度與層次劃分
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摘要：分析當(dāng)前程序設(shè)計(jì)課程體系存在的問(wèn)題，提出一種程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程維度和層次的劃分方案，就如何實(shí)施本方案從課程體系改革的角度進(jìn)行了探討，并以衡陽(yáng)師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)為例進(jìn)行了具體的教學(xué)實(shí)踐。
關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；課程體系；維度；層次
1當(dāng)前程序設(shè)計(jì)課程體系存在的問(wèn)題
與我國(guó)相比，印度的高等教育毛入學(xué)率不及我國(guó)，但卻培養(yǎng)了大量合格的軟件開(kāi)發(fā)人員，說(shuō)明印度的軟件教育比我國(guó)成功。有人認(rèn)為，這是因?yàn)橛《鹊哪刚Z(yǔ)是英語(yǔ)，因此學(xué)習(xí)軟件開(kāi)發(fā)有語(yǔ)言方面的優(yōu)勢(shì)。這種觀點(diǎn)實(shí)際上并沒(méi)有意識(shí)到問(wèn)題的關(guān)鍵，我們認(rèn)為這是由于兩國(guó)在程序設(shè)計(jì)人才的定位、培養(yǎng)目標(biāo)、課程層次側(cè)重點(diǎn)方面的差異而造成的。我國(guó)的高等教育是從精英教育開(kāi)始的，程序設(shè)計(jì)教學(xué)一開(kāi)始也是面向精英類(lèi)學(xué)生的，因此培養(yǎng)目標(biāo)的層次比較高，導(dǎo)致課程體系中高層次的課程比較多，低層次的、應(yīng)用型的課程不足。隨著我國(guó)高等教育由精英教育逐步走向大眾化教育，雖然也做了一些調(diào)整，但仍然存在盲目拔高層次，程序設(shè)計(jì)課程體系的層次不清晰的問(wèn)題，這才是引起我國(guó)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)效果不良的真正原因，其主要不足可歸結(jié)為如下4點(diǎn)。首先，每個(gè)層次的教學(xué)目標(biāo)不夠明確，表現(xiàn)在：①課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有體現(xiàn)分層的教學(xué)目標(biāo)；②一些高層次的課程或知識(shí)點(diǎn)在低層次教學(xué)目標(biāo)尚未達(dá)到時(shí)就開(kāi)設(shè)，比如學(xué)生學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)連代碼中大量出現(xiàn)的函數(shù)定義都看不懂，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不好；③一些應(yīng)用價(jià)值很高的編程技能在高校教學(xué)中講解比較空泛，沒(méi)有引向深入和重點(diǎn)強(qiáng)化。其次，根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，學(xué)生要掌握新知識(shí)必須和舊知識(shí)聯(lián)系在一起才能被掌握，這就要求必須厘清程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的層次結(jié)構(gòu)，和認(rèn)知的邏輯順序，如果課程的層次結(jié)構(gòu)沒(méi)厘清，學(xué)生在構(gòu)建知識(shí)體系時(shí)就不能把新知識(shí)和已有的舊知識(shí)很好地建構(gòu)在一起。第三，存在盲目拔高層次的現(xiàn)象，例如，高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課的大量?jī)?nèi)容都在講一些比較高級(jí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但實(shí)際上，這些高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能只在一些科研軟件的開(kāi)發(fā)編程中才會(huì)用到，而在大部分行業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)中一般都用不到。與此相對(duì)的是，在軟件公司中，經(jīng)常要用到的一些技術(shù)（比如程序的封裝，軟件的設(shè)計(jì)模式）等，在高校開(kāi)設(shè)的課程中又沒(méi)有系統(tǒng)地講授。比如，學(xué)生在沒(méi)有學(xué)過(guò)微觀上設(shè)計(jì)軟件的課程——“設(shè)計(jì)模式”情況下，就去學(xué)習(xí)宏觀上設(shè)計(jì)軟件的課程——“軟件工程”，其教學(xué)效果當(dāng)然不可能會(huì)好。最后，沒(méi)有體現(xiàn)興趣引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)策略。過(guò)去，普遍存在教程序設(shè)計(jì)課程就是教編程語(yǔ)言的誤區(qū)。例如，學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門(mén)語(yǔ)言多為C語(yǔ)言或VB，而這兩種語(yǔ)言對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)無(wú)法做出比較有實(shí)用價(jià)值的程序；另一方面，側(cè)重于以語(yǔ)法為重點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生容易陷入繁冗的語(yǔ)法格式等細(xì)枝末節(jié)而忽略程序設(shè)計(jì)的本質(zhì)，忽略程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，降低了學(xué)生對(duì)編程的興趣，不利于學(xué)生編程思維的塑造與培養(yǎng)。總體來(lái)說(shuō)，程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程體系的設(shè)置和教學(xué)研究還處在逐漸深化的過(guò)程中，存在以下問(wèn)題和不足：①由于研究者大都是教育工作者，自身缺乏開(kāi)發(fā)大型軟件的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)編程學(xué)習(xí)的層次和路線大多缺乏親身體會(huì)經(jīng)驗(yàn)；②只是在教學(xué)模式上提出了層次階段模型[5]，但并未對(duì)編程課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行層次分析，使得將教學(xué)模式轉(zhuǎn)換應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中還存在難度；③過(guò)于強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和完備性，對(duì)編程中需要掌握的重點(diǎn)技能（如函數(shù)設(shè)計(jì)、問(wèn)題抽象、團(tuán)隊(duì)分工開(kāi)發(fā)等）強(qiáng)化不足[6]。
2程序設(shè)計(jì)課程體系的維度和層次設(shè)計(jì)
雖然程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)體系龐大且不斷發(fā)展變化，但是學(xué)習(xí)編程的模式和步驟是相對(duì)固定的，根據(jù)編程需要學(xué)習(xí)的各個(gè)知識(shí)面，將其抽象劃分為3個(gè)方面，稱(chēng)為程序設(shè)計(jì)課程體系的3個(gè)維度，如圖1所示。維度一：界面編程及用戶交互（主要包括程序設(shè)計(jì)課程體系教學(xué)的維度和層次劃分Windows界面、Web界面和APP界面等的設(shè)計(jì)和交互）。維度二：編程訪問(wèn)外部資源（包括訪問(wèn)文件、數(shù)據(jù)庫(kù)編程和Socket網(wǎng)絡(luò)編程）。維度三：各種平臺(tái)下的編程（Windows平臺(tái)、Linux平臺(tái)、安卓平臺(tái)、嵌入式平臺(tái)）。劃分維度后，根據(jù)每個(gè)維度的難易程度和學(xué)生的興趣，可以更清晰地規(guī)劃出學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑，為更好地編寫(xiě)課程標(biāo)準(zhǔn)和人才培養(yǎng)方案提供參考。對(duì)于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，教學(xué)內(nèi)容的改革應(yīng)著重放在維度一和維度二上。接下來(lái)，研究程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的學(xué)習(xí)層次，并按照學(xué)習(xí)層次設(shè)置相關(guān)課程。依據(jù)是編程能力是一種可分層的能力，教編程不是教語(yǔ)言，每種語(yǔ)言都有一些共同的內(nèi)容，程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程對(duì)語(yǔ)言的依賴性很低，而對(duì)幾種固定的能力依賴度卻很高。程序設(shè)計(jì)依賴的幾種固定的能力可劃分為5個(gè)層次。第一層次：學(xué)會(huì)基本語(yǔ)法，基本程序結(jié)構(gòu)。第二層次：學(xué)會(huì)程序封裝，功能和數(shù)據(jù)封裝（包括使用函數(shù)封裝程序功能，使用結(jié)構(gòu)體封裝數(shù)據(jù)，使用類(lèi)封裝數(shù)據(jù)和功能）。第三層次：學(xué)會(huì)利用設(shè)計(jì)模式抽象問(wèn)題（包括UML建模、類(lèi)的設(shè)計(jì)）。第四層次：學(xué)會(huì)使用特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)高效算法（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。第五層次：掌握軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程與方法（軟件工程）。最后，研究初學(xué)者學(xué)習(xí)編程的習(xí)得過(guò)程，在課程內(nèi)容設(shè)置上，注重分散難點(diǎn)，由淺入深，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)案例設(shè)置上，注重案例的實(shí)用性、綜合性、趣味性和難易適中性。
3課程體系的教學(xué)實(shí)施
3.1課程體系的教學(xué)改革和重構(gòu)
依據(jù)基于維度和分層課程體系劃分，可給出一種一般化的程序設(shè)計(jì)類(lèi)培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系安排和課程教學(xué)模式，以及可操作的教學(xué)模式和程序，對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置提供參考和推廣價(jià)值。具體的實(shí)施步驟如下。（1）分析程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程體系的層次和維度，根據(jù)層次找到最佳的學(xué)習(xí)路徑，培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)維度確定最合適的入門(mén)點(diǎn)和學(xué)習(xí)范圍。（2）根據(jù)分層教學(xué)目標(biāo)構(gòu)建課程體系，并重構(gòu)每層次課程的設(shè)置和每門(mén)課的教學(xué)內(nèi)容。（3）分析新構(gòu)建課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，將知識(shí)點(diǎn)分類(lèi)為元知識(shí)（基礎(chǔ)知識(shí)）、硬知識(shí)（識(shí)記的知識(shí)）和軟知識(shí)（實(shí)踐類(lèi)知識(shí)），分別設(shè)計(jì)教學(xué)策略和教學(xué)方法。（4）根據(jù)上述步驟進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，再總結(jié)出一般的教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方法和教學(xué)策略，將其用培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)和教材、研究論文等形式表現(xiàn)出來(lái)。
3.2課程體系維度方面的教學(xué)探討
對(duì)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程體系劃分維度和層次，并不是要求在開(kāi)設(shè)課程時(shí)涉及所有的維度和層次，而應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平，或依據(jù)社會(huì)對(duì)專(zhuān)業(yè)的人才需求，靈活地選擇其中某幾個(gè)層次和某些維度。以應(yīng)用型本科院校來(lái)說(shuō)，課程體系的維度可如下設(shè)置。（1）對(duì)于偏硬件開(kāi)發(fā)的方向，應(yīng)側(cè)重學(xué)習(xí)維度三的內(nèi)容，即掌握各種平臺(tái)下的編程（Windows平臺(tái)、Linux平臺(tái)、安卓平臺(tái)、嵌入式平臺(tái)）；在編程層次上，學(xué)生達(dá)到第二層次就可以。（2）對(duì)于偏網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)方向（如網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)），可重點(diǎn)加強(qiáng)維度二內(nèi)容的學(xué)習(xí)，包括網(wǎng)絡(luò)編程和Web編程。學(xué)生達(dá)到第二層次就可以。（3）對(duì)于偏軟件開(kāi)發(fā)方向（如軟件工程專(zhuān)業(yè)），學(xué)生至少需達(dá)到第三層次。對(duì)于維度來(lái)說(shuō)，應(yīng)主要學(xué)習(xí)維度一和維度二的內(nèi)容，包括各種界面和交互的編程，以及編程訪問(wèn)外部資源（包括訪問(wèn)文件、數(shù)據(jù)庫(kù)編程和Socket網(wǎng)絡(luò)編程）。
3.3基于分層和維度的課程設(shè)置
為了培養(yǎng)適應(yīng)軟件企業(yè)需要的編程人才，應(yīng)用型高校在教學(xué)中，應(yīng)將人才培養(yǎng)目標(biāo)定位在達(dá)到第三層次為宜，對(duì)第四、五層次只需有一定的了解即可。因?yàn)椋谝粚哟问腔A(chǔ)，第二、三層次是重點(diǎn)，教學(xué)改革的重點(diǎn)應(yīng)放在第二、三層次的改革上。基于分層和維度的方法，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)課程體系的設(shè)置。（1）對(duì)于第一層次，主要是通過(guò)編程語(yǔ)言來(lái)學(xué)習(xí)基本語(yǔ)法和基本程序結(jié)構(gòu)，編程語(yǔ)言以開(kāi)設(shè)2~3門(mén)為宜，教第2門(mén)語(yǔ)言時(shí)應(yīng)注意與第1門(mén)語(yǔ)言作對(duì)比分析，這樣學(xué)生才能通過(guò)比較幾種編程語(yǔ)言的異同對(duì)程序設(shè)計(jì)有更深的體會(huì)。在編程語(yǔ)言的選擇上可根據(jù)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)或社會(huì)的需要靈活地選擇，例如，我校一般選擇C++、Java和Python作為第一層次教學(xué)的編程語(yǔ)言。第一層次的課程可以與維度一的課程結(jié)合起來(lái)開(kāi)設(shè)，如開(kāi)設(shè)“Windows界面編程”“Web編程”等課程。界面編程與數(shù)據(jù)交互是制作實(shí)用程序的基礎(chǔ)，且學(xué)習(xí)界面編程能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，界面編程本質(zhì)上比較簡(jiǎn)單，適合于盡早開(kāi)設(shè)，按照難易程度，可按照Web編程、Windows編程和安卓編程的順序進(jìn)行學(xué)習(xí)。（2）對(duì)于第二層次，可開(kāi)設(shè)“程序封裝方法”，該課程主要內(nèi)容為函數(shù)和面向?qū)ο缶幊蹋@對(duì)于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常必要的，因?yàn)閼?yīng)用型本科學(xué)生在學(xué)完幾門(mén)編程語(yǔ)言之后，往往還不能領(lǐng)悟程序封裝的方法和作用，導(dǎo)致對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)比較吃力，因此將程序封裝方法單獨(dú)作為一門(mén)課程開(kāi)設(shè)，可起到很好的銜接作用。另一方面，在軟件開(kāi)發(fā)行業(yè)，能夠編寫(xiě)函數(shù)是參與團(tuán)隊(duì)軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，而類(lèi)作為面向?qū)ο缶幊痰暮诵慕M件，其本質(zhì)是對(duì)函數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行二次封裝，使程序進(jìn)一步結(jié)構(gòu)化，可見(jiàn)學(xué)生掌握了程序封裝方法就相當(dāng)于擁有了進(jìn)入軟件開(kāi)發(fā)行業(yè)的敲門(mén)磚。對(duì)于維度二，可開(kāi)設(shè)“數(shù)據(jù)庫(kù)與Web編程”，將數(shù)據(jù)庫(kù)和Web開(kāi)發(fā)結(jié)合起來(lái)學(xué)習(xí)更有效果；以及“Socket網(wǎng)絡(luò)編程”，將訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)和訪問(wèn)文件的技術(shù)結(jié)合起來(lái)。（3）對(duì)于第三層次，可開(kāi)設(shè)“設(shè)計(jì)模式”課程，該課程應(yīng)以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式介紹幾種常用的設(shè)計(jì)模式，以及UML軟件建模方法[7]。這樣，在學(xué)生掌握該層次后，即可適應(yīng)軟件公司程序員或系統(tǒng)架構(gòu)師的工作需要了。（4）第四層次，應(yīng)開(kāi)設(shè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程，重點(diǎn)講解幾種簡(jiǎn)單常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。需要說(shuō)明的是，第四層次和第三層次的學(xué)習(xí)也可同時(shí)進(jìn)行。（5）第五層次，開(kāi)設(shè)“軟件工程”的課程。只有當(dāng)學(xué)生具備了一定的編程經(jīng)歷，才能較好地理解這門(mén)課程，因此，這門(mén)課程需要在高年級(jí)并且經(jīng)歷過(guò)程序課程設(shè)計(jì)或?qū)嵙?xí)后再開(kāi)設(shè)。在該層次中，還需要重視培養(yǎng)學(xué)生的軟件團(tuán)隊(duì)分工開(kāi)發(fā)的技能。
3.4教學(xué)實(shí)施案例
以衡陽(yáng)師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)為例，根據(jù)課程體系維度和層次的劃分方法，對(duì)該專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程設(shè)置進(jìn)行了重構(gòu)。將其程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)目標(biāo)定位為達(dá)到第二層次：其中，第一層次開(kāi)設(shè)C++和Java兩門(mén)編程語(yǔ)言的課程，第二層次開(kāi)設(shè)程序封裝方法的課程。對(duì)于課程設(shè)置，以維度一和維度二為主，開(kāi)設(shè)Web編程（含數(shù)據(jù)庫(kù)編程的內(nèi)容）、Socket編程和安卓編程等。并且，還開(kāi)設(shè)了幾門(mén)先修課程，如數(shù)據(jù)庫(kù)原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Linux操作系統(tǒng)以支撐相關(guān)程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)。經(jīng)過(guò)教學(xué)改革的實(shí)施，取得了較好的實(shí)施效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和編程自信心都有明顯提高，經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，學(xué)生專(zhuān)業(yè)滿意度提高到97.6%，軟件中級(jí)資格證書(shū)的考試通過(guò)率提高了25%，就業(yè)率提高了5個(gè)百分點(diǎn)，并且就業(yè)質(zhì)量也有明顯提高。
4結(jié)語(yǔ)
程序設(shè)計(jì)課程體系的維度和層次的劃分方案在衡陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了初步的實(shí)踐，取得了較好的成效，較大地提高了程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的教學(xué)效果，從而提升了應(yīng)用型院校計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。以此項(xiàng)目研究為基礎(chǔ)，可以使專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案得到完善和改進(jìn)，同時(shí)，將較大地提升學(xué)生對(duì)學(xué)校及專(zhuān)業(yè)的認(rèn)可度，提高畢業(yè)生就業(yè)率，為我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。
作者：唐四薪 鄭光勇 單位:衡陽(yáng)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院