信息類專業軟件類課程設計性綜合性實驗教學體系的改革

章曙光　王立新　秦學勇　陳杰　鐘娟

摘要：該文對信息類專業的軟件課程的實驗教學進行了研究，構建了基礎實驗、設計性綜合性實驗和創新性實驗三級實驗體系，并采取了一系列措施，如建立了雙能型實驗師資隊伍、改革實驗教學方法、建立與綜合性實驗匹配的實踐創新實驗實訓中心等，這些措施大大提高了學生的實踐能力和創新能力，取得了較好的實際效果。

關鍵詞：實驗教學；軟件類課程；設計性綜合性實驗；改革方案；能力培養

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0181-03

信息類專業的特點決定了該領域的知識更新快，專業方向越來越模糊，學科交叉越來越多，社會對學生的工程實踐能力、動手能力和創新能力要求越來越高。但現有的教學模式下理論教學和實踐教學存在一定的脫節[1]，學生的動手能力偏弱，軟件的開發還停留在過去那種“手工作坊式”模式上，缺少系統的規范開發方式。學生畢業后，一般要經過較長時間的培訓，才能真正適應工業生產的需求。

1 設計綜合性實驗開設的必要性

我國政府已經注意到當前人才培養中存在的理論與實踐不能有效銜接的問題。在2015年3月5日的全國人大三次會議上，國務院總理李克強在政府工作報告中首次提出“互聯網+”行動計劃，通過行動計劃來推動移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等與現代制造業結合，促進電子商務、工業互聯網和互聯網金融健康發展，引導互聯網企業拓展國際市場。大學生是“互聯網+”創新創業的生力軍。5月4日，國務院辦公廳發布《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》，12月1日，安徽省政府緊密結合我省高等教育改革發展需要和具體實際，也出臺了具體實施意見，明確提出，“到2020年建立健全課堂教學、自主學習、結合實踐、指導幫扶、文化引領融為一體的高校創新創業教育體系，人才培養質量顯著提升，學生的創新精神、創業意識和創新創業能力明顯增強，投身創業實踐的學生顯著增加”的總體目標。面對高等教育改革發展新形勢，加強大學生創新精神、創業意識和創新創業能力培養成為新的歷史時期高等教育的主要任務。對于工科院校來說，如何把學生較扎實的理論知識綜合應用到實踐中去，培養學生工程意識和實踐能力已成為高等院校改革的當務之急[2，3]。

實驗教學通過實驗過程加深學生對理論知識的理解，有利于增強學生分析問題、解決問題的能力。開設設計性綜合性實驗可調動了學生學習的積極性，激發了學生的創新思維和創新意識，是知識轉化為能力的催化劑[4，5，6]。學生從單一課程的基礎性實驗逐步過渡到多門課程的設計性綜合性實驗的學習，提高了動手解決問題的能力，提高學生自身就業的競爭力，也促使學生走上工作崗位后，能盡快適應工作的需求。

軟件類課程的綜合性實踐性教學，旨在培養學生綜合應用所學相關軟硬件課程知識，解決本專業及相關領域問題的能力，使其能成為具有較強實際動手能力和一定科研開發能力的應用型人才，全面提高學生的創新精神、創業意識和創新創業能力。

2 設計性綜合實驗的改革與實踐

2.1構建軟件類課程設計性綜合性實驗課程體系

學生通過某一門課程的實驗，只能掌握與實驗相關的某課程的部分知識點，對所學專業基礎課或專業課之間的聯系或銜接了解甚少，不利于大學生創新能力和自我學習能力的培養。獨立開設的設計性綜合性實驗將若干門課程有機地融為一體，學生能通過該實驗課程的學習了解所學專業的課程之間的關系，能了解當前所學的專業知識在實際的工程中的運用情況，能理論聯系實際，發揮學生掌握理論知識的特長，把學生所學的軟件類的專業知識用在實際的軟件開發過程之中。同時也使得學生了解當前企事業單位對軟件類專業知識的需求情況，學生可以有的放矢地學習當前流行的軟件開發技術和理念，學生能更好地適應以后的就業和工作。我校通過對社會需求和學生現狀進行調研，針對我校信息類本科學生，分析研究信息類專業軟件類課程實踐性教學對創新創業能力培養的需要，構建了基礎性實驗—設計性綜合性實驗—創新性實驗等多層次、模塊化實驗教學體系。

（1）基礎性實驗

對我院的軟件類課程實驗進行改造，重組和優化實驗教學項目，在12門（專業基礎課和專業課）課程實驗中增加1-2項綜合（或設計）性實驗項目，目的是讓學生在掌握課程教學內容的同時，提高學生獨立分析和解決問題的能力。

（2）設計與綜合性實驗

為進一步提高學生綜合實驗技能、實踐動手能力、分析和解決問題的能力，培養學生的創新精神，依托我院軟件工程創新實訓基地和機器人創新實訓基地，在第6學期增加一門獨立的軟件類課程綜合實驗課程。選取了具有一定深度和難度的課題，將學生分成若干小組，每組由3～5個學生組成，通過小組成員分工合作共同來完成整個實驗任務。要求學生以軟件工程的思想為主線，選取當前社會上使用較普遍的開發工具，綜合利用所學的《軟件工程》、《面向對象的程序設計》、《數據結構》、《數據庫原理和應用》、《網絡程序設計》、《操作系統》和《編譯原理》等相關課程的知識去綜合解決實際問題。

（3）創新性實驗

創新性實驗依托大學生科技創新項目、國際性和全國性的科技創新競賽、教師的各類產學研項目，培養學生科學研究的能力與思維方法，提高學生的創新意識。學生通過對課題進行構思、設計、實現和運作，掌握產品從研發到運行的各個階段，提高其創新能力、實踐能力，充分體現CDIO工程教育的全新理念。同時積極和科大訊飛、江蘇微軟、美國捷普、北京和佳等企業合作，在設計性和綜合性實驗中注重引入相關的企業規范與標準，通過營造較為真實的“工程環境”，對學生進行職業化素養訓練，從而達到培養學生的工程意識、工程實踐能力及創新意識，為學科專業教育提供工程技術支撐，打造具有工程技術能力、創新意識和實踐能力的應用型人才，使學生走上工作崗位后，能盡快適應工作的需要。

2.2培養一支具有較高理論水平和工程實踐能力的雙能型師資隊伍

沒有好的師資力量，高素質的人才培養將成為一句空話。當前高校中存在這樣的現狀：專業教師主體是多年從事基礎課程教學的老教師，或近年來新引進的青年博士，部分教師們缺乏在相關企業中進行工程實踐的經驗，在教學過程中難以勝任實踐項目的設計和指導。針對上述問題，我院對軟件類課程的教師采用“請進來送出去”的途徑來提高教師隊伍的實踐性教學能力。我院近幾年每年聘請6-7名外校和企業的具有實際工程開發經驗的專家和學者進行來校講學并兼職指導學生的課外實踐活動，同時在引進人才方面更加注重具有實踐經驗的人才的引進，在走出去的思路的指導下，我院先后派出中青年教師6人去江蘇微軟、IBM、美國捷普、上海海龍等公司進行培訓。這些外出培訓的老師回來后不但成為指導學生實踐性環節的骨干力量，同時也把他們的所學到的經驗分享給其他老師。通過多方面的措施，我院培養了一支具有較高理論水平和工程實踐能力的雙能型隊伍。

2.3 全面改革實驗教學模式和方法

（1）采用差異性實驗教學模式

如何通過教學創新，提高相關軟件類專業課程的教學和實驗課效果一直是我們比較關注的研究課題。在我們的研究實驗教學過程中，分析了軟件類實驗課程在教學過程中存在的問題和表現形式，提出了差異性實驗教學的模式，即把學生的理論水平和動手能力劃分為不同的層次，從實驗教學內容的差異性、實驗教學方法的差異性和實驗項目選定等幾個方面進行了具體教學方式和方法的研究。

（2）基于案例驅動模式進行綜合實驗課程的教學

在綜合設計性實驗課程的教學過程中，采用案例驅動教學方法[7-8]，明確教與學的具體任務和目的。通過精選的實驗教學案例，主要向學生講解如何運用學過的理論知識分析問題和解決問題的方法。每個綜合實驗任務作為一個工程案例分發給一組學生，在教師的指導下由一組學生協同完成。實施步驟：查資料→設計方案→方案實施→完成項目，最后進行總結和經驗交流，并提交實驗報告，同時鼓勵學生發表研究論文。

2.4建立基于CDIO理念的信息類專業實踐創新實驗實訓中心

積極吸收當前先進的教學理念和教改成果，并將其引入到實踐教學的具體實施過程中。為便于更好地開展綜合性實驗教學工作，我們對原有的實驗室進行了軟硬件的改造和升級，同時整合學院的軟件工程創新實驗室、機器人創新實驗室，初步建立了基于CDIO理念的電氣信息類專業實踐創新實驗實訓中心。該實訓中心整合了現有的教師和設備資源，以項目驅動的方式完成實踐性環節的教學，進一步提高了學生的動手能力。

2.5 建立開放型實驗室管理模式

相對于一般的課程實驗來說，綜合實驗是一門涵蓋內容廣泛且難度較大的實驗課程。由于軟件開發和調試的連續性和耗時性的特點，同組學生需要經常長時間在一起討論、分析和解決問題，因此，建立開放的實驗室管理模式勢在必行。

開放型實驗室為學生提供了一個寬松自由的實驗環境，為學生自身的創造性和能動性的發揮提供了廣闊的空間，給他們創造了充分發揮自己設計能力、發揮想象力和展示自我的硬件條件。開放型實驗建立靈活的學習機制， 充分利用學生課余時間完成實驗任務。在開放型實驗室中，學生的思路不受任課教師的思維以及課本和大綱的限制， 鼓勵學生主動挑戰、自主研究、大膽創新，充分發揮每一位學生的創造潛能。開放型實驗室提高了設備的利用率及周轉率，有利于學生創造能力和實際動手能力的培養和提高。

通過實驗室對學生開放，學生學習方式由被動接納向主動探索轉換， 充分調動了學習的積極性和主動性。開放型實驗室管理模式能夠給學生留有想象發揮的空間，培養了創新能力，同時也陶冶了他們的情操。

3 開設設計性綜合性實驗的具體方法

3.1設計性綜合性實驗項目的設置

切合實際的實驗指導書是實驗開設效果好壞的先決條件。我校以軟件開發人員實際崗位的能力和要求為依據，選取了12個實驗項目，項目分為兩大類，一類是基礎性設計性實驗項目，包括：小型動物分類專家系統的設計與實現、機構運動仿真實驗、網絡認證系統的設計與實現、基于Huffman編碼的芯片測試數據壓縮處理、操作系統引導程序設計、公交線路乘車方案查詢系統設計與實現；另一類是設計與綜合性實驗及創新性實驗項目，具體包括：基于JSP與Android移動的信息技術網站設計與實現、基于移動互聯網的教學數據信息管理系統、高考志愿填報服務信息系統設計與實現、基于云盤的高校教育資源共享系統設計與實現、基于Android智能醫院排隊掛號系統設計與實現、學生考勤管理評價系統設計與實現。

第一類實驗項目主要是考察學生利用所學課程知識獨立分析和解決實際問題的能力。如學生學習網絡安全或者TCP/IP協議課程后，雖對對稱密碼體制或非對稱密碼體制的知識有所了解，但卻不理解互聯網中是如何提供安全客體認證的，設置該實驗項目不但可以讓學生深入理解密碼學相關原理，也為密碼學的實際應用提供很好的實例。針對學生在校期間很少能接觸實際開發中所常用的新技術和新方法的問題，設置了第二類實驗項目?？紤]到學生入學以來都在校園里學習生活，項目主要選擇學生在學習生活過程中的應用類項目，便于學生理解和接受，可以較快地弄懂需求，深入到項目中來。

3.2設計性綜合性實驗項目內容的設計

下面以公交線路乘車方案查詢系統設計與實現為例來進行闡述。

需求分析：本系統中有三大基本功能需求，1）公交線路的數據輸入與維護：線路的錄入、修改和編輯功能；2）公交線路的查詢：需具有自動、快速和靈活的查詢功能；3）乘車方案查詢：起始站點線路查詢，設定中轉站點查詢，最短路徑查詢功能。

開發平臺選擇：基于C/S結構，可以選用的開發平臺和語言包括：VB6、VC6、Delphi7.0、eclipse（java）、C++Builder6等；基于B/S結構，可以選用的開發平臺和語言包括：ASP.net、MyEclipse（JSP）、PHP等。對于數據庫平臺的選擇，可以選擇SQL Server2005以上或者Oracle9i以上版本。

設計的目標：分為基本目標和高級目標?；灸繕瞬捎萌魏纹脚_或者語言實現基本功能；高級目標包含基于移動客戶端的界面設計，涉及基于安卓的開發，并且需要利用百度地圖等地圖數據來開發直觀的地圖應用功能。

軟件測試： 1） 測試需求的分析。對系統業務流程進行分析，分析需求點。2） 測試計劃的編寫。根據測試需求分析編寫測試計劃，其中包括軟件硬件資源、測試點、集成順序和各種測試進度安排等內容。3） 測試方案的編寫。測試方案一般由對軟件需求很熟的測試工程師設計，測試方案要求根據軟件需求規格說明書（SRS）上的每個需求點設計出包括需求點簡介、測試思路和詳細測試方法等三部分方案。4） 測試過程設計。主要是對測試用例和規程的設計，其中測試步驟和預期結果需要編寫詳細和明確。5） 測試的執行。執行測試用例，及時提交測試報告等相關文檔。6） 測試總結。工具測試結果修改程序代碼，并把相關測試的過程、結果和經驗總結成文檔，寫入實驗報告中。

3.3設計性綜合性實驗過程的組織實施

實驗的組織形式以學生自由組合為主，在組合過程中指導老師根據實際情況對小組成員進行局部調整，盡量做到每個小組成員好差均衡，以三至四人為一小組，每組從上述兩類題目中選擇一至兩個題目，至少選取一個綜合類題目，以小組為單位共同完成實驗。

動員選題環節：指導老師詳細介紹每個實驗項目的所需知識內容、最后的結果要求、實驗過程中注意的事項以及重點和難點。以便讓學生根據自己所掌握的知識程度以及感興趣程度選定實驗項目并進行組合和分工。

實驗實施環節：這是最重要的環節。學生選擇項目后分析需求，查閱資料，進行總體和功能設計，實現功能代碼、進行調試和測試。這個階段需要老師進行某種程度上的深度介入，盡管我們強調學生發揮學生的主觀能動性，但根據以往的經驗，老師的深入指導是學生圓滿完成實驗項目的必要一環。

總結考評環節：每個實驗小組演示實驗結果，指導老師對結果進行評判。對實驗相關內容進行答辯，考察每個學生對所學理論掌握的程度、實際的動手能力以及把運用所學理論應用到實際的軟件開發中的能力，主要通過各小組選舉代表和對小組每個成員進行答辯的方式來考評小組整體成績和每個小組成員個人成績。驗收各小組的實驗報告，檢驗每個軟件是否達到功能目標。最終的實驗考評成績通過三方面綜合給出：實驗成果占40%，實驗答辯表現占30%，實驗報告占30%。

3.4 設計性綜合性實驗取得的成效

通過對幾屆相關專業學生開設的信息類專業軟件類課程綜合實驗的實施，學生的軟件綜合設計、綜合分析和解決實際問題的能力得到了較大提高，近4年來我院學生在“互聯網+”大學生創新創業大賽、中國機器人足球大賽、中國計算機設計大賽、藍橋杯軟件設計大賽、物聯網設計大賽等競賽中獲省級以上獎勵80多項，其中在2015年首屆安徽省“互聯網+”大學生創新創業大賽中，1項創意組和1項實踐組獲安徽省銀獎。同時，通過幾年來用人單位的反饋信息表明，大部分學生在很短時間就培養成用人單位的業務骨干，畢業生供不應求。實踐表明，我們開設的信息類專業軟件類課程綜合實驗，樹立以學生為本，形成知識、工程實踐能力、素質全面協調發展的教學理念，構建以培養學生創新意識和工程實踐能力為核心的實驗教學體系，努力使實驗教學成為培養學生科學思維、實踐能力、創新能力的重要環節，是培養應用型人才和創新人才的重要環節和有效途徑。

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