摘要:程序设计语言课程是数学与应用数学专业的基础课,设置合理的课程体系是新建本科院校人才培养模式的一个重要环节,以专业需求和培养学生综合素质为目的,根据目前流行的程序设计语言,从课程选择与设置、教材建设、加强实践教学和改进教学手段等方面做了探讨。
关键词:应用数学;课程;教材建设;实践教学;教学手段
2009年4月我校升格为本科院校,数学与应用数学本科专业是首批升本专业之一,教学内容改革和课程体系设置是我们学习本科教育、研究本科教育和实践本科教育的重要工作。教育部在《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》中明确指出,要深化教学内容改革,坚持知识、能力和素质协调发展,继续深化人才培养模式、课程体系、教学内容和教学方法等方面的改革,实现注重知识传授向更加重视能力和素质培养的转变[1]。高等院校必须紧跟社会发展需求,构建科学、合理的具有特色的教学与实践模式,以保证人才培养质量的全面提高。实现人才培养目标落实在人才培养方案制定和实施上,而人才培养方案的核心内容是课程体系设置,因而课程体系设置和教学是一个关键的问题。
数学与应用数学本科专业的前身是数学教育专业,自1978年学校成立招生办学以来,数学教育专业就是学校首批师范类全日制专科的招生专业之一,至今毕业生人数已达1 500人。除此之外,从建校开始,数学系就曾与云南师范大学联合办学招收全日制本科数学教育专业学生61人,随着教育事业的发展,社会对数学教师的需求逐渐增大,对专业和学历的要求也越来越高,从1998年起又连续办了五届本科成人教育函授班,毕业生人数383人。
1充分认识数学与应用数学本科专业
数学正形成三大分支: 基础数学、计算数学和应用数学。基础数学,即传统的纯粹数学理论,如拓扑学、泛函分析、抽象代数、微分几何等。计算数学,即计算机与数学相结合形成的直接应用于生产、服务和管理等方面的技术产品,它由数学模型和算法构成,通常表现为软件的形式,如快速报价系统软件、中长期天气预报软件、计算机模拟技术等。应用数学,用数学的观点、理论、方法去理解自然和社会,把实际问题运用数学的语言和方法,通过抽象化建立描述问题的数学模型,然后选择或创造合适的数学工具,并借助计算机求解该模型,最后通过模拟或实践修正该模型,使之达到最优[2]。本专业培养掌握数学学科的基本理论与基本方法,具备运用数学知识、使用计算机解决实际问题的能力,受到科学研究的初步训练,能在科技、教育和经济部门从事研究、教学工作或在生产经营及管理部门从事实际应用、开发研究和管理工作的高级专门人才。
应该说数学与应用数学方向是非师范教育,培养目标主要不是教师,然而事实并非如此,新建地方本科院校的数学与应用数学专业的非师方向与建设历史较长的综合大学和理工科大学的数学与应用数学专业不同,后者的培养目标主要是数学研究和应用人才[3]。如果我们也把培养目标定位在数学研究和应用人才上,这不符合实际情况,至少目前是这样。虽然将来有为数不多的学生考上研究生,并能够做数学研究和应用工作,有部分同学继续学习与数学学科关系紧密的应用技术类专业,如管理学、经济学、计算机科学或相关的理工科专业,但大多数学生主要还是从事基础教育师资的,所以我们的课程体系设置应该根据这些实际情况有针对性地改革。
2程序设计语言课程的重要性
正如自然语言是人类社会交流的工具一样,计算机语言也是应用者和计算机之间进行交流的一种工具。全国大学生数学建模比赛、电子设计比赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等尚需一批既懂专业又懂程序设计语言的学生去实践。而对于常用的计算机辅助教学软件,其管理和维护也需要使用者掌握程序设计语言。目前,虽然软硬件技术平台在飞速发展,但还没有一个不使用程序设计语言就能进行软件开发的环境,要使学生毕业后进行软件开发工作,就需要较深入地掌握先进的可视化开发工具,如Visual C++、Java Builder、VisualBasic、PowerBuilder、Delphi等,但是目前的课程设置,还不能较好地满足社会对毕业生的要求。
随着社会经济的发展,社会对大学生能力和知识的要求在不断变化,已经从单纯的专业能力,向综合能力和综合知识转变。这个转变也直接对大学生产生了影响,计算机、外语、金融类课程越来越受到学生的重视[4]。而对于学生的个人发展来说,程序设计语言课对学生综合素质和能力的培养也起着重要的作用。学生报考硕士研究生时,除了报考基础数学和学科教学法方向外,还可以报考计算机、自动化、经济类等方向,这些学生学习程序设计语言对他们考研大有益处。
3程序设计语言课程的选择与设置
经过考查、分析、论证各门课程相互间的内在联系,可以将相关的课程和教学环节组成一个体系,减少授课内容的重复,增强课程的总体效能,实现减时增效[5]。程序设计语言种类众多,而且各有优缺点,目前流行的语言主要有:C语言,侧重讲解结构化程序设计方法、数据结构与算法、模块化程序设计等;C++或Java语言,侧重讲解面向对象的程序设计、应用程序编程接口;VC++、VB或Delphi侧重讲解可视化编程技术、组件技术、图形用户界面设计及应用程序开发等。
从培养学生编程能力的侧重点不同,程序设计语言课程也可分为两个层次,语言级程序设计,重在语言(如C、C++)级程序设计技术与原理;工具级程序设计,重在利用工具(如VC++、VB、Delphi)开发应用程序。无论选用哪种语言,都应讲解程序设计的基础知识与基本编程技术。
由于不同的要求和学时所限,在程序设计语言课程设置中可以采用“1+X”的方案,其中X部分由各新建本科院校自定,即:大学计算机基础+若干必修∕选修课程。在规划必修∕选修课程时,可根据数学与应用数学专业的定位和学生的发展方向,制定合适的必修和选修课程,也可将典型核心课程整合,构造新课程,如运筹学、数学建模等课程。
程序设计语言课程设置应贯彻少而精、不断线的原则,在第1学期修完大学计算机基础课程后,数学与应用数学专业可以开设如下程序设计语言课程。
1) 第2学期开设C语言程序设计,总72学时(其中理论54学时,实验18学时),侧重讲解结构化程序设计方法、数据结构与算法、模块化程序设计以及程序的测试与调试技能等;
2) 第3学期开设VB,总54学时(其中理论36学时,实验18学时),侧重讲解可视化编程技术、可视化编程环境的使用等;
3) 第4学期选修C++或Java,总72学时(其中理论54学时,实验18学时),侧重讲解面向对象设计方法、类及其对象等;
4) 第5学期开设数值计算软件Matlab,总72学时(其中理论18学时,实验54学时),侧重讲解矩阵运算、绘制函数和数据图形、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等;
5) 第6学期选修中小学课件制作,总72学时(其中理论18学时,实验54学时),侧重讲解课件制作技术,为学生进行教育实习做好准备;
6) 第7、8学期学生忙于实习、找工作、写毕业论文和报考硕士研究生等,学习理论性较强的内容,效果不好,开设综合性较强的数学工具软件及其应用课程,如Mathematica或Maple,总54学时(其中理论18学时,实验54学时),侧重讲解数值计算与符号演算。
4程序设计语言课程的教材建设
教材建设是程序设计语言课程教学的重要组成部分,是教学指导思想、培养目标和课程基本要求的具体体现[6]。教材建设过程中充分考虑到数学与应用数学的专业特点,以应用为目的和出发点,选择教育部推荐的“十一五”规划教材、获省部级以上优秀教材奖的教材,或者著名大学编写的实用性较强的教材,如谭浩强教授编写的《C语言程序设计》。鼓励教师参加各类规划教材、重点教材的编写工作,提升专业教材建设的水平层次和竞争力。
随着高等教育的大众化与普及化,新建本科院校要想在激烈竞争的教育市场中取得一席之地,除了抓好本科层次教育外,还应适当发展专科生、研究生层次的教育,教材建设应体现多样性、层次性;同时,还应注重学科性质和专业特色,选用教材应体现出程序设计语言课与专业课、基础学科和培训教材的联系和差异[7]。程序设计语言课程选用的教材不仅能传授最新的知识、体现教材的学科特色,而且应考虑教师主体的自身需求和受教育者兴趣、态度、接受能力等个别差异,充分调动教师的“教”和学生的“学”。
5程序设计语言课程的教学改革
5.1加强实践教学,注重能力培养
程序设计语言是一类实践性很强的课程,知识点的掌握与能力的培养在很大程度上有赖于学生上机的实践。加强实践教学环节的目的是培养学生的编程能力、解决实际问题的能力以及综合运用知识的能力;培养学生团队精神、创新精神和提高学生研究性学习能力。实践教学在今后的教学中应该起更大的作用,很多教学内容可以通过实验课教学形式讲授,在教学计划中需列出一定比例的实践教学课时安排,以保证实践教学质量。
实践教学应以学生为主,教师以行动引导学生为辅,充分发挥学生的主观能动性。程序设计语言课程的实验中,一部分是验证教材的知识点,这对知识的理解、掌握和巩固是必要的。在此基础上,教师可设计属于应用型的实验内容,以培养学生解决实际问题的能力。教师除了对所有学生进行统一的要求之外,还应做到因材施教,对学习水平较高的学生,进行个别辅导,培养学生发现问题、分析问题的洞察力和创造力,增强学生运用数学方法、借助程序设计解决实际问题的意识和能力。
联系实际开展实践性教学,如在数组应用中根据考生的成绩获取考生信息的问题。通过这个例题使学生掌握数组的使用方法,弄清楚计算机处理问题的过程,从而学会利用二维数组处理矩阵运算、矩阵求转置、解线性方程组等[8]。通过实践教学,不但提高了学生的学习兴趣,而且还培养学生处理实际问题的能力、巩固所学的知识,更清楚和形象地了解学科间的横向联系,充分显示应用数学的魅力所在。
5.2改进教学手段
程序设计语言课程采用集中授课和上机实践两个主要的教学环节。从早期的单纯“黑板+粉笔”发展到后来的“计算机+大屏幕”,又发展到目前的“网络化教学平台”,体现了教学手段和方法的不断变革[9]。网络化教学平台是在校园网支持下构建的现代化教学环境。从事程序设计语言课程教学的教师要充分利用网络教学环境所提供的各种功能,开展教学模式、方法与手段的改革与实践,使程序设计语言课程教学更加适应应用数学专业人才培养的需要。采用的教学方法与手段要服从于教学内容,要着眼于人才培养,同一课程中不同的教学内容,应该设计不同的教学模式与教学方法。
集中授课时可利用现代化的教学手段,在多功能教室授课比较适宜,教师可以直接使用投影仪等多媒体设备、CAI课件等,从传统的“黑板+粉笔”教学逐渐过渡到多媒体教学,以提高教学效果。但传统的教学方式对于培养学生的逻辑思维和推理能力,夯实程序设计基础知识也是必要的。而对于上机实践时,精讲多练、任务驱动的教学方法受到普遍推崇,现在网络教学平台上丰富的教学资源与工具软件为学生自主学习和项目开发提供了环境。
教师不仅要传授给学生知识,更要培养他们的创新能力。科学合理的利用现代教育技术,实现多种教学方式的有机结合,扩大学生视野,使教学效果明显提升。师生互动式和计算机辅助式教学有益于构造自主探索的环境,激发学生兴趣,提高学习的主动性和趣味性,这也是教师倡导和学生向往的教学方式。
6结语
新建本科院校课程建设始终是教育教学的一个重要环节,程序设计语言课程作为数学与应用数学专业重要的基础课,其教学质量的高低与教学效果的好坏直接影响人才培养的质量。随着科学技术迅猛发展,人们认识到应用数学的重要作用,经济与科技的发展离不开应用数学,21世纪的知识经济需要具有应用数学专业特长的高素质人才,给新建本科院校课程设置和教学方式方法提出了巨大挑战。如何进一步使学生在学好专业知识的同时,还能够更好地适应社会发展的需要,是摆在我们面前必须考虑和解决的实际性课题。
参考文献:
[1] 成宝芝,郭险峰,郭宗光,等. 电子信息工程专业教学与实践模式研究[J]. 大庆师范学院学报,2009(3):142-144.
[2] 王涛. 今日应用数学与高师应用数学教育的特殊意义[J].云南师范大学学报,1999(2):66-69.
[3] 刘绍武,莫海平,韩超. 新建地方本科院校数学与应用数学专业课程体系构建研究[J]. 绥化学院学报,2009(5):145-147.
[4] 张侨平,严启平. 关于数学与应用数学专业课程设置与教学方法的调查报告[J].湖北大学学报,2006(3):244-247.
[5] 王文豪,张亚红,陈晓兵. 数据结构课程教学改革研究与探讨[J]. 大庆师范学院学报,2009(5):156-159.
[6] 伍一. 应用型本科程序设计课程教学方法和教材建设[J]. 黑龙江教育,2008(6):52-53.
[7] 沈中和. 高校教材建设发展的新思考[J]. 辽宁工程技术大学学报,2006(3):335-336.
[8] 谭浩强. C程序设计[M]. 3版. 北京:清华大学出版社,2005:138-140.
[9] 中华人民共和国教育部. 关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求(试行)[M]. 北京: 高等教育出版社,2006:10.
New University Mathematics and Applied Mathematics
Programming Language Curriculum and Teaching
ZHENG Ji-gang; GUO Xiu-qing
(Baoshan College, Baoshan 678000, China)
Abstract: A programming language courses are Mathematics and Applied Mathematics of the basic course, set a reasonable course system is a new training model undergraduate colleges an important link in order to professional needs and the overall quality of students for the purpose, according to the current popular programming languages, from the course selection and setting, teaching materials, strengthening the practice of teaching and improving teaching methods, etc. have done a study.
Key words: Applied Mathematics; courses; teaching materials; practice teaching; teaching methods
(编辑:白杰)