信息类专业软件类课程设计性综合性实验教学体系的改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）03-0181-03
信息类专业的特点决定了该领域的知识更新快，专业方向越来越模糊，学科交叉越来越多，社会对学生的工程实践能力、动手能力和创新能力要求越来越高。但现有的教学模式下理论教学和实践教学存在一定的脱节[1]，学生的动手能力偏弱，软件的开发还停留在过去那种“手工作坊式”模式上，缺少系统的规范开发方式。学生毕业后，一般要经过较长时间的培训，才能真正适应工业生产的需求。
1 设计综合性实验开设的必要性
我国政府已经注意到当前人才培养中存在的理论与实践不能有效衔接的问题。在2015年3月5日的全国人大三次会议上，国务院总理李克强在政府工作报告中首次提出“互联网+”行动计划，通过行动计划来推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。大学生是“互联网+”创新创业的生力军。5月4日，国务院办公厅发布《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，12月1日，安徽省政府紧密结合我省高等教育改革发展需要和具体实际，也出台了具体实施意见，明确提出，“到2020年建立健全课堂教学、自主学习、结合实践、指导帮扶、文化引领融为一体的高校创新创业教育体系，人才培养质量显著提升，学生的创新精神、创业意识和创新创业能力明显增强，投身创业实践的学生显著增加”的总体目标。面对高等教育改革发展新形势，加强大学生创新精神、创业意识和创新创业能力培养成为新的历史时期高等教育的主要任务。对于工科院校来说，如何把学生较扎实的理论知识综合应用到实践中去，培养学生工程意识和实践能力已成为高等院校改革的当务之急[2，3]。
实验教学通过实验过程加深学生对理论知识的理解，有利于增强学生分析问题、解决问题的能力。开设设计性综合性实验可调动了学生学习的积极性，激发了学生的创新思维和创新意识，是知识转化为能力的催化剂[4，5，6]。学生从单一课程的基础性实验逐步过渡到多门课程的设计性综合性实验的学习，提高了动手解决问题的能力，提高学生自身就业的竞争力，也促使学生走上工作岗位后，能尽快适应工作的需求。
软件类课程的综合性实践性教学，旨在培养学生综合应用所学相关软硬件课程知识，解决本专业及相关领域问题的能力，使其能成为具有较强实际动手能力和一定科研开发能力的应用型人才，全面提高学生的创新精神、创业意识和创新创业能力。
2 设计性综合实验的改革与实践
2.1构建软件类课程设计性综合性实验课程体系
学生通过某一门课程的实验，只能掌握与实验相关的某课程的部分知识点，对所学专业基础课或专业课之间的联系或衔接了解甚少，不利于大学生创新能力和自我学习能力的培养。独立开设的设计性综合性实验将若干门课程有机地融为一体，学生能通过该实验课程的学习了解所学专业的课程之间的关系，能了解当前所学的专业知识在实际的工程中的运用情况，能理论联系实际，发挥学生掌握理论知识的特长，把学生所学的软件类的专业知识用在实际的软件开发过程之中。同时也使得学生了解当前企事业单位对软件类专业知识的需求情况，学生可以有的放矢地学习当前流行的软件开发技术和理念，学生能更好地适应以后的就业和工作。我校通过对社会需求和学生现状进行调研，针对我校信息类本科学生，分析研究信息类专业软件类课程实践性教学对创新创业能力培养的需要，构建了基础性实验―设计性综合性实验―创新性实验等多层次、模块化实验教学体系。
（1）基础性实验
对我院的软件类课程实验进行改造，重组和优化实验教学项目，在12门（专业基础课和专业课）课程实验中增加1-2项综合（或设计）性实验项目，目的是让学生在掌握课程教学内容的同时，提高学生独立分析和解决问题的能力。
（2）设计与综合性实验
为进一步提高学生综合实验技能、实践动手能力、分析和解决问题的能力，培养学生的创新精神，依托我院软件工程创新实训基地和机器人创新实训基地，在第6学期增加一门独立的软件类课程综合实验课程。选取了具有一定深度和难度的课题，将学生分成若干小组，每组由3～5个学生组成，通过小组成员分工合作共同来完成整个实验任务。要求学生以软件工程的思想为主线，选取当前社会上使用较普遍的开发工具，综合利用所学的《软件工程》、《面向对象的程序设计》、《数据结构》、《数据库原理和应用》、《网络程序设计》、《操作系统》和《编译原理》等相关课程的知识去综合解决实际问题。
（3）创新性实验
创新性实验依托大学生科技创新项目、国际性和全国性的科技创新竞赛、教师的各类产学研项目，培养学生科学研究的能力与思维方法，提高学生的创新意识。学生通过对课题进行构思、设计、实现和运作，掌握产品从研发到运行的各个阶段，提高其创新能力、实践能力，充分体现CDIO工程教育的全新理念。同时积极和科大讯飞、江苏微软、美国捷普、北京和佳等企业合作，在设计性和综合性实验中注重引入相关的企业规范与标准，通过营造较为真实的“工程环境”，对学生进行职业化素养训练，从而达到培养学生的工程意识、工程实践能力及创新意识，为学科专业教育提供工程技术支撑，打造具有工程技术能力、创新意识和实践能力的应用型人才，使学生走上工作岗位后，能尽快适应工作的需要。
2.2培养一支具有较高理论水平和工程实践能力的双能型师资队伍 没有好的师资力量，高素质的人才培养将成为一句空话。当前高校中存在这样的现状：专业教师主体是多年从事基础课程教学的老教师，或近年来新引进的青年博士，部分教师们缺乏在相关企业中进行工程实践的经验，在教学过程中难以胜任实践项目的设计和指导。针对上述问题，我院对软件类课程的教师采用“请进来送出去”的途径来提高教师队伍的实践性教学能力。我院近几年每年聘请6-7名外校和企业的具有实际工程开发经验的专家和学者进行来校讲学并兼职指导学生的课外实践活动，同时在引进人才方面更加注重具有实践经验的人才的引进，在走出去的思路的指导下，我院先后派出中青年教师6人去江苏微软、IBM、美国捷普、上海海龙等公司进行培训。这些外出培训的老师回来后不但成为指导学生实践性环节的骨干力量，同时也把他们的所学到的经验分享给其他老师。通过多方面的措施，我院培养了一支具有较高理论水平和工程实践能力的双能型队伍。
2.3 全面改革实验教学模式和方法
（1）采用差异性实验教学模式
如何通过教学创新，提高相关软件类专业课程的教学和实验课效果一直是我们比较关注的研究课题。在我们的研究实验教学过程中，分析了软件类实验课程在教学过程中存在的问题和表现形式，提出了差异性实验教学的模式，即把学生的理论水平和动手能力划分为不同的层次，从实验教学内容的差异性、实验教学方法的差异性和实验项目选定等几个方面进行了具体教学方式和方法的研究。
（2）基于案例驱动模式进行综合实验课程的教学
在综合设计性实验课程的教学过程中，采用案例驱动教学方法[7-8]，明确教与学的具体任务和目的。通过精选的实验教学案例，主要向学生讲解如何运用学过的理论知识分析问题和解决问题的方法。每个综合实验任务作为一个工程案例分发给一组学生，在教师的指导下由一组学生协同完成。实施步骤：查资料→设计方案→方案实施→完成项目，最后进行总结和经验交流，并提交实验报告，同时鼓励学生发表研究论文。
2.4建立基于CDIO理念的信息类专业实践创新实验实训中心
积极吸收当前先进的教学理念和教改成果，并将其引入到实践教学的具体实施过程中。为便于更好地开展综合性实验教学工作，我们对原有的实验室进行了软硬件的改造和升级，同时整合学院的软件工程创新实验室、机器人创新实验室，初步建立了基于CDIO理念的电气信息类专业实践创新实验实训中心。该实训中心整合了现有的教师和设备资源，以项目驱动的方式完成实践性环节的教学，进一步提高了学生的动手能力。
2.5 建立开放型实验室管理模式
相对于一般的课程实验来说，综合实验是一门涵盖内容广泛且难度较大的实验课程。由于软件开发和调试的连续性和耗时性的特点，同组学生需要经常长时间在一起讨论、分析和解决问题，因此，建立开放的实验室管理模式势在必行。
开放型实验室为学生提供了一个宽松自由的实验环境，为学生自身的创造性和能动性的发挥提供了广阔的空间，给他们创造了充分发挥自己设计能力、发挥想象力和展示自我的硬件条件。开放型实验建立灵活的学习机制， 充分利用学生课余时间完成实验任务。在开放型实验室中，学生的思路不受任课教师的思维以及课本和大纲的限制， 鼓励学生主动挑战、自主研究、大胆创新，充分发挥每一位学生的创造潜能。开放型实验室提高了设备的利用率及周转率，有利于学生创造能力和实际动手能力的培养和提高。
通过实验室对学生开放，学生学习方式由被动接纳向主动探索转换， 充分调动了学习的积极性和主动性。开放型实验室管理模式能够给学生留有想象发挥的空间，培养了创新能力，同时也陶冶了他们的情操。
3 开设设计性综合性实验的具体方法
3.1设计性综合性实验项目的设置
切合实际的实验指导书是实验开设效果好坏的先决条件。我校以软件开发人员实际岗位的能力和要求为依据，选取了12个实验项目，项目分为两大类，一类是基础性设计性实验项目，包括：小型动物分类专家系统的设计与实现、机构运动仿真实验、网络认证系统的设计与实现、基于Huffman编码的芯片测试数据压缩处理、操作系统引导程序设计、公交线路乘车方案查询系统设计与实现；另一类是设计与综合性实验及创新性实验项目，具体包括：基于JSP与Android移动的信息技术网站设计与实现、基于移动互联网的教学数据信息管理系统、高考志愿填报服务信息系统设计与实现、基于云盘的高校教育资源共享系统设计与实现、基于Android智能医院排队挂号系统设计与实现、学生考勤管理评价系统设计与实现。
第一类实验项目主要是考察学生利用所学课程知识独立分析和解决实际问题的能力。如学生学习网络安全或者TCP/IP协议课程后，虽对对称密码体制或非对称密码体制的知识有所了解，但却不理解互联网中是如何提供安全客体认证的，设置该实验项目不但可以让学生深入理解密码学相关原理，也为密码学的实际应用提供很好的实例。针对学生在校期间很少能接触实际开发中所常用的新技术和新方法的问题，设置了第二类实验项目。考虑到学生入学以来都在校园里学习生活，项目主要选择学生在学习生活过程中的应用类项目，便于学生理解和接受，可以较快地弄懂需求，深入到项目中来。
3.2设计性综合性实验项目内容的设计
下面以公交线路乘车方案查询系统设计与实现为例来进行阐述。
需求分析：本系统中有三大基本功能需求，1）公交线路的数据输入与维护：线路的录入、修改和编辑功能；2）公交线路的查询：需具有自动、快速和灵活的查询功能；3）乘车方案查询：起始站点线路查询，设定中转站点查询，最短路径查询功能。
开发平台选择：基于C/S结构，可以选用的开发平台和语言包括：VB6、VC6、Delphi7.0、eclipse（java）、C++Builder6等；基于B/S结构，可以选用的开发平台和语言包括：ASP.net、MyEclipse（JSP）、PHP等。对于数据库平台的选择，可以选择SQL Server2005以上或者Oracle9i以上版本。 设计的目标：分为基本目标和高级目标。基本目标采用任何平台或者语言实现基本功能；高级目标包含基于移动客户端的界面设计，涉及基于安卓的开发，并且需要利用百度地图等地图数据来开发直观的地图应用功能。
软件测试： 1） 测试需求的分析。对系统业务流程进行分析，分析需求点。2） 测试计划的编写。根据测试需求分析编写测试计划，其中包括软件硬件资源、测试点、集成顺序和各种测试进度安排等内容。3） 测试方案的编写。测试方案一般由对软件需求很熟的测试工程师设计，测试方案要求根据软件需求规格说明书（SRS）上的每个需求点设计出包括需求点简介、测试思路和详细测试方法等三部分方案。4） 测试过程设计。主要是对测试用例和规程的设计，其中测试步骤和预期结果需要编写详细和明确。5） 测试的执行。执行测试用例，及时提交测试报告等相关文档。6） 测试总结。工具测试结果修改程序代码，并把相关测试的过程、结果和经验总结成文档，写入实验报告中。
3.3设计性综合性实验过程的组织实施
实验的组织形式以学生自由组合为主，在组合过程中指导老师根据实际情况对小组成员进行局部调整，尽量做到每个小组成员好差均衡，以三至四人为一小组，每组从上述两类题目中选择一至两个题目，至少选取一个综合类题目，以小组为单位共同完成实验。
动员选题环节：指导老师详细介绍每个实验项目的所需知识内容、最后的结果要求、实验过程中注意的事项以及重点和难点。以便让学生根据自己所掌握的知识程度以及感兴趣程度选定实验项目并进行组合和分工。
实验实施环节：这是最重要的环节。学生选择项目后分析需求，查阅资料，进行总体和功能设计，实现功能代码、进行调试和测试。这个阶段需要老师进行某种程度上的深度介入，尽管我们强调学生发挥学生的主观能动性，但根据以往的经验，老师的深入指导是学生圆满完成实验项目的必要一环。
总结考评环节：每个实验小组演示实验结果，指导老师对结果进行评判。对实验相关内容进行答辩，考察每个学生对所学理论掌握的程度、实际的动手能力以及把运用所学理论应用到实际的软件开发中的能力，主要通过各小组选举代表和对小组每个成员进行答辩的方式来考评小组整体成绩和每个小组成员个人成绩。验收各小组的实验报告，检验每个软件是否达到功能目标。最终的实验考评成绩通过三方面综合给出：实验成果占40%，实验答辩表现占30%，实验报告占30%。
3.4 设计性综合性实验取得的成效
通过对几届相关专业学生开设的信息类专业软件类课程综合实验的实施，学生的软件综合设计、综合分析和解决实际问题的能力得到了较大提高，近4年来我院学生在“互联网+”大学生创新创业大赛、中国机器人足球大赛、中国计算机设计大赛、蓝桥杯软件设计大赛、物联网设计大赛等竞赛中获省级以上奖励80多项，其中在2015年首届安徽省“互联网+”大学生创新创业大赛中，1项创意组和1项实践组获安徽省银奖。同时，通过几年来用人单位的反馈信息表明，大部分学生在很短时间就培养成用人单位的业务骨干，毕业生供不应求。实践表明，我们开设的信息类专业软件类课程综合实验，树立以学生为本，形成知识、工程实践能力、素质全面协调发展的教学理念，构建以培养学生创新意识和工程实践能力为核心的实验教学体系，努力使实验教学成为培养学生科学思维、实践能力、创新能力的重要环节，是培养应用型人才和创新人才的重要环节和有效途径。
