电气工程其自动化专业“程序设计”课程的教改

摘 要：电气工程及其自动化专业的“计算机程序设计”是联系专业理论课、课程设计和毕业设计等教学环节的重要仿真基础课程.针对以前程序设计开设课程杂乱、教学效果差的情况,经过长期的摸索和实践,在师资选配、教学计划、教学内容和教学方法等方面进行了一系列的改革.教改成果实施两年来,实践证明：电气工程及其自动化专业学生的程序设计能力得到了大幅度的提升,教学效果良好.

关 键 词：程序设计；电气工程及其自动化；教改

作者简介：李佩杰（1984-）,男,山东诸城人,广西大学电气工程学院,讲师；李滨（1975-）,女,广西南宁人,广西大学电气工程学院,副教授.（广西南宁530004）

基金项目：本文系电气工程及其自动化专业综合改革试点项目的研究成果.

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）02-0085-02

在现代电力系统中,运行状态的获取、各期规划的制订和研究成果的验证等工作一般需借助于计算机仿真或现场实验.尽管现场实验的结果更加真实、可靠,但是在这个世界上最大的人工系统上进行大量的现场实验往往是不被允许的,也是不切实际的.出于安全、方便及经济性等考虑,以上所提到的绝大部分工作都是通过计算机仿真来实现的.因此,在电气工程及其自动化专业的教学中,培养学生的程序设计能力是重要的教学目标之一.计算机程序设计类课程尽管不是专业课,但是它是一门联系专业理论课、课程设计和毕业设计等教学环节的仿真基础类课程,是后续专业课程中一些重要理论知识的实现手段,在整个课程体系中占有重要的地位.[1]

目前,很多高校对这一课程不够重视,开设的内容缺少规划,层次不够清晰,内容缺少衔接,任课的老师多来自于其他专业,造成授课内容与专业知识脱节,使得学生在进入毕业设计或课程设计环节后,感觉无从下手.更糟糕的是,学生在学完程序设计类课程后,还可能对编写程序产生了极大的恐惧和厌恶感,编程的兴趣被抹杀殆尽.为了在有限的学时中尽快引导学生入门,培养学生对编程的兴趣,提高专业程序设计的能力,笔者从教学计划、课程内容和教学方法等方面进行了系列的探索研究和实践.

一、课程教学内容体系的改革

1.任课教师的选拔

大多数高校非计算机类专业的程序设计课程都是由计算机专业的教师来承担主讲工作的,其优势在于：计算机专业的教师对各种计算机的程序设计语言都比较熟悉,可以充分利用学校的教师资源.但是,这种师资配置方式也有其明显的弊端：由于主讲教师缺乏相应的专业背景,授课内容与专业脱节,对将来的专业课程设计、毕业设计甚至实际工程应用的作用很小,影响了学生学习的积极性.因此,本课程的任课老师指定从相关专业的老师中挑选,并且要求老师具备一定的编程经验和工程背景.这样才能保证讲授的知识足够生动,学生有兴趣听.虽然专业老师的工作量增加了,但是从毕业设计和课程设计上考虑,老师的付出反而减少了,因此是值得的.

2.教学计划的制订

在笔者所在学校,以前开设了几门程序设计类选修课,如VB、VC、C语言、Matlab程序设计等,学生在选课时缺少指导,选课缺少连贯性.另外,随着计算机技术的发展,曾经拥有程序员最多的VB语言已逐渐淘汰,继续开设VB课程已与现实脱节.而VC语言课程教授了很多微软公司特有的语言标志和界面设计方式,不利于程序的跨平台部署.电力系统高级应用软件,多部署于Linux或Unix等高可靠的操作系统上,它们对计算速度和跨平台性要着极高的要求.[2]ANSIC和C++语言构成了各操作系统的基础,完全可以满足上述要求,且用户群庞大,是一门不易在短时间内淘汰的经典计算机语言.ANSIC和C++语言有很多共性,可以在一起讲授,将其作为一门必修课程来讲授,旨在培养学生的编程兴趣,掌握编程的一些基本方法.另外,Matlab语言编写比较简单,非常适合科学计算,是进行科研仿真的优秀工具.于是,Matlab被作为一门选修课来开设,为将来继续深造的学生开启一扇门.最后,笔者还开设了一门电力系统程序设计的选修课,将计算机的程序设计与电力系统理论知识结合起来,针对电力系统这一对象编写程序,如电力系统潮流计算程序、短路计算程序等,使学生的理论知识和实践能力得到升华.

3.授课内容的安排

本课程主要讲授编程的基本方法和技巧,计划安排30学时讲授和20学时实验,强调在实验中掌握和巩固知识.考虑到这是本科生在大学阶段遇到的第一门计算机程序设计课,开始讲述的内容以入门引导为主,安排1～2学时讲述一些操作系统和计算机原理的基本常识和历史发展,以及一些发展过程中的名人轶事.

二、实践环节的改革

本课程的实验学时约占总学时的30%,实验内容不再简单地围绕课本的习题,学生必须充分发挥主观能动性,自主选择“制作一个360安全卫士的主界面”、“制作一个简单的计算器”或“制作一个查找文件的小工具”等实验项目.在实验课上,先让学生熟悉IDE编译的环境,再由学生自己完成自选题目的设计和实现.考虑实验课的根本目的还是使学生真正掌握程序设计能力,学生也可以不参与自选课题,直接利用实验课时间来做大作业,时间上得到保障,作业质量也会提高.实验过程中,学生可以采用小组讨论、上网查找资料和查阅参考书等方式进行自主学习.整个实践环节均强调“自己动手、自我感知”,这为其将来继续深入学习程序设计语言奠定扎实的基础.

三、考核方式和评价的改革

以前,程序设计类的课程笔者多采用闭卷考试的形式,发现效果非常不理想.有些学生考试成绩非常好,但是动手能力非常差,写不出几句像样的程序.改革后,考核确定为大作业的方式.大作业的题目是编写一个某病毒的专杀工具,这一作业涉及文件的操作、数据结构、语言的控制语句、输入输出和界面设计等程序设计的诸多方面,可以充分考查学生的算法设计和界面设计能力.作业分组完成,将整个班按5人一组,分组提交,提高他们团结协作的能力.评分的标准包括界面是否美观,功能是否齐全,杀毒时间的长短,代码注释是否完备,变量命名是否规范,设计文档、帮助文档是否完整,是否有额外的想法.四、教学方法的改革

虽然开设的ANSIC/C++课程总共有50多个学时,但是课程包含内容非常多,应用也非常灵活,期望学生利用这么短的时间把这门语言学精、学通是完全不可能的.因此,在上课时只能学习一些基本的语法和编程的过程,形成一个感性的认识,让学生知道编程的目的,知道将来编程遇到问题,应如何解决,更重要的是促使他们在课外去更加深入地学习.

上课教学,以往多通过老师讲授和学生听讲的角度,老师和学生之间缺少很好的互动.笔者实行新的教学方式,老师通过PPT讲授占80%时间,20%课时由推选出的学生上台来讲,讲授的内容包括“我所知道的IT人的故事”.通过这一话题的讨论,增加了学生的兴趣.课堂同时增加讨论环节,多安排课堂提问,启发他们自己思维,如：编程带来哪些好处?编写的程序有哪些用处?通过这些问题,启迪学生思考编程的目的和意义.教师在教授过程中,多联系电力系统的一些专业问题,使学生了解计算机专业的编程与电气工程及其自动化专业将来利用编程的不同之处,最终编程能够怎么写作于电力系统的专业知识培养.

此外,还要增加学习过程的开放性.在布置作业之后给学生较为宽松的时间,学生可根据个人的学习和进度予以完成；这样学习效果的评价是以自我评价为主,教师的评价为辅,有助于发展学生的独立性、创造性和自主性.在期末考评的大作业环节中,注重不同学生掌握本门课程的不同情况.鼓励学生发挥自己的专长,查阅文献,自选有关的命题.评分标准既有一定的基本要求,也体现尊重学生的原则,这样,在达到课程基本要求的同时有助于发挥学生的特点.

五、教学效果

1.课堂和实验课教学效果

通过教学设计和教学实践,学生在课堂上积极主动地进行思考和回答问题,对学习充满了兴趣,能够在教师的引导下主动思考问题,主动上网查阅资料.在实验课上,多数同学选做布置的实验项目,有些同学则更为深入,利用这一时间做大作业,过程中充分地与小组成员和老师探讨存在的问题,事实也证明,这些小组最后的大作业完成得非常出色.

2.大作业反馈教学效果

从交上来的30份大作业看,学生在设计上充分发挥了主观能动性,界面及算法设计多样化,如有的利用界面控件设计的界面非常漂亮,有的采用编程设计模式编写的程序简单可靠.学生在查阅资料完成大作业的过程中,不仅巩固了课堂和教材上的内容,还自发加入了网络中新流行的界面设计思想或一些高级的算法设计方法.

总之,学生在学习过程中发挥了主体作用,提高了自身程序设计能力和创新能力.