技工院校工学一体化人才培养模式下计算机程序设计专业课程教学改革

摘要：本研究探讨了在工学一体化人才培养模式下，计算机程序设计专业课程教学的改革。首先分析现有教学模式中的问题，提出针对性的改革措施，如优化课程内容、改进教学方法等，再以智能家居安全系统开发项目为例，详细阐述改革实践的具体步骤和所取得的成效。研究结果表明，改革能有效提升学生的实际操作能力和创新思维，更好地满足行业需求。

关键词：工学一体化；计算机专业；程序设计

中图分类号：G42 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）04-0171-03

在日益激烈的全球技术竞争和快速变化的信息技术环境下，计算机专业人才的培养模式亟需与时俱进，以适应行业对创新型、应用型人才的复合要求[1]。工学一体化人才培养模式的提出正是为了解决传统教育模式与行业需求脱节的问题，通过整合工学教育理念与计算机科学的专业知识，培养出能够适应未来技术挑战的高素质技术人才。

1 工学一体化人才培养模式对计算机程序设计专业课程提出的新要求

1.1 培养目标

在工学一体化的人才培养模式下，计算机程序设计专业的培养目标是培育学生掌握坚实的计算机科学理论基础，兼具深厚的工程实践能力。这一模式强调理论与实践的紧密结合，旨在培养能够适应未来科技发展趋势，具备系统化思维、创新能力和终身学习能力的高素质专业技术人才。学生不仅要精通程序设计语言和工具，还需具备软件开发、系统分析及项目管理的综合技能。教育过程中，注重培养学生的工程意识、团队协作精神和国际视野，使其能在复杂的工程技术问题中做出创新性的设计和决策[2]。通过这样的培养，学生将能够在未来的职业生涯中，以扎实的专业知识和灵活的适应能力，在信息技术领域中发挥关键作用。

1.2 知识结构

在工学一体化模式下，计算机程序设计专业的知识结构设计旨在培养学生具备全面的计算机科学知识体系和强大的工程技术能力。这一结构涵盖了计算理论、数据结构、算法分析、编程语言、软件工程、数据库管理以及人工智能等核心课程。特别是针对中职学生，课程内容更侧重实际应用，如引入C语言的基础语法和结构、面向对象编程的核心概念，以及Py⁃thon或Java等现代编程语言的应用实践。同时，结合工程实践，加入关键性能参数的理解和数据分析能力的培养，如算法的时间复杂度分析、存储空间优化以及程序运行效率的评估。此外，课程还需融入新兴技术趋势，如移动应用开发、云计算基础及大数据处理技术，确保学生的知识结构与技术发展保持同步，为其未来的职业发展奠定坚实的基础。

1.3 能力要求

在工学一体化人才培养模式中，计算机程序设计专业的能力要求强调学生必须具备几项核心技能。首先是精确的逻辑思维能力，能够进行严密的程序逻辑设计和错误调试。其次，是编码能力，学生应熟练掌握至少一门高级编程语言，如Python或Java，并能应用于解决实际问题。针对中职学生，还需要重点培养其快速掌握新工具和新技术的能力，例如使用集成开发环境（IDE） 进行高效编程，理解并应用基本的软件版本控制工具如Git。此外，实际项目开发经验也是必不可少的，这要求学生能够在模拟或实际工作环境中完成软件的全周期开发，包括需求分析、设计、编码、测试和维护。对于性能参数的掌握，如内存使用、处理速度和用户响应时间，以及数据处理能力，如正确使用数据结构、算法和数据库系统，也是衡量学生能力的重要标准[3]。

2 计算机专业程序设计课程教学存在的问题

2.1 课程内容脱离实际

在当前中职计算机专业程序设计课程教学中，一项显著问题是课程内容与行业实际需求之间存在较大脱节。尽管课程旨在介绍编程语言的基本结构和算法，但往往停留在理论层面，缺乏对于现代软件开发流程、工具使用以及市场最新技术趋势的教学。例如，学生可能在数据结构和算法课程中学习到复杂的排序和搜索技术，但却很少接触到如何在实际数据库系统中应用这些算法进行高效数据检索和管理。此外，课程往往忽视了对性能参数（如执行时间、内存消耗）的教学，这些是评估程序效率的关键指标[4]。学生可能掌握了编写语法上正确的代码的技能，却未必能编写出响应迅速且资源高效利用的程序。这种脱离实际的教学内容不仅限制了学生在真实工作环境中的应用能力，也使得他们难以理解和处理实际工程问题中遇到的性能挑战，进而影响了其就业竞争力和职业发展。

2.2 教学方法单一

在中职计算机程序设计的教学方法中，普遍存在的问题是过于依赖传统的讲授式教学，忽视了学生主动学习和批判性思维的培养。这种单一的教学方式很难激发学生对编程深层次理解的兴趣，也不利于学生解决实际编程问题的能力培养。课堂上，教师往往专注于传授编程语言的语法规则和基本概念，而缺少对于代码优化、复杂性分析以及计算资源管理等高级议题的深入探讨。例如，学生可能未被教授如何分析程序的时间复杂度和空间复杂度，或者如何针对具体的硬件配置优化代码，这些都是计算机程序设计中至关重要的技能。此外，单一教学法也未能提供足够的实践机会，让学生在真实或模拟的工作环境中进行实际操作，比如通过项目驱动的学习来解决具体的编程挑战。这导致学生在完成课程学习后，面对工业界的复杂编程任务和高性能要求时，常常感到无所适从。

2.3 实践教学不足

中职计算机程序设计专业的教学实践中，一个突出问题是实践教学环节的不足，尤其是在学生应用所学知识解决实际问题的能力培养上[5]。理论教学与实践应用之间的脱节导致学生虽然理解程序设计的原则，却在应对真实编程环境中的复杂问题时显得力不从心。学生往往缺乏足够的机会去深入探索编程语言的高级特性，如并发性、内存管理和高效算法的实际应用。例如，课堂上很少讨论内存泄漏的检测与预防，或是多线程程序设计中竞争状态和死锁的解决方案，这些都是实际软件开发中的常见问题。实践教学的缺失也意味着学生很少有机会接触到基于性能优化的编程实践，比如如何减少程序的处理时间和提高存储效率。此外，对于数据处理的教学通常忽视了数据的实际应用场景，如大数据环境下的数据挖掘和分析技能。这种对实践教学的忽视不仅阻碍了学生能力的全面发展，也使得他们难以满足行业对高技能计算机专业人才的实际需求。

3 工学一体化人才培养模式下计算机程序设计课程教学改革思路

3.1 优化课程内容

在工学一体化人才培养模式下，优化计算机程序设计课程内容是提高教学质量和适应行业需求的关键。首先，课程应紧跟技术发展的步伐，将最新的编程范式、框架和工具整合进教学大纲中。例如，引入云计算和大数据处理的课程模块，让学生通过实践掌握如何在分布式计算环境中进行数据存储、处理与分析。其次，课程内容应强化与实际工作环境的连接，通过项目导向的教学方式，让学生解决真实世界的问题。例如，设置模拟企业项目，让学生在教师的指导下，运用敏捷开发方法，进行软件开发周期的全过程实践，包括需求分析、设计、编码、测试和维护，同时关注程序性能指标如响应时间（毫秒级）、处理吞吐量（每秒事务数）以及资源消耗（内存使用率和CPU占用率）。此外，应在课程中融入算法的时间复杂度和空间复杂度分析，以及对应的数据结构选择，如使用哈希表来优化搜索效率，或利用树结构进行数据的高效排序和检索。

3.2 改进教学方法

为响应工学一体化人才培养模式的需求，改进计算机程序设计课程的教学方法不可或缺，这要求教师从单向灌输式教学转变为互动参与式和问题驱动式教学。例如，采用翻转课堂的模式，让学生在课前通过在线资源自学基础知识，课堂上则专注于解决具体问题和项目实践，以此提高课堂效率和参与度。在教学中应用真实场景的案例分析，如引入复杂的并发控制问题，让学生学习如何在多用户编辑同一文档时处理冲突，涉及锁机制和版本控制的深层次理解。教师可以引导学生讨论不同的并发算法，比如乐观并发控制和悲观并发控制，以及它们在数据库管理系统中的具体应用。

此外，实验教学应占据更重要的地位，通过引入软件开发工具（如Git、Docker） 和现代化的开发环境（如集成开发环境IDE） 以及实时的代码分析工具，让学生在实践中学习如何监控和优化程序的性能指标，例如内存泄露检测、CPU使用率以及执行速度。通过这种方法，学生可以在实验中学习如何将理论知识应用于现实世界的问题解决，提高了学生的工程实践能力和创新解决问题的能力。

3.3 构建混合式教学模式

在构建工学一体化人才培养模式下的混合式教学模型时，关键在于将传统教学与现代技术高效结合，创造一个互补的学习生态系统。例如，线上教学平台可以用来提供基础理论的自主学习资源，如编程语法、算法原理视频讲解，以及在线编程练习，这些可以通过远程服务器实时评估学生代码的时间效率（如执行时间）和资源利用（如内存使用量）。线下部分则侧重实验室操作、小组讨论和面对面的问题解决，重点放在高级编程技能的培养上，如代码优化、系统架构设计以及性能调试。混合式教学模式可以包含模拟真实工作环境的项目，其中学生必须应用他们在线上部分学到的知识来解决实际问题。例如，学生可能需要设计一个内存使用率和处理速度经过优化的程序，以满足特定的性能参数标准，如在有限的硬件资源条件下保持系统响应时间小于1秒。教师的角色在这种模式下转变为引导者和促进者，他们监督项目进度，提供专业反馈，并在必要时给予指导。

4 工学一体化人才培养模式下计算机程序设计课程教学改革实践

在工学一体化人才培养模式下对计算机程序设计专业的教学改革实践中，以一个综合性的项目“智能家居安全系统”的开发为例，能够体现出教学的全面性和实践性。该项目要求学生团队结合软件工程、网络安全、数据库管理和用户界面设计等多学科知识，设计并实现一个综合性的解决方案。

4.1 项目背景与需求分析

考虑到智能家居领域的安全性和便利性需求，学生团队被赋予任务设计一个能够远程监控和控制家庭安全设备的系统。该系统需要能够处理大量传感器数据，并对异常情况做出快速响应。要求系统具备实时数据处理能力，提供实时视频流，并且能够在网络攻击下保持稳定。

4.2 设计与实现

学生团队需要设计系统架构，确定前后端技术栈，选择合适的数据库，并制定数据加密和用户认证方案。在这个阶段，团队需要考虑系统的可扩展性、容错性和安全性。例如，前端可能采用React来提供动态用户界面，后端使用Node.js处理API请求，数据库选择NoSQL解决方案以便快速处理非结构化数据。

4.3 性能参数与测试

在实现阶段，学生需要编写代码，同时关注性能参数，如响应时间和并发处理能力。测试环节包括单元测试、集成测试以及模拟真实环境下的压力测试，确保系统的稳定性和性能符合预期。测试结果如表1 所示。

4.4 部署与性能评估

学生团队将系统部署到云平台，如AWS 或Azure，并使用自动化脚本确保部署的一致性。在系统部署后，进行性能评估，监控内存占用、CPU使用率和响应时间等关键性能指标。学生需要学会使用专业工具进行监控，如使用New Relic监控应用性能，使用Wireshark分析网络流量。

4.5 优化与迭代

基于性能评估结果，学生团队进行系统优化，如调整数据库索引来减少查询延迟，采用缓存机制来降低数据访问时间，或者对代码进行重构以降低复杂性和提高执行效率。通过持续的反馈和迭代，学生们能够深入理解和应用程序优化的理论与实践，使系统更加稳定和友好。

综上，这个项目不仅让学生们将理论知识应用到实际情景中，而且还培养了他们的工程实践能力、团队合作精神、项目管理能力以及应对现实世界复杂问题的能力。通过这样的教学改革实践，学生们可以为未来计算机行业的挑战做好全面准备。

5 结束语

通过对工学一体化人才培养模式下计算机程序设计课程的深入改革，可以显著提高中职教育与行业需求之间的对接效率。改革实践表明，结合理论教学与实践操作，不仅增强了学生的专业技能，还培育了他们的创新能力和综合素质，为他们成为适应快速技术变革和复杂工作环境的高素质技术人才打下坚实基础。

参考文献：

[1] 房明，许鹏善.基于工学一体化课程教学的技能人才培养模式实践与探究[J].山西青年，2023（12）：157-159.

[2] 吴建云“. 校企双制，工学一体” 让工匠精神开花结果：创建技工学校高技能人才培养模式的探索[J].广西教育，2017（34）：12-13.

[3] 邱泽伟.论工学一体化人才培养模式中的学生中心[J].中国培训，2023（2）：48-50.

[4] 王丽华“. 5+1” 高技能人才培养模式的探索与实践[J].职业，2022（17）：39-41.

[5] 祝传魁.技工院校工学一体化技能人才培养模式探讨[J].山东人力资源和社会保障，2022（9）：50-51.

【通联编辑：张薇】