基于工程实战、案例驱动的程序设计课程三位一体教学模式

摘要：程序设计课程作为理工科专业培养学生计算思维与编程应用能力的核心基础课程，其教学质量直接影响学生后续专业学习与工程实践能力提升。当前课程教学普遍存在理论与工程实践脱节、教学案例脱离实际应用、学生学习主动性不足等问题，难以适配行业对工程应用型编程人才的需求。本文基于建构主义学习理论、情境学习理论与成果导向教育理念，提出“理论筑基、案例驱动、实战赋能”三位一体的程序设计课程教学模式。通过重构工程导向的教学内容、创新案例驱动的教学方法、搭建多层次实战平台、完善能力导向的多元评价体系，实现理论知识传授、编程技能训练与工程实践能力培育的协同统一。实践表明，该教学模式能够有效激发学生的学习兴趣，显著提升学生的编程应用能力与工程问题解决能力，为程序设计及其他计算机类课程的教学改革提供可借鉴的实践范式。

关键词：程序设计课程；工程实战；案例驱动；三位一体；教学模式

Three in one teaching model for programming courses based on engineering practice and case driven approach

Abstract: As a core foundational course for cultivating students' computational thinking and programming application abilities in science and engineering majors, the teaching quality of programming courses directly affects students' subsequent professional learning and engineering practice ability improvement. The current curriculum teaching generally suffers from a disconnect between theory and engineering practice, teaching cases that are disconnected from practical applications, and insufficient student learning initiative, making it difficult to meet the industry's demand for engineering application-oriented programming talents. This article proposes a three in one teaching model for programming courses based on constructivist learning theory, situational learning theory, and outcome oriented education philosophy, which includes "theoretical foundation, case driven, and practical empowerment". By restructuring the engineering oriented teaching content, innovating case-based teaching methods, building multi-level practical platforms, and improving the ability oriented diversified evaluation system, the collaborative unity of theoretical knowledge imparting, programming skill training, and engineering practice ability cultivation can be achieved. Practice has shown that this teaching model can effectively stimulate students' interest in learning, significantly improve their programming application ability and engineering problem-solving ability, and provide a practical paradigm for the teaching reform of programming and other computer courses.

Keywords: programming course; Engineering practice; Case driven; three-in-one; teaching model

一、引言

在数字化技术快速渗透各行业的背景下，具备扎实的程序设计能力已成为理工科学生的核心竞争力之一。程序设计课程的核心目标是引导学生掌握编程语法基础、培养计算思维，同时具备运用编程技术解决实际工程问题的能力，为后续专业课程学习（如数据处理、系统开发、智能算法应用等）与职业发展奠定基础。然而，传统程序设计课程教学多采用“语法讲解+简单例题练习”的模式，难以有效衔接工程实际需求，导致学生虽掌握基础语法知识，却难以应对复杂的工程编程任务，出现“会编程却不会解决实际问题”的困境。

工程实战与案例驱动的教学理念，强调以真实工程问题为导向，通过典型案例串联教学内容，引导学生在案例探究与实战实践中建构知识、提升能力。基于此，本文探索构建“理论筑基、案例驱动、实战赋能”三位一体的程序设计课程教学模式，旨在打破传统教学中理论与实践割裂的壁垒，让学生在贴近工程实际的学习情境中，同步提升编程基础能力、问题分析能力与工程实践能力，切实提升课程育人质量，培育适配行业需求的工程应用型编程人才。

二、三位一体教学模式的理论基础与核心内涵

（一）理论支撑：建构主义学习理论、情境学习理论与成果导向教育理念

建构主义学习理论认为，学习是学生主动建构知识的过程，而非被动接受外界信息的过程。该理论为三位一体教学模式提供了核心逻辑，强调通过案例探究与实战实践，引导学生主动参与知识建构，在分析问题、解决问题的过程中深化对编程理论与语法知识的理解。情境学习理论则强调学习离不开具体的情境，真实的学习情境能够激发学生的学习动机，促进知识的迁移应用。这一理论支撑案例驱动与工程实战的教学环节设计，通过创设真实的工程编程情境，让学生在贴近实际的场景中学习与实践，提升知识应用能力。成果导向教育理念以学生预期学习成果为核心，强调教学全过程围绕能力达成展开，为教学内容重构、评价体系设计提供了指引，确保教学模式始终聚焦学生工程编程能力的提升。三者协同作用，保障三位一体教学模式既符合教育教学规律，又能精准适配工程应用型人才的培养需求。

（二）核心内涵：“理论筑基、案例驱动、实战赋能”的协同统一

基于工程实战、案例驱动的程序设计课程三位一体教学模式，核心是实现“理论筑基、案例驱动、实战赋能”三个维度的有机融合与协同发力。“理论筑基”聚焦编程基础理论与语法知识的系统传授，为学生的编程实践提供知识支撑，强调理论知识的“够用、实用、衔接”，摒弃冗余的理论推导，突出知识的应用价值；“案例驱动”以典型工程案例为核心载体，将抽象的理论知识转化为具体的编程问题，通过案例拆解、思路分析、代码实现、优化迭代等环节，引导学生串联理论知识，培养计算思维与问题分析能力；“实战赋能”依托真实工程项目或模拟工程任务，为学生提供全方位的实践平台，让学生在实战中整合所学知识，提升编程技能熟练度与工程问题解决能力。三者相互关联、层层递进，形成“知识学习-能力转化-实践提升”的完整育人链条。

三、传统程序设计课程教学的现存困境

（一）教学目标偏差，工程导向缺失

传统程序设计课程教学目标多聚焦于编程语法知识的传授，以“学生掌握语法规则、能够完成简单例题练习”为核心目标，忽视了工程编程能力与计算思维的培育。教学过程中缺乏对行业工程实践需求的考量，未明确学生需具备的工程编程能力目标，导致教学内容与实际工程应用脱节。学生虽能熟练记忆语法规则、完成教材中的简单例题，却难以应对复杂的工程编程任务，无法实现知识向能力的有效转化，难以适配行业对应用型编程人才的需求。

（二）教学内容固化，案例脱离实际

教学内容存在明显的固化与滞后问题，难以适配工程实战需求。一是内容侧重编程语法的系统性讲解，按“变量-分支-循环-函数-数组”等语法模块逐章推进，内容枯燥乏味，学生难以感知知识的应用价值；二是教学案例多为教材中的简单验证性例题，如“计算两数之和”“打印三角形”等，与真实工程场景（如数据统计分析、系统功能模块开发、接口调用等）差距较大，难以引导学生建立工程编程思维；三是内容更新滞后，对行业主流编程技术、开发工具、工程规范的覆盖不足，如缺乏对模块化编程、代码注释规范、版本控制工具使用等工程必备技能的教学，导致学生的编程习惯与行业要求脱节。

（三）教学方法单一，学生主动性不足

传统教学仍以“教师讲授+板书/PPT演示+学生模仿练习”的模式为主，教学方法单一固化。课堂上，教师主导整个教学过程，逐句讲解语法规则、演示例题代码，学生被动接受知识，缺乏主动思考、探究与创新的机会；练习环节，学生仅需模仿教师的例题代码完成类似任务，难以参与问题分析、思路设计等核心环节，计算思维与问题解决能力难以得到有效培育。这种“填鸭式”教学模式导致课堂氛围沉闷，学生学习主动性不足，容易产生畏难情绪，影响教学效果。

（四）实践教学薄弱，工程赋能不足

实践教学环节难以支撑工程编程能力的培育需求。一是实践任务多为课后习题的简单延伸，缺乏综合性、设计性、工程性的实践项目，学生难以体验完整的工程编程流程；二是实践平台建设滞后，缺乏模拟真实工程场景的实践环境，学生难以接触到行业主流的开发工具、项目管理工具与协作模式；三是实践指导侧重代码正确性的核对，忽视对学生编程思路、代码优化、工程规范等方面的指导，导致学生的编程实践停留在“实现功能”层面，难以达到工程应用的“高效、稳定、规范”要求。

（五）评价体系僵化，能力衡量不精准

传统评价体系以“知识导向”为主，难以精准衡量学生的工程编程能力。一是评价内容片面，重点考核学生对语法知识的记忆与简单例题的编程能力，忽视对学生计算思维、问题分析能力、工程编程规范、团队协作能力的评价；二是评价方式单一，以期末考试、随堂测试等终结性评价为主，缺乏对学生学习过程、实践表现、项目完成质量的过程性评价；三是评价标准模糊，对于工程编程能力相关的维度（如代码规范性、程序效率、问题解决方案的合理性等），缺乏明确的评价指标，难以实现“以评促学、以评促教”的目标。

四、三位一体教学模式的构建路径

（一）重构工程导向的教学内容体系

以工程实战需求为核心，反向重构“模块化、案例化、工程化”的教学内容体系。一是构建“基础语法+工程技能+行业应用”的模块化内容框架，基础语法模块聚焦“够用、实用”的核心语法知识，摒弃冗余理论，按“问题解决”逻辑重组内容（如将“变量、分支、循环”整合为“简单问题的编程实现”模块）；工程技能模块补充模块化编程、代码规范、版本控制、调试技巧等工程必备技能；行业应用模块结合不同专业需求，引入数据处理、接口开发、简单系统模块设计等专业相关的编程内容。二是推进教学内容案例化，以典型工程案例为核心串联各模块知识，每个模块围绕1-2个核心工程案例展开，如“学生成绩统计与分析系统”“图书信息管理模块”“简单数据可视化程序”等，将语法知识融入案例的问题分析与代码实现过程中。三是补充行业前沿内容，引入行业主流开发工具（如Python的PyCharm、Java的IntelliJ IDEA）、开发框架与工程规范，确保教学内容与行业需求同步。同时，编制《工程导向程序设计教学内容指南》，明确各模块的教学目标、工程能力要求与案例/实战任务。

（二）创新案例驱动的教学方法

构建“案例导入-问题拆解-理论衔接-代码实现-优化迭代-总结拓展”的六步案例驱动教学流程，强化学生的主动探究与思维培育。一是案例导入，以真实工程场景中的编程问题为切入点，通过视频、场景描述等方式呈现案例，激发学生的学习兴趣与探究欲望；二是问题拆解，引导学生分组讨论案例中的核心问题，将复杂问题拆解为可解决的小问题，培养问题分析能力；三是理论衔接，针对拆解后的问题，讲解所需的核心理论知识与语法规则，实现“按需授课”，强化理论与实践的衔接；四是代码实现，引导学生分组完成代码编写，教师针对性进行指导，重点关注学生的编程思路与逻辑；五是优化迭代，组织学生对编写的代码进行优化（如提升效率、优化结构、规范注释），培养工程编程思维；六是总结拓展，梳理案例中的核心知识点与编程技巧，拓展类似工程场景的应用案例，促进知识迁移。同时，采用“线上+线下”融合教学模式，线上依托学习平台上传案例解析视频、编程资源、拓展习题等，供学生自主学习；线下聚焦案例讨论、代码调试、问题答疑等互动环节，强化学情引导。

（三）搭建多层次工程实战平台

构建“基础练习-综合项目-竞赛/真实项目”的多层次工程实战平台，实现实战赋能的递进式提升。一是基础实战层，依托课程案例设计基础实战任务，让学生独立完成案例的代码实现与优化，巩固基础编程技能；二是综合项目层，设计跨模块的综合性工程项目，如“学生信息管理系统”“校园消费数据分析平台”等，让学生分组完成项目需求分析、方案设计、代码开发、测试优化的全流程，培养团队协作能力与完整工程编程能力；三是高阶实战层，搭建竞赛与真实项目对接平台，组织学生参与“大学生程序设计竞赛”“蓝桥杯”等赛事，鼓励学生参与教师的科研项目或企业的模拟开发任务，如数据处理、小程序开发等，让学生在真实工程场景中提升编程能力与问题解决能力。同时，完善实战平台支撑条件，搭建模拟工程开发环境，引入版本控制工具（如Git）、项目管理工具，配备专业的实战指导教师，为学生提供全方位的实战支撑。

（四）完善能力导向的多元评价体系

遵循“全面、客观、过程性”原则，构建“多主体、多维度、全过程”的多元评价体系，精准衡量学生的工程编程能力。一是丰富评价主体，形成“教师评价+学生自评+小组互评+企业导师评价”的多元模式：教师侧重对学生理论知识掌握、项目实践过程、编程思路的评价；学生自评侧重对自身学习态度、能力提升、问题解决过程的反思；小组互评侧重对团队协作贡献、项目完成质量的评价；企业导师侧重对学生代码规范性、工程应用适配性的评价。二是拓展评价维度，涵盖基础语法掌握、计算思维、问题分析能力、代码实现能力、工程规范、团队协作、创新思维七个核心维度，每个维度细化具体评价指标，如工程规范可细化为“代码注释完整性”“代码结构合理性”“版本控制使用规范性”等。三是优化评价方式，采用“过程性评价（60%）+终结性评价（40%）”的组合方式：过程性评价包括课堂案例讨论表现、阶段性实战任务完成质量、编程日志记录、团队协作表现等；终结性评价采用“综合项目答辩+工程编程测试”的形式，全面考核学生的综合工程编程能力。四是建立评价反馈机制，定期将评价结果反馈给学生，指导其优化学习策略与编程实践方法；教师基于评价结果分析教学薄弱环节，及时调整教学内容与方法。

（五）强化师资队伍建设，筑牢改革保障

组建“理论功底扎实、工程经验丰富”的双师型师资队伍，为三位一体教学模式的有效实施提供核心保障。一是提升校内教师的工程实践能力，定期组织教师参与企业工程研发项目、参加工程编程相关的培训与学术交流，积累真实工程经验；鼓励教师考取行业相关的职业技能证书，提升工程教学能力；二是优化师资结构，聘请企业资深程序员、项目主管担任校外兼职导师，参与教学方案设计、案例开发、实战指导、评价考核等环节，注入行业工程经验；三是搭建教研交流平台，定期开展案例驱动教学、工程实战教学的研讨会与案例分享会，促进教师之间的经验互鉴；鼓励教师联合企业导师开发工程导向的教学案例、实战项目与教学资源，丰富教学素材。

五、实践总结

基于工程实战、案例驱动的程序设计课程三位一体教学模式，以建构主义学习理论、情境学习理论与成果导向教育理念为支撑，通过重构工程导向的教学内容、创新案例驱动的教学方法、搭建多层次实战平台、完善能力导向的多元评价体系，有效破解了传统教学中“工程导向缺失、理论与实践割裂、学生主动性不足”的困境，实现了“理论筑基、案例驱动、实战赋能”的协同统一。这一实践充分证明，程序设计课程的教学改革必须立足行业工程实践需求与学生能力培养目标，摒弃传统的“语法讲授+简单练习”模式，以工程实战为导向、以案例驱动为载体，让学生在主动探究与实践中建构知识、提升能力，才能真正发挥课程的育人价值，培育出适配行业需求的工程应用型编程人才。

本次改革所形成的“内容重构-方法创新-实战赋能-评价保障”的实践框架，具有较强的可复制性与推广价值，为计算机类其他课程（如数据结构、数据库原理、软件开发技术）的工程化教学改革提供了清晰的路径参考。其关键经验可总结为三点：一是目标定位要精准，始终以工程编程能力培育为核心锚点；二是内容方法要协同，实现教学内容与工程实际、教学方法与学习规律的精准适配；三是实践支撑要有力，通过多层次实战平台与多元评价体系保障能力培育成效。这些经验不仅为试点院校程序设计课程的持续优化奠定了坚实基础，也让程序设计课程真正成为培育学生计算思维与工程编程能力的核心载体，为理工科学生的专业发展与职业竞争力提升筑牢根基。

参考文献：

[1]王雷,秦琳琳,王嵩.面向新工科人才能力培养的计算机程序设计课程改革[J].高教学刊.2023,9(24).DOI:10.19980/j.CN23-1593/G4.2023.24.040 .

[2]马驰,吴杰,胡辉,等.OBE理念下Java程序设计课程教学改革实践探究[J].电脑知识与技术.2023,19(19).

[3]王雷,唐建,白雪飞.面向差异化能力培养的计算机程序设计实验体系[J].高教学刊.2022,8(16).DOI:10.19980/j.CN23-1593/G4.2022.16.011 .

[4]赵莎莎,张微.引入计算机程序设计大赛培养学生的编程实践能力——以C语言程序设计课程为例[J].贵阳学院学报（自然科学版）.2020,(1).

[5]吴凤侠.分析计算机程序设计课程中计算思维能力的培养[J].科技风.2020,(11).DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202011058 .