一、課程基本信息
課程名稱：C++程序設計（面向計算機軟硬件技術開發）
課程性質：專業核心課
學分/學時：4學分/64學時（理論32學時，實驗32學時）
適用專業：計算機科學與技術、軟件工程、物聯網工程、嵌入式系統等
先修課程：計算機導論、C語言程序設計、數據結構
二、課程目標（基于工程教育專業認證標準）
本課程旨在培養學生掌握C++語言的語法特性、面向對象編程思想及其在計算機軟硬件技術開發中的實際應用能力。通過本課程學習，學生應達成以下目標：
- 知識目標：深入理解C++的面向對象機制（封裝、繼承、多態）、模板編程、異常處理、STL庫等核心概念，掌握內存管理、指針與引用等底層操作原理。
- 能力目標：具備運用C++進行中大型軟件項目開發、系統級編程、硬件接口編程及性能優化的能力，能夠針對特定硬件平臺（如嵌入式系統）進行跨平臺開發。
- 素質目標：培養嚴謹的邏輯思維、規范的編碼習慣、團隊協作精神及解決復雜工程問題的創新能力，理解軟件工程倫理與社會責任。
三、教學內容與學時分配
模塊一：C++基礎與面向對象編程（16學時）
- C++與C的兼容性及增強特性（2學時）
- 類與對象：封裝、構造函數/析構函數（4學時）
- 繼承與多態：虛函數、抽象類、動態綁定（6學時）
4. 運算符重載與友元（4學時）
模塊二：高級特性與系統編程（20學時）
- 模板編程：函數模板與類模板（4學時）
- 異常處理與RAII機制（4學時）
- 內存管理：智能指針（uniqueptr、sharedptr）、移動語義（6學時）
- 文件流與I/O系統（2學時）
5. 多線程編程基礎（C++11/14標準）（4學時）
模塊三：STL庫與軟硬件開發實踐（20學時）
- STL容器、迭代器與算法（6學時）
- 設計模式在C++中的實現（工廠模式、單例模式等）（4學時）
- 硬件接口編程案例：串口通信、GPIO控制（基于Raspberry Pi/Arduino）（6學時）
4. 性能優化技巧：內聯、緩存、編譯優化（4學時）
模塊四：綜合項目與工程實踐（8學時）
- 跨平臺項目開發：Windows/Linux環境配置與編譯（2學時）
- 團隊項目：嵌入式數據采集系統或游戲引擎模塊開發（6學時）
四、教學方法與手段
- 理論教學：采用案例驅動法，結合軟硬件開發實例講解語法與設計思想。
- 實驗教學：分層次實驗設計，包括基礎驗證性實驗、綜合設計性實驗及創新性項目。
- 項目式學習（PBL）：以小組形式完成軟硬件結合的綜合項目，強調需求分析、系統設計與代碼評審。
- 線上線下混合：利用MOOC資源輔助理論學習，實驗課采用Git進行版本控制與協作。
五、考核方式與評價標準（支撐專業認證畢業要求）
- 平時成績（30%）：出勤、課堂互動、實驗報告（考察學習態度與規范意識）。
- 實驗與項目（40%）：個人實驗完成質量、團隊項目貢獻度（考察工程實踐與團隊協作能力）。
- 期末考試（30%）：閉卷考試，側重面向對象設計、代碼分析與系統編程能力（考察知識綜合運用能力）。
六、教學資源與參考教材
主教材：《C++ Primer（第5版）》，Stanley B. Lippman 等著
參考書目：
- 《Effective C++》，Scott Meyers
- 《C++并發編程實戰》，Anthony Williams
- 《嵌入式C++實戰編程》，Michael Barr
硬件平臺：Raspberry Pi 4、Arduino Uno開發套件
軟件環境：Visual Studio 2019/Clion、GCC/G++、CMake
七、課程對畢業要求的支撐（依據工程教育認證標準）
本課程重點支撐以下畢業要求指標點：
- 工程知識：掌握C++在軟硬件開發中的數學、自然科學與工程基礎。
- 問題分析：能夠運用面向對象方法識別與表達復雜工程問題。
- 設計/開發解決方案：設計滿足特定需求的C++軟件模塊或硬件交互系統。
- 使用現代工具：熟練使用IDE、調試器、性能分析工具及硬件開發平臺。
- 團隊溝通：通過項目協作提升文檔編寫、技術匯報與團隊協作能力。
八、課程特色與持續改進
- 特色：強調C++在“軟硬件協同開發”中的應用，融入嵌入式、物聯網等前沿案例。
- 持續改進機制：通過學生評教、項目成果分析、產業反饋定期修訂教學內容，保持與行業技術發展同步。
本大綱以工程教育專業認證為導向，注重理論與實踐結合，旨在培養具備扎實C++功底、能勝任計算機軟硬件技術開發的高素質工程人才。
