一種球狀教學(xué)模型規(guī)劃和實踐論文
1背景
程序設(shè)計系列課程是普通高校計算機類專業(yè)的基礎(chǔ)課，一般包括程序設(shè)計基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等。該系列課程講授程序設(shè)計基礎(chǔ)知識，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象能力[1]，加強學(xué)生的專業(yè)修養(yǎng)[2]，具有普通高校理工科專業(yè)課程的典型特征。通過系統(tǒng)、深入地研究該系列課程的教學(xué)模式、教學(xué)方法，能夠?qū)ζ渌黝悓I(yè)課程的教學(xué)起到良好的示范性。傳統(tǒng)的程序設(shè)計教學(xué)主要關(guān)注編程技能、調(diào)試技能以及算法分析技能。目前，隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)計算任務(wù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，學(xué)生應(yīng)該對問題涉及的數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的規(guī)模等方面有更充分的認知和理解，這對程序設(shè)計系列課程的應(yīng)用能力提出了新的要求和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以程序設(shè)計語言為綱，教學(xué)內(nèi)容組織一般是線性的，如圖1所示。線性結(jié)構(gòu)教學(xué)強調(diào)教學(xué)的流暢性以及前修與后續(xù)內(nèi)容的銜接，但較少關(guān)注后續(xù)內(nèi)容對前修內(nèi)容的反饋。學(xué)完該課程后，學(xué)生掌握的知識點零散，缺乏系統(tǒng)性。實踐中常常發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進行后續(xù)練習(xí)時，相關(guān)練習(xí)在前修內(nèi)容中較少或沒有涉及。例如，編寫菜單系統(tǒng)時，發(fā)現(xiàn)之前從未涉及與菜單相關(guān)的操作。另外，前修內(nèi)容在后續(xù)內(nèi)容中較少得到進一步應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生“為什么要做這個練習(xí)”的疑問。可見，雖然理論知識是連貫的，但從實踐的角度來看，前后內(nèi)容出現(xiàn)了一定程度的錯位和脫節(jié)，前修內(nèi)容對后續(xù)內(nèi)容的支撐不夠，后續(xù)內(nèi)容也沒有對前修內(nèi)容進行反饋，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)目的性不強，難以激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。
2 球狀教學(xué)模型規(guī)劃
球狀教學(xué)模型是一個多層疊加的閉合系基金項目：2014 年重慶市研究生教育教學(xué)改革項目(yjg143011)。第一統(tǒng)：基礎(chǔ)層為核心，進階層為主體，應(yīng)用層為表現(xiàn)，每一層外分別覆蓋緩沖層，如圖 2 所示。圖3 是球狀模型的分層透視圖，可見每一層又分為理論層和實踐層，其中以理論為核，以實驗為支撐。每一層外的緩沖層是實驗層的擴展。
2.1 球狀模型的特點球狀教學(xué)模型具有如下特點。
(1)閉合性。與傳統(tǒng)模型相比，球狀模型是閉合模型，它強調(diào)內(nèi)容的延續(xù)性和全面覆蓋性，要求前修內(nèi)容在后續(xù)課程中有所體現(xiàn)，并得到進一步應(yīng)用。例如，在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中，基礎(chǔ)層有如下實驗題目：在程序設(shè)計系列課程中，我們將各層實驗劃分為驗證性、設(shè)計性、綜合性三類。緩沖層則選用各類競賽和評測題目，伴隨多樣化的學(xué)習(xí)形式進行訓(xùn)練，屬于擴展性練習(xí)。在實踐中，將緩沖層設(shè)定為選做任務(wù)，使緩沖層具有彈性，作為實驗層的補充。該案例將字符串的操作貫穿于各層，并逐步加深應(yīng)用，使外層的實驗涵蓋內(nèi)層的全部內(nèi)容，并以此為基礎(chǔ)進行擴展。這種閉合性有利于教師組織教學(xué)，從基礎(chǔ)層開始逐步引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，避免單純地進行驗證性實驗。
(2)彈性。球狀模型中，理論層和實驗層是必選內(nèi)容，緩沖層是實驗層的擴展，它提供各類選做任務(wù)，屬于擴展性實驗。緩沖層使球狀模型具有一定的彈性，這體現(xiàn)在緩沖層的實驗內(nèi)容、完成方式、考核方式均是多樣化的。從實驗內(nèi)容看，其實驗內(nèi)容使用北大等Open Judge 系統(tǒng)、參加 ACM 程序設(shè)計競賽、參與CCF中文信息評測、參與BigData相關(guān)的各類競賽等。緩沖層的內(nèi)容比綜合性實驗具有更大的深廣度，超出教材及教學(xué)范圍，需要學(xué)生在課外搜集、整理資料，并進行獨立分析和小組討論。從完成形式看，緩沖層的內(nèi)容一般在課外進行。由于各類競賽都具有一定的難度，通常需要教開展一定的指導(dǎo)、答疑活動。另外，還應(yīng)與高年級同學(xué)組成學(xué)習(xí)團隊，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)方法和合作意識。在我們的教學(xué)實踐中，梯隊結(jié)構(gòu)具有良好的可持續(xù)性，一旦形成，可使學(xué)習(xí)氛圍保持良性發(fā)展。可見，緩沖層豐富了學(xué)習(xí)形式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，令學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)更全面，具備抗擠壓能力，在面臨進一步的學(xué)習(xí)壓力時能靈活應(yīng)對。另外，由于緩沖層的考核方式多樣，可能使學(xué)生的綜合能力發(fā)展不均衡，在各種壓力面前的表現(xiàn)不一，因此，緩沖層也為個性化發(fā)展提供了空間。
(3)后向反饋性。專業(yè)基礎(chǔ)課的知識點繁多，理論性強，難以被快速掌握。隨著學(xué)習(xí)的深入，應(yīng)用逐漸變得復(fù)雜多樣，來自應(yīng)用層的實踐壓力增大，使累積在內(nèi)層的問題逐漸顯現(xiàn)。例如，在應(yīng)用層操作復(fù)雜數(shù)據(jù)類型，如指針、結(jié)構(gòu)體數(shù)組時，常常對簡單數(shù)據(jù)類型操作失誤，這是由于在基礎(chǔ)層對變量及數(shù)據(jù)類型的理解不夠清楚;有些學(xué)生處理遞歸問題時，難以控制遞歸的執(zhí)行過程，這是因為對函數(shù)嵌套的執(zhí)行過程理解不深入。球狀模型對知識進行分層，且后續(xù)內(nèi)容完全覆蓋前修內(nèi)容，銜接緊密。因此，當(dāng)外層出現(xiàn)問題時，容易快速定位問題所處的內(nèi)部層次，便于學(xué)生進行自我審視和自我完善。
3 球狀模型的關(guān)鍵點
3.1 合理分割教學(xué)內(nèi)容為體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的層次性，應(yīng)對教學(xué)內(nèi)容進行合理的規(guī)劃和分割。
其中，基礎(chǔ)層是后續(xù)教學(xué)的基礎(chǔ)，以建立理論基礎(chǔ)和培養(yǎng)扎實的實踐技能為目標(biāo)。進階層是課程內(nèi)容的主體，是應(yīng)用層的支撐。程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的目標(biāo)之一是培養(yǎng)計算思維能力，良好的計算思維能力依賴于深入地認識計算機系統(tǒng)的工作原理。基于此，我們認為語法必須作為課程的內(nèi)核，是后續(xù)課程的基礎(chǔ);進階層解決程序結(jié)構(gòu)的問題，包括順序、選擇、循環(huán)、函數(shù)四大模塊;應(yīng)用層則以復(fù)雜數(shù)據(jù)類型為主。由此，我們將程序設(shè)計基礎(chǔ)劃分為如圖 4 所示的層次。
3.2 建立彈性評價機制為配合緩沖層的實施，需要設(shè)置彈性的評價指標(biāo)及方法。
彈性評價機制是指課程考核的形式多樣，包含基本指標(biāo)和選做指標(biāo)。在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中，我們將評價形式分為課內(nèi)、課外兩大部分，分別包含基本任務(wù)和選做任務(wù)兩類，具體見表1。表 1 彈性評價機制參考指標(biāo)考核類別評價形式課內(nèi)(70%) 課外(30%)基本任務(wù)(60%)(1)期末閉卷考試(60%);(2)期末上機考試(40%)(1)日常作業(yè)(100%)選作任務(wù)(40%)(1)期末開卷考試(60%);(2)期末ACM類題目測試(40%)(1)日常在線測試(40%);(2)參加競賽(20%);(3)日常搜集、整理資料(20%);(4)團隊學(xué)習(xí)、討論(20%)圖4 程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容劃分我們將課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)比重劃分為 7：3。課內(nèi)、課外均包含基本任務(wù)和選做任務(wù)。基本與選做的比例為 6：4。選作任務(wù)的比重比傳統(tǒng)考核方式大，表明鼓勵學(xué)生進行課外的、選做的任務(wù)。
另外，表 1 還對各項任務(wù)內(nèi)的具體評價指標(biāo)進行了權(quán)重設(shè)置。例如，某學(xué)生參加了課內(nèi)評價，完成了期末閉卷考試，卷面成績?yōu)?85 分;完成了期末上機考試，上級成績?yōu)?80 分。其課內(nèi)基本任務(wù)的最終得分 A 為 1×0.7×0.6×85×0.6+1×0.7×0.6×80×0.4，記 34.86 分。該學(xué)生還參加了期末開卷考試，卷面成績?yōu)?0 分;參加了期末 ACM 類題目測試，成績?yōu)?68分。其課內(nèi)選作任務(wù)的最終得分B為1×0.7×0.4×70×0.6+1×0.7×0.4×68×0.4，記19.38分。該學(xué)生同時參加了課外評價，完成了日常作業(yè)，得分為 80 分，則其課外基本任務(wù)的最終得分C為1×0.3×0.6×80，記14.4分。該學(xué)生還參加了課外選作任務(wù)的日常在線測試，得分為 60 分;參加日常搜集、整理資料，得分為 66 分;沒有參加競賽以及團隊學(xué)習(xí)、討論，無成績。其課外選作任務(wù)的最終得分 D 為1×0.3×0.4×60×0.4+1×0.3×0.4×66×0.2，記4.46 分。由此，該學(xué)生的總成績=A+B+C+D=73.1。表 1 所示的權(quán)重及指標(biāo)是我們在課程教學(xué)中的一種設(shè)計，但考核指標(biāo)的劃分也不宜過細，不能限制學(xué)生的個性化發(fā)展。因此，對各門課程的具體考核指標(biāo)及權(quán)重，應(yīng)結(jié)合教學(xué)實踐進行討論和設(shè)置。總體來看，指標(biāo)與權(quán)重設(shè)置時應(yīng)傾向于整體能力均衡，注意適度降低期末卷面考試的權(quán)重，提高實踐環(huán)節(jié)比重，體現(xiàn)理工科專業(yè)強調(diào)理論與實踐并重的原則。
另外，通過權(quán)重設(shè)置，教師應(yīng)鼓勵設(shè)計多種類型的課外選做任務(wù)，使學(xué)生在球狀模型的各個緩沖層上，嘗試參與各種擴展任務(wù)，以獲得較高的學(xué)習(xí)評價。
4結(jié)語
上述關(guān)于球狀教學(xué)模型的描述，是結(jié)合程序設(shè)計系列課程的教學(xué)實踐提出的，通過在實踐中逐步運用，取得了良好的教學(xué)效果。近年來，學(xué)校計算機類本科學(xué)生廣泛參與 ACM 競賽、CCF中文信息評測、中國 BigData 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各類學(xué)科競賽和評測，均取得了優(yōu)異的成績。同時，參與學(xué)生面逐年擴大，涉及的應(yīng)用領(lǐng)域日趨多樣化，表明了球狀模型在實踐中的有效性。當(dāng)然，一種教學(xué)模型的規(guī)劃與實踐，需要不斷地摸索和改進。在球狀模型中，如何有效地監(jiān)控緩沖層的學(xué)習(xí)質(zhì)量，任課教師如何在緩沖層上展開更全面、有益的指導(dǎo)，仍是需要進一步探索和解決的問題。
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