一種球狀教學(xué)模型規劃和實(shí)踐論文
1背景
程序設計系列課程是普通高校計算機類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎課，一般包括程序設計基礎、面向對象程序設計、數據結構與算法等。該系列課程講授程序設計基礎知識，注重培養學(xué)生的邏輯思維和抽象能力[1]，加強學(xué)生的專(zhuān)業(yè)修養[2]，具有普通高校理工科專(zhuān)業(yè)課程的典型特征。通過(guò)系統、深入地研究該系列課程的教學(xué)模式、教學(xué)方法，能夠對其他各類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)起到良好的示范性。傳統的程序設計教學(xué)主要關(guān)注編程技能、調試技能以及算法分析技能。目前，隨著(zhù)大規模數據計算任務(wù)的快速發(fā)展和應用，學(xué)生應該對問(wèn)題涉及的數據及結構、數據的規模等方面有更充分的認知和理解，這對程序設計系列課程的應用能力提出了新的要求和挑戰。傳統教學(xué)模式以程序設計語(yǔ)言為綱，教學(xué)內容組織一般是線(xiàn)性的，如圖1所示。線(xiàn)性結構教學(xué)強調教學(xué)的流暢性以及前修與后續內容的銜接，但較少關(guān)注后續內容對前修內容的反饋。學(xué)完該課程后，學(xué)生掌握的知識點(diǎn)零散，缺乏系統性。實(shí)踐中常常發(fā)現，當進(jìn)行后續練習時(shí)，相關(guān)練習在前修內容中較少或沒(méi)有涉及。例如，編寫(xiě)菜單系統時(shí)，發(fā)現之前從未涉及與菜單相關(guān)的操作。另外，前修內容在后續內容中較少得到進(jìn)一步應用，導致學(xué)生產(chǎn)生“為什么要做這個(gè)練習”的疑問(wèn)�？梢�(jiàn)，雖然理論知識是連貫的，但從實(shí)踐的角度來(lái)看，前后內容出現了一定程度的錯位和脫節，前修內容對后續內容的支撐不夠，后續內容也沒(méi)有對前修內容進(jìn)行反饋，從而導致學(xué)生的學(xué)習目的性不強，難以激發(fā)學(xué)習熱情。
2 球狀教學(xué)模型規劃
球狀教學(xué)模型是一個(gè)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：基礎層為核心，進(jìn)階層為主體，應用層為表現，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(jiàn)每一層又分為理論層和實(shí)踐層，其中以理論為核，以實(shí)驗為支撐。每一層外的緩沖層是實(shí)驗層的擴展。
2.1 球狀模型的特點(diǎn)球狀教學(xué)模型具有如下特點(diǎn)。
(1)閉合性。與傳統模型相比，球狀模型是閉合模型，它強調內容的延續性和全面覆蓋性，要求前修內容在后續課程中有所體現，并得到進(jìn)一步應用。例如，在程序設計基礎課程中，基礎層有如下實(shí)驗題目：在程序設計系列課程中，我們將各層實(shí)驗劃分為驗證性、設計性、綜合性三類(lèi)。緩沖層則選用各類(lèi)競賽和評測題目，伴隨多樣化的學(xué)習形式進(jìn)行訓練，屬于擴展性練習。在實(shí)踐中，將緩沖層設定為選做任務(wù)，使緩沖層具有彈性，作為實(shí)驗層的補充。該案例將字符串的操作貫穿于各層，并逐步加深應用，使外層的實(shí)驗涵蓋內層的全部?jì)热�，并以此為基礎進(jìn)行擴展。這種閉合性有利于教師組織教學(xué)，從基礎層開(kāi)始逐步引導、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和熱情，避免單純地進(jìn)行驗證性實(shí)驗。
(2)彈性。球狀模型中，理論層和實(shí)驗層是必選內容，緩沖層是實(shí)驗層的擴展，它提供各類(lèi)選做任務(wù)，屬于擴展性實(shí)驗。緩沖層使球狀模型具有一定的彈性，這體現在緩沖層的實(shí)驗內容、完成方式、考核方式均是多樣化的。從實(shí)驗內容看，其實(shí)驗內容使用北大等Open Judge 系統、參加 ACM 程序設計競賽、參與CCF中文信息評測、參與BigData相關(guān)的各類(lèi)競賽等。緩沖層的內容比綜合性實(shí)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(jìn)行獨立分析和小組討論。從完成形式看，緩沖層的內容一般在課外進(jìn)行。由于各類(lèi)競賽都具有一定的難度，通常需要教開(kāi)展一定的指導、答疑活動(dòng)。另外，還應與高年級同學(xué)組成學(xué)習團隊，培養良好的學(xué)習方法和合作意識。在我們的教學(xué)實(shí)踐中，梯隊結構具有良好的可持續性，一旦形成，可使學(xué)習氛圍保持良性發(fā)展�？梢�(jiàn)，緩沖層豐富了學(xué)習形式，有利于培養學(xué)生的綜合能力，令學(xué)生的知識結構更全面，具備抗擠壓能力，在面臨進(jìn)一步的學(xué)習壓力時(shí)能靈活應對。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不一，因此，緩沖層也為個(gè)性化發(fā)展提供了空間。
(3)后向反饋性。專(zhuān)業(yè)基礎課的知識點(diǎn)繁多，理論性強，難以被快速掌握。隨著(zhù)學(xué)習的深入，應用逐漸變得復雜多樣，來(lái)自應用層的實(shí)踐壓力增大，使累積在內層的問(wèn)題逐漸顯現。例如，在應用層操作復雜數據類(lèi)型，如指針、結構體數組時(shí)，常常對簡(jiǎn)單數據類(lèi)型操作失誤，這是由于在基礎層對變量及數據類(lèi)型的理解不夠清楚;有些學(xué)生處理遞歸問(wèn)題時(shí)，難以控制遞歸的執行過(guò)程，這是因為對函數嵌套的執行過(guò)程理解不深入。球狀模型對知識進(jìn)行分層，且后續內容完全覆蓋前修內容，銜接緊密。因此，當外層出現問(wèn)題時(shí)，容易快速定位問(wèn)題所處的內部層次，便于學(xué)生進(jìn)行自我審視和自我完善。
3 球狀模型的關(guān)鍵點(diǎn)
3.1 合理分割教學(xué)內容為體現教學(xué)內容的層次性，應對教學(xué)內容進(jìn)行合理的規劃和分割。
其中，基礎層是后續教學(xué)的基礎，以建立理論基礎和培養扎實(shí)的實(shí)踐技能為目標。進(jìn)階層是課程內容的主體，是應用層的支撐。程序設計基礎課程的目標之一是培養計算思維能力，良好的計算思維能力依賴(lài)于深入地認識計算機系統的工作原理�；诖�，我們認為語(yǔ)法必須作為課程的內核，是后續課程的基礎;進(jìn)階層解決程序結構的問(wèn)題，包括順序、選擇、循環(huán)、函數四大模塊;應用層則以復雜數據類(lèi)型為主。由此，我們將程序設計基礎劃分為如圖 4 所示的層次。
3.2 建立彈性評價(jià)機制為配合緩沖層的實(shí)施，需要設置彈性的評價(jià)指標及方法。
彈性評價(jià)機制是指課程考核的形式多樣，包含基本指標和選做指標。在程序設計基礎課程中，我們將評價(jià)形式分為課內、課外兩大部分，分別包含基本任務(wù)和選做任務(wù)兩類(lèi)，具體見(jiàn)表1。表 1 彈性評價(jià)機制參考指標考核類(lèi)別評價(jià)形式課內(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(kāi)卷考試(60%);(2)期末ACM類(lèi)題目測試(40%)(1)日常在線(xiàn)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、討論(20%)圖4 程序設計基礎課程教學(xué)內容劃分我們將課內學(xué)習與課外學(xué)習比重劃分為 7：3。課內、課外均包含基本任務(wù)和選做任務(wù)�；九c選做的比例為 6：4。選作任務(wù)的比重比傳統考核方式大，表明鼓勵學(xué)生進(jìn)行課外的、選做的任務(wù)。
另外，表 1 還對各項任務(wù)內的具體評價(jià)指標進(jìn)行了權重設置。例如，某學(xué)生參加了課內評價(jià)，完成了期末閉卷考試，卷面成績(jì)?yōu)?85 分;完成了期末上機考試，上級成績(jì)?yōu)?80 分。其課內基本任務(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(kāi)卷考試，卷面成績(jì)?yōu)?0 分;參加了期末 ACM 類(lèi)題目測試，成績(jì)?yōu)?68分。其課內選作任務(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(shí)參加了課外評價(jià)，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(xiàn)測試，得分為 60 分;參加日常搜集、整理資料，得分為 66 分;沒(méi)有參加競賽以及團隊學(xué)習、討論，無(wú)成績(jì)。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(jì)=A+B+C+D=73.1。表 1 所示的權重及指標是我們在課程教學(xué)中的一種設計，但考核指標的劃分也不宜過(guò)細，不能限制學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。因此，對各門(mén)課程的具體考核指標及權重，應結合教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行討論和設置�？傮w來(lái)看，指標與權重設置時(shí)應傾向于整體能力均衡，注意適度降低期末卷面考試的權重，提高實(shí)踐環(huán)節比重，體現理工科專(zhuān)業(yè)強調理論與實(shí)踐并重的原則。
另外，通過(guò)權重設置，教師應鼓勵設計多種類(lèi)型的課外選做任務(wù)，使學(xué)生在球狀模型的各個(gè)緩沖層上，嘗試參與各種擴展任務(wù)，以獲得較高的學(xué)習評價(jià)。
4結語(yǔ)
上述關(guān)于球狀教學(xué)模型的描述，是結合程序設計系列課程的教學(xué)實(shí)踐提出的，通過(guò)在實(shí)踐中逐步運用，取得了良好的教學(xué)效果。近年來(lái)，學(xué)校計算機類(lèi)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(lèi)學(xué)科競賽和評測，均取得了優(yōu)異的成績(jì)。同時(shí)，參與學(xué)生面逐年擴大，涉及的應用領(lǐng)域日趨多樣化，表明了球狀模型在實(shí)踐中的有效性。當然，一種教學(xué)模型的規劃與實(shí)踐，需要不斷地摸索和改進(jìn)。在球狀模型中，如何有效地監控緩沖層的學(xué)習質(zhì)量，任課教師如何在緩沖層上展開(kāi)更全面、有益的指導，仍是需要進(jìn)一步探索和解決的問(wèn)題。
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