一種球狀教學(xué)模型規(guī)劃和實(shí)踐論文
1背景
程序設(shè)計(jì)系列課程是普通高校計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，一般包括程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等。該系列課程講授程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象能力[1]，加強(qiáng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)修養(yǎng)[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(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?lèi)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)起到良好的示范性。傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)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(jì)算任務(wù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，學(xué)生應(yīng)該對(duì)問(wèn)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(rèn)知和理解，這對(duì)程序設(shè)計(jì)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(jì)語(yǔ)言為綱，教學(xué)內(nèi)容組織一般是線(xiàn)性的，如圖1所示。線(xiàn)性結(jié)構(gòu)教學(xué)強(qiáng)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(duì)前修內(nèi)容的反饋。學(xué)完該課程后，學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)零散，缺乏系統(tǒng)性。實(shí)踐中常常發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行后續(xù)練習(xí)時(shí)，相關(guān)練習(xí)在前修內(nèi)容中較少或沒(méi)有涉及。例如，編寫(xiě)菜單系統(tǒng)時(shí)，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(jìn)一步應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生“為什么要做這個(gè)練習(xí)”的疑問(wèn)�？梢�(jiàn)，雖然理論知識(shí)是連貫的，但從實(shí)踐的角度來(lái)看，前后內(nèi)容出現(xiàn)了一定程度的錯(cuò)位和脫節(jié)，前修內(nèi)容對(duì)后續(xù)內(nèi)容的支撐不夠，后續(xù)內(nèi)容也沒(méi)有對(duì)前修內(nèi)容進(jìn)行反饋，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)目的性不強(qiáng)，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(gè)多層疊加的閉合系基金項(xiàng)目：2014 年重慶市研究生教育教學(xué)改革項(xiàng)目(yjg143011)。第一統(tǒng)：基礎(chǔ)層為核心，進(jìn)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(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(yàn)為支撐。每一層外的緩沖層是實(shí)驗(yàn)層的擴(kuò)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(tǒng)模型相比，球狀模型是閉合模型，它強(qiáng)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(jìn)一步應(yīng)用。例如，在程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中，基礎(chǔ)層有如下實(shí)驗(yàn)題目：在程序設(shè)計(jì)系列課程中，我們將各層實(shí)驗(yàn)劃分為驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性三類(lèi)。緩沖層則選用各類(lèi)競(jìng)賽和評(píng)測(cè)題目，伴隨多樣化的學(xué)習(xí)形式進(jìn)行訓(xùn)練，屬于擴(kuò)展性練習(xí)。在實(shí)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(shí)驗(yàn)層的補(bǔ)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(shí)驗(yàn)涵蓋內(nèi)層的全部?jī)?nèi)容，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展。這種閉合性有利于教師組織教學(xué)，從基礎(chǔ)層開(kāi)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(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。
(2)彈性。球狀模型中，理論層和實(shí)驗(yàn)層是必選內(nèi)容，緩沖層是實(shí)驗(yàn)層的擴(kuò)展，它提供各類(lèi)選做任務(wù)，屬于擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)內(nèi)容、完成方式、考核方式均是多樣化的。從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容看，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用北大等Open Judge 系統(tǒng)、參加 ACM 程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、參與CCF中文信息評(píng)測(cè)、參與BigData相關(guān)的各類(lèi)競(jìng)賽等。緩沖層的內(nèi)容比綜合性實(shí)驗(yàn)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(dú)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(jìn)行。由于各類(lèi)競(jìng)賽都具有一定的難度，通常需要教開(kāi)展一定的'指導(dǎo)、答疑活動(dòng)。另外，還應(yīng)與高年級(jí)同學(xué)組成學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)方法和合作意識(shí)。在我們的教學(xué)實(shí)踐中，梯隊(duì)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�？梢�(jiàn)，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(shí)結(jié)構(gòu)更全面，具備抗擠壓能力，在面臨進(jìn)一步的學(xué)習(xí)壓力時(shí)能靈活應(yīng)對(duì)。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(gè)性化發(fā)展提供了空間。
(3)后向反饋性。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的知識(shí)點(diǎn)繁多，理論性強(qiáng)，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(lái)自應(yīng)用層的實(shí)踐壓力增大，使累積在內(nèi)層的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。例如，在應(yīng)用層操作復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型，如指針、結(jié)構(gòu)體數(shù)組時(shí)，常常對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型操作失誤，這是由于在基礎(chǔ)層對(duì)變量及數(shù)據(jù)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(zhí)行過(guò)程，這是因?yàn)閷?duì)函數(shù)嵌套的執(zhí)行過(guò)程理解不深入。球狀模型對(duì)知識(shí)進(jìn)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(wèn)題時(shí)，容易快速定位問(wèn)題所處的內(nèi)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(nèi)容為體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的層次性，應(yīng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)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(shí)的實(shí)踐技能為目標(biāo)。進(jìn)階層是課程內(nèi)容的主體，是應(yīng)用層的支撐。程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的目標(biāo)之一是培養(yǎng)計(jì)算思維能力，良好的計(jì)算思維能力依賴(lài)于深入地認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理。基于此，我們認(rèn)為語(yǔ)法必須作為課程的內(nèi)核，是后續(xù)課程的基礎(chǔ);進(jìn)階層解決程序結(jié)構(gòu)的問(wèn)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(lèi)型為主。由此，我們將程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)劃分為如圖 4 所示的層次。
3.2 建立彈性評(píng)價(jià)機(jī)制為配合緩沖層的實(shí)施，需要設(shè)置彈性的評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法。
彈性評(píng)價(jià)機(jī)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(jì)基礎(chǔ)課程中，我們將評(píng)價(jià)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(lèi)，具體見(jiàn)表1。表 1 彈性評(píng)價(jià)機(jī)制參考指標(biāo)考核類(lèi)別評(píng)價(jià)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(jī)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(cè)試(40%)(1)日常在線(xiàn)測(cè)試(40%);(2)參加競(jìng)賽(20%);(3)日常搜集、整理資料(20%);(4)團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、討論(20%)圖4 程序設(shè)計(jì)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(lì)學(xué)生進(jìn)行課外的、選做的任務(wù)。
另外，表 1 還對(duì)各項(xiàng)任務(wù)內(nèi)的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了權(quán)重設(shè)置。例如，某學(xué)生參加了課內(nèi)評(píng)價(jià)，完成了期末閉卷考試，卷面成績(jī)?yōu)?85 分;完成了期末上機(jī)考試，上級(jí)成績(jī)?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(kāi)卷考試，卷面成績(jī)?yōu)?0 分;參加了期末 ACM 類(lèi)題目測(cè)試，成績(jī)?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(shí)參加了課外評(píng)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(cè)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(jìng)賽以及團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、討論，無(wú)成績(jī)。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(jī)=A+B+C+D=73.1。表 1 所示的權(quán)重及指標(biāo)是我們?cè)谡n程教學(xué)中的一種設(shè)計(jì)，但考核指標(biāo)的劃分也不宜過(guò)細(xì)，不能限制學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。因此，對(duì)各門(mén)課程的具體考核指標(biāo)及權(quán)重，應(yīng)結(jié)合教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行討論和設(shè)置�？傮w來(lái)看，指標(biāo)與權(quán)重設(shè)置時(shí)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(shí)踐環(huán)節(jié)比重，體現(xiàn)理工科專(zhuān)業(yè)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重的原則。
另外，通過(guò)權(quán)重設(shè)置，教師應(yīng)鼓勵(lì)設(shè)計(jì)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(kuò)展任務(wù)，以獲得較高的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。
4結(jié)語(yǔ)
上述關(guān)于球狀教學(xué)模型的描述，是結(jié)合程序設(shè)計(jì)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(yùn)用，取得了良好的教學(xué)效果。近年來(lái)，學(xué)校計(jì)算機(jī)類(lèi)本科學(xué)生廣泛參與 ACM 競(jìng)賽、CCF中文信息評(píng)測(cè)、中國(guó) BigData 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽和評(píng)測(cè)，均取得了優(yōu)異的成績(jī)。同時(shí)，參與學(xué)生面逐年擴(kuò)大，涉及的應(yīng)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(dāng)然，一種教學(xué)模型的規(guī)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(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(kāi)更全面、有益的指導(dǎo)，仍是需要進(jìn)一步探索和解決的問(wèn)題。
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