一種球狀教學模型規劃和實踐論文
1背景
程序設計系列課程是普通高校計算機類專業的基礎課，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，注重培養學生的邏輯思維和抽象能力[1]，加強學生的專業修養[2]，具有普通高校理工科專業課程的典型特征。通過系統、深入地研究該系列課程的教學模式、教學方法，能夠對其他各類專業課程的教學起到良好的示范性。傳統的程序設計教學主要關注編程技能、調試技能以及算法分析技能。目前，隨著大規模數據計算任務的快速發展和應用，學生應該對問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。傳統教學模式以程序設計語言為綱，教學內容組織一般是線性的，如圖1所示。線性結構教學強調教學的流暢性以及前修與后續內容的銜接，但較少關注后續內容對前修內容的反饋。學完該課程后，學生掌握的知識點零散，缺乏系統性。實踐中常常發現，當進行后續練習時，相關練習在前修內容中較少或沒有涉及。例如，編寫菜單系統時，發現之前從未涉及與菜單相關的操作。另外，前修內容在后續內容中較少得到進一步應用，導致學生產生“為什么要做這個練習”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，后續內容也沒有對前修內容進行反饋，從而導致學生的學習目的性不強，難以激發學習熱情。
2 球狀教學模型規劃
球狀教學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改革項目(yjg143011)。第一統：基礎層為核心，進階層為主體，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模型具有如下特點。
(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，并得到進一步應用。例如，在程序設計基礎課程中，基礎層有如下實驗題目：在程序設計系列課程中，我們將各層實驗劃分為驗證性、設計性、綜合性三類。緩沖層則選用各類競賽和評測題目，伴隨多樣化的學習形式進行訓練，屬于擴展性練習。在實踐中，將緩沖層設定為選做任務，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，并逐步加深應用，使外層的實驗涵蓋內層的全部內容，并以此為基礎進行擴展。這種閉合性有利于教師組織教學，從基礎層開始逐步引導、激發學生的學習興趣和熱情，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容，緩沖層是實驗層的擴展，它提供各類選做任務，屬于擴展性實驗。緩沖層使球狀模型具有一定的彈性，這體現在緩沖層的實驗內容、完成方式、考核方式均是多樣化的。從實驗內容看，其實驗內容使用北大等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相關的各類競賽等。緩沖層的內容比綜合性實驗具有更大的深廣度，超出教材及教學范圍，需要學生在課外搜集、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、答疑活動。另外，還應與高年級同學組成學習團隊，培養良好的學習方法和合作意識。在我們的教學實踐中，梯隊結構具有良好的可持續性，一旦形成，可使學習氛圍保持良性發展。可見，緩沖層豐富了學習形式，有利于培養學生的綜合能力，令學生的知識結構更全面，具備抗擠壓能力，在面臨進一步的學習壓力時能靈活應對。另外，由于緩沖層的考核方式多樣，可能使學生的綜合能力發展不均衡，在各種壓力面前的表現不一，因此，緩沖層也為個性化發展提供了空間。
(3)后向反饋性。專業基礎課的知識點繁多，理論性強，難以被快速掌握。隨著學習的深入，應用逐漸變得復雜多樣，來自應用層的實踐壓力增大，使累積在內層的問題逐漸顯現。例如，在應用層操作復雜數據類型，如指針、結構體數組時，常常對簡單數據類型操作失誤，這是由于在基礎層對變量及數據類型的理解不夠清楚;有些學生處理遞歸問題時，難以控制遞歸的執行過程，這是因為對函數嵌套的執行過程理解不深入。球狀模型對知識進行分層，且后續內容完全覆蓋前修內容，銜接緊密。因此，當外層出現問題時，容易快速定位問題所處的內部層次，便于學生進行自我審視和自我完善。
3 球狀模型的關鍵點
3.1 合理分割教學內容為體現教學內容的層次性，應對教學內容進行合理的規劃和分割。
其中，基礎層是后續教學的基礎，以建立理論基礎和培養扎實的實踐技能為目標。進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于深入地認識計算機系統的工作原理。基于此，我們認為語法必須作為課程的內核，是后續課程的基礎;進階層解決程序結構的問題，包括順序、選擇、循環、函數四大模塊;應用層則以復雜數據類型為主。由此，我們將程序設計基礎劃分為如圖 4 所示的層次。
3.2 建立彈性評價機制為配合緩沖層的實施，需要設置彈性的評價指標及方法。
彈性評價機制是指課程考核的形式多樣，包含基本指標和選做指標。在程序設計基礎課程中，我們將評價形式分為課內、課外兩大部分，分別包含基本任務和選做任務兩類，具體見表1。表 1 彈性評價機制參考指標考核類別評價形式課內(70%) 課外(30%)基本任務(60%)(1)期末閉卷考試(60%);(2)期末上機考試(40%)(1)日常作業(100%)選作任務(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)團隊學習、討論(20%)圖4 程序設計基礎課程教學內容劃分我們將課內學習與課外學習比重劃分為 7：3。課內、課外均包含基本任務和選做任務。基本與選做的比例為 6：4。選作任務的比重比傳統考核方式大，表明鼓勵學生進行課外的、選做的任務。
另外，表 1 還對各項任務內的具體評價指標進行了權重設置。例如，某學生參加了課內評價，完成了期末閉卷考試，卷面成績為 85 分;完成了期末上機考試，上級成績為 80 分。其課內基本任務的最終得分 A 為 1×0.7×0.6×85×0.6+1×0.7×0.6×80×0.4，記 34.86 分。該學生還參加了期末開卷考試，卷面成績為70 分;參加了期末 ACM 類題目測試，成績為 68分。其課內選作任務的最終得分B為1×0.7×0.4×70×0.6+1×0.7×0.4×68×0.4，記19.38分。該學生同時參加了課外評價，完成了日常作業，得分為 80 分，則其課外基本任務的最終得分C為1×0.3×0.6×80，記14.4分。該學生還參加了課外選作任務的日常在線測試，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習、討論，無成績。其課外選作任務的最終得分 D 為1×0.3×0.4×60×0.4+1×0.3×0.4×66×0.2，記4.46 分。由此，該學生的總成績=A+B+C+D=73.1。表 1 所示的權重及指標是我們在課程教學中的一種設計，但考核指標的劃分也不宜過細，不能限制學生的個性化發展。因此，對各門課程的具體考核指標及權重，應結合教學實踐進行討論和設置。總體來看，指標與權重設置時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，提高實踐環節比重，體現理工科專業強調理論與實踐并重的原則。
另外，通過權重設置，教師應鼓勵設計多種類型的課外選做任務，使學生在球狀模型的各個緩沖層上，嘗試參與各種擴展任務，以獲得較高的學習評價。
4結語
上述關于球狀教學模型的描述，是結合程序設計系列課程的教學實踐提出的，通過在實踐中逐步運用，取得了良好的教學效果。近年來，學校計算機類本科學生廣泛參與 ACM 競賽、CCF中文信息評測、中國 BigData 創新創業大賽等各類學科競賽和評測，均取得了優異的成績。同時，參與學生面逐年擴大，涉及的應用領域日趨多樣化，表明了球狀模型在實踐中的有效性。當然，一種教學模型的規劃與實踐，需要不斷地摸索和改進。在球狀模型中，如何有效地監控緩沖層的學習質量，任課教師如何在緩沖層上展開更全面、有益的指導，仍是需要進一步探索和解決的問題。
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