汪曉妍,黃鮮萍,夏 明,胡海根
(浙江工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,浙江 杭州 310023)
隨著全球一體化的加快,我國(guó)的高等教育步入快速發(fā)展階段。由于國(guó)際影響力的增強(qiáng),越來(lái)越多的國(guó)際學(xué)生來(lái)中國(guó)接受高等教育,來(lái)華留學(xué)生教育已經(jīng)成為我國(guó)高等教育的重要組成部分和建設(shè)國(guó)際一流大學(xué)的重要基礎(chǔ)與保障[1],是教育是否開(kāi)放、學(xué)術(shù)交流能力是否活躍的重要標(biāo)志。教學(xué)工作作為留學(xué)生工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其質(zhì)量的好壞關(guān)系著我國(guó)國(guó)際聲譽(yù)的維護(hù)和留學(xué)生事業(yè)的發(fā)展。
招收國(guó)際本科留學(xué)生和培養(yǎng)來(lái)華留學(xué)生,目的是讓他們成為適應(yīng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和符合國(guó)際需求的專業(yè)人才,培養(yǎng)他們獨(dú)立解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。隨著留學(xué)生數(shù)量的增加,留學(xué)生的國(guó)別、母語(yǔ)、宗教信仰等方面存在諸多差異,同時(shí)留學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊,留學(xué)生教學(xué)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)以及教學(xué)的技巧和管理提出了很高的要求。
國(guó)際留學(xué)生計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)的根本目的是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用與編程能力[2]。然而,留學(xué)生與國(guó)內(nèi)學(xué)生在基礎(chǔ)、文化、語(yǔ)言等方面存在較大差異,現(xiàn)有的教學(xué)方式在留學(xué)生教學(xué)過(guò)程中遇到了諸多問(wèn)題,因此亟須根據(jù)留學(xué)生特點(diǎn),對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方式作針對(duì)性的改革以切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。
計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程中最重要的基礎(chǔ)課程,其目的是培養(yǎng)大學(xué)生程序設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的能力,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的思維和動(dòng)手能力。程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)課程則針對(duì)已修程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)C和C++程序設(shè)計(jì)課程的本科學(xué)生開(kāi)設(shè)。實(shí)驗(yàn)中,需綜合運(yùn)用過(guò)程化、對(duì)象化和面向?qū)ο缶幊谭椒ń鉀Q實(shí)際問(wèn)題,學(xué)習(xí)大型程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程和相關(guān)技術(shù)。然而,目前國(guó)際留學(xué)生的程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)授課過(guò)程中存在以下問(wèn)題。
(1)留學(xué)生編程基礎(chǔ)普遍薄弱,而大型實(shí)驗(yàn)綜合性實(shí)踐性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)分散、難度大。雖然留學(xué)生有先修的語(yǔ)言課程知識(shí),但是技術(shù)普遍不夠熟練,往往對(duì)于大型的程序開(kāi)發(fā)感覺(jué)無(wú)從下手。
(2)教師與留學(xué)生之間存在語(yǔ)言隔閡,而大型實(shí)驗(yàn)課程無(wú)獨(dú)立的課堂教學(xué)時(shí)間,學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)理解實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前教師一對(duì)多的教學(xué)結(jié)構(gòu)很難保證在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中對(duì)每名學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)指導(dǎo),而留學(xué)生缺乏自我分析和解決問(wèn)題能力,遇到困難往往難以自己解決,難以按期按質(zhì)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
(3)類(lèi)似于其他留學(xué)生課程,文化差異在大型實(shí)驗(yàn)課程中也有非常明顯的體現(xiàn),導(dǎo)致難以按照中國(guó)學(xué)生的授課方式進(jìn)行教學(xué)。海外留學(xué)生的基礎(chǔ)不同,文化也不同,對(duì)課程有著自己不同的意見(jiàn)和觀點(diǎn)。在不滿意課程進(jìn)度時(shí),學(xué)生往往比較散漫,缺課甚至不提交作業(yè),從而導(dǎo)致無(wú)法有效考核其實(shí)驗(yàn)完成情況。
綜上所述,以上問(wèn)題導(dǎo)致留學(xué)生在大型實(shí)驗(yàn)過(guò)程中疲于應(yīng)付,甚至產(chǎn)生厭學(xué)、教學(xué)低效等現(xiàn)象,迫切需要研究適應(yīng)于留學(xué)生教學(xué)的新理念和新方法,提升教學(xué)質(zhì)量。雖然目前已有學(xué)者對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的方法進(jìn)行了探索[2-4],但是由于留學(xué)生的特殊性,還無(wú)法很好地滿足留學(xué)生教學(xué)的需求[5]。目前對(duì)于留學(xué)生程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法還缺乏相關(guān)探討。
任務(wù)型教學(xué)法最早應(yīng)用于語(yǔ)言教學(xué)[6],追求把語(yǔ)言運(yùn)用的基本原理轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際意義的教學(xué)方式,體現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)理念[7]。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是一種擴(kuò)展意義上的語(yǔ)言,通過(guò)一套計(jì)算機(jī)能夠理解的數(shù)字、字符和語(yǔ)法規(guī)則組成的指令或語(yǔ)句,控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作。與自然語(yǔ)言學(xué)習(xí)類(lèi)似,計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)同樣需要大量的鍛煉,在實(shí)際運(yùn)用中提升對(duì)于語(yǔ)言運(yùn)用的熟練程度。為了克服留學(xué)生對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方式難以適應(yīng),導(dǎo)致程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)效果欠佳的問(wèn)題,我們提出任務(wù)模塊化教學(xué)方式。
首先,將大型的實(shí)驗(yàn)任務(wù)分解為小型的相互關(guān)聯(lián)的模塊,將實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)和難點(diǎn)提煉到各個(gè)模塊中,這樣可以避免學(xué)生突然接觸到大型問(wèn)題后無(wú)法下手的問(wèn)題;引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題分解并逐個(gè)解決模塊中的小型關(guān)鍵問(wèn)題,即使學(xué)生的編程基礎(chǔ)較差,也可以通過(guò)逐個(gè)解決各個(gè)模塊中的問(wèn)題,逐步完成整個(gè)大型實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
其次,通過(guò)大型實(shí)驗(yàn)任務(wù)的模塊化分解,教師可有針對(duì)性地對(duì)每個(gè)小型模塊的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行講解,并且通過(guò)圖形化等手段對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行形象化描述,從而有效避免語(yǔ)言隔閡對(duì)于教學(xué)效率的影響。
最后,通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分階段遞進(jìn)式地完成模塊化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,可有效避免因留學(xué)生缺課、不交作業(yè)而難以對(duì)其進(jìn)行考核的問(wèn)題;引導(dǎo)學(xué)生逐次提交模塊化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的作業(yè),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行過(guò)程化考核,降低留學(xué)生的管理難度,并有利于教師及時(shí)跟進(jìn)指導(dǎo)。
整個(gè)程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)可采用任務(wù)模塊化。首先,從項(xiàng)目的選型上選擇具有清晰模塊需求的項(xiàng)目,從設(shè)計(jì)的角度將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為模塊松耦合的組織方式;其次,將一個(gè)完整的項(xiàng)目分解成相對(duì)獨(dú)立的模塊,依據(jù)所需要的知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn),給予每個(gè)模塊相對(duì)較完整的目標(biāo)任務(wù)書(shū)和參考資料,并適度分階段給出問(wèn)題的解決思路;最后,對(duì)于部分基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生,對(duì)部分難度較高的模塊提供范例程序框架,讓學(xué)生在讀懂和理解程序框架的基礎(chǔ)上添加或修改代碼,以完成實(shí)驗(yàn)要求,并逐步引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成每一個(gè)模塊任務(wù)的開(kāi)發(fā),最終搭建成為整個(gè)系統(tǒng)。
以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)萬(wàn)年歷為例,首先將其分解為3個(gè)軟件開(kāi)發(fā)階段:設(shè)計(jì)階段、實(shí)現(xiàn)階段和測(cè)試階段,并對(duì)每個(gè)階段進(jìn)行任務(wù)模塊分解,以覆蓋需求分析與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)邏輯與算法、軟件工程這3個(gè)方面的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。設(shè)計(jì)階段的任務(wù)模塊分解在時(shí)間軸上進(jìn)行,包括需求分析、概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。該階段的任務(wù)模塊分別要求學(xué)生根據(jù)總體目標(biāo)分析軟件需求并給出具體功能,根據(jù)軟件功能設(shè)計(jì)總體框架和功能模塊,并進(jìn)一步細(xì)化所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的交互關(guān)系等;引導(dǎo)學(xué)生把現(xiàn)實(shí)的需求抽象成程序設(shè)計(jì)的語(yǔ)言,以面向?qū)ο蟮姆椒?,把需求?zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)并進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)階段的任務(wù)模塊分解則根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)給出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行,要求學(xué)生每次實(shí)現(xiàn)一個(gè)所設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)邏輯。對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生,可以提供參考程序框架,在框架內(nèi)進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)目的業(yè)務(wù)邏輯中包含對(duì)分支、循環(huán)等基本編程要素的運(yùn)用以及對(duì)常見(jiàn)的數(shù)組、鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用,從多個(gè)角度對(duì)學(xué)生編寫(xiě)具有一定算法邏輯程序的能力進(jìn)行訓(xùn)練。在程序測(cè)試階段,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)每個(gè)所完成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行黑盒或白盒測(cè)試,并對(duì)整個(gè)軟件的功能進(jìn)行集成測(cè)試。在此基礎(chǔ)上,模塊鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的程序進(jìn)行擴(kuò)展和優(yōu)化,實(shí)踐軟件工程中有關(guān)軟件生命周期的相關(guān)理論,學(xué)習(xí)如何應(yīng)對(duì)需求變更、對(duì)已有的程序項(xiàng)目進(jìn)行有效的維護(hù)、進(jìn)行代碼優(yōu)化和問(wèn)題跟蹤、進(jìn)行測(cè)試用例的設(shè)計(jì)等,以提高學(xué)生對(duì)軟件開(kāi)發(fā)流程的整體認(rèn)識(shí)。
圖1 所示為一個(gè)典型的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)與任務(wù)模塊分解示意圖,其中,前序任務(wù)模塊的結(jié)果作為后繼任務(wù)模塊的基礎(chǔ),在設(shè)計(jì)階段將整個(gè)軟件分解為Calendar、DateTime、Event等多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并在實(shí)現(xiàn)和測(cè)試階段進(jìn)行分別實(shí)現(xiàn)和測(cè)試,最后進(jìn)行集成測(cè)試。整個(gè)任務(wù)被分解成多個(gè)子任務(wù),通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生完成單個(gè)子任務(wù),并對(duì)每個(gè)子任務(wù)學(xué)生的完成情況進(jìn)行及時(shí)檢查和指導(dǎo),可以提高留學(xué)生程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)的效率和效果。
圖1 任務(wù)模塊化分解
任務(wù)模塊化的程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于分模塊進(jìn)行有效的課堂指導(dǎo),對(duì)此,可以采用支架式策略,并適當(dāng)運(yùn)用范例法開(kāi)展教學(xué)輔導(dǎo)。整個(gè)基于任務(wù)模塊化的課堂指導(dǎo)執(zhí)行流程如圖2所示。
有效的任務(wù)模塊化課堂指導(dǎo)要求根據(jù)每個(gè)任務(wù)模塊的階段目標(biāo),設(shè)計(jì)有針對(duì)性的指導(dǎo)內(nèi)容和反饋方式。在設(shè)計(jì)階段,主要提供給學(xué)生軟件工程和設(shè)計(jì)模式方面的參考資料,輔導(dǎo)時(shí)則結(jié)合典型的設(shè)計(jì)模式案例對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案作針對(duì)性指導(dǎo);在實(shí)現(xiàn)階段,主要提供給學(xué)生典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)甚至范例源代碼,輔導(dǎo)時(shí)則針對(duì)學(xué)生代碼中的錯(cuò)誤和不合理之處結(jié)合范例作針對(duì)性指導(dǎo);在測(cè)試階段,主要提供給學(xué)生軟件測(cè)試教材以及自動(dòng)化測(cè)試軟件使用說(shuō)明資料,輔導(dǎo)時(shí)則主要針對(duì)學(xué)生測(cè)試用例覆蓋完善程度和測(cè)試輸入輸出結(jié)果合理性作針對(duì)性指導(dǎo)。
分模塊進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)和輔導(dǎo)極大地增加了教師負(fù)擔(dān),為了任務(wù)模塊化的設(shè)計(jì)能夠更好地得到執(zhí)行,可對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。如果沒(méi)有將整體任務(wù)模塊化,就很難考查學(xué)生進(jìn)度并進(jìn)行有效分組,而任務(wù)模塊化由于任務(wù)模塊逐步給出并不斷考核,因此可以有效考查學(xué)生進(jìn)展,選擇進(jìn)展較快的學(xué)生作為組長(zhǎng),負(fù)擔(dān)部分指導(dǎo)組內(nèi)學(xué)生的任務(wù),從而在保證教學(xué)效果的情況下,降低教師負(fù)擔(dān)。筆者嘗試了一種在教學(xué)進(jìn)展過(guò)程中動(dòng)態(tài)分組的方法,在學(xué)期先不進(jìn)行分組,在完成1~2個(gè)任務(wù)模塊后,視進(jìn)展情況,在30人左右的班級(jí)中選擇5~6名任務(wù)模塊完成情況好的學(xué)生作為組長(zhǎng),并讓其自由選擇同學(xué)作為組員,形成5~6個(gè)小組;組長(zhǎng)負(fù)責(zé)將本組實(shí)驗(yàn)進(jìn)展和問(wèn)題向指導(dǎo)教師匯報(bào)。其次,為進(jìn)一步保證對(duì)學(xué)生的充分指導(dǎo),在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課時(shí),需要1~2名研究生助教進(jìn)行輔導(dǎo),這樣一次實(shí)驗(yàn),2個(gè)班級(jí)60人左右,分10個(gè)左右的實(shí)驗(yàn)小組,由3名教師和研究生助教指導(dǎo),基本保證了每個(gè)留學(xué)生在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中都能得到及時(shí)和足夠的提示和幫助。在具體指導(dǎo)過(guò)程中,每名教師或助教負(fù)責(zé)3~4組,而教師可以更多地關(guān)注各組組長(zhǎng),檢查其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,對(duì)組長(zhǎng)進(jìn)行提問(wèn)。每組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中碰到問(wèn)題多時(shí),由組長(zhǎng)收集向教師提出。根據(jù)問(wèn)題出現(xiàn)的頻率,教師可選擇集體解答或直接向提問(wèn)的學(xué)生解釋。
以往實(shí)驗(yàn)課考核主要根據(jù)最終的實(shí)驗(yàn)代碼和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià),這種方式很難全面反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的真實(shí)情況。引入任務(wù)模塊化有利于引入形成性評(píng)價(jià)機(jī)制,對(duì)于任務(wù)模塊進(jìn)行階段性、遞增式的考核,因此需要設(shè)計(jì)新的適應(yīng)于任務(wù)模塊化設(shè)計(jì)的考核方式。
基于任務(wù)模塊化的考核設(shè)計(jì)關(guān)鍵在針對(duì)任務(wù)模塊子目標(biāo)設(shè)計(jì)有獨(dú)立、有針對(duì)性的評(píng)價(jià)方式。教師可從兩個(gè)角度對(duì)學(xué)生完成任務(wù)模塊的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。一方面是客觀完成情況,以詳細(xì)設(shè)計(jì)為例,重點(diǎn)考查設(shè)計(jì)模式運(yùn)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)接口設(shè)計(jì)是否合理,能否實(shí)現(xiàn)概要設(shè)計(jì)階段定義的模塊功能;再如模塊實(shí)現(xiàn),重點(diǎn)考核正常和非正常邏輯是否合適處理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)運(yùn)用是否高效等。模塊測(cè)試重點(diǎn)考核是否完整測(cè)試所有正常和非正常輸入的場(chǎng)景,是否進(jìn)行了壓力測(cè)試,是否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試。另一方面,情感、動(dòng)機(jī)以及社會(huì)交互也是影響學(xué)習(xí)的極為重要的因素。因此,在進(jìn)行基于任務(wù)模塊化的考核評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)時(shí),需要考慮多種因素對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中,對(duì)于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備成績(jī),可以參照組長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告準(zhǔn)備情況、回答問(wèn)題情況等方面確定該組成員的基本成績(jī)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)通過(guò)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況、回答教師問(wèn)題情況、選做部分完成情況、有“獎(jiǎng)”類(lèi)實(shí)驗(yàn)完成情況等方面進(jìn)行評(píng)定。每個(gè)任務(wù)模塊結(jié)束前,教師根據(jù)學(xué)生情況,對(duì)每組學(xué)生給出差別成績(jī)并告知學(xué)生,學(xué)生如有不同意見(jiàn),可以及時(shí)反映,進(jìn)行修正。對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分的成績(jī),可以從實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范完整情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析情況等方面進(jìn)行評(píng)定。
如上所述,任務(wù)模塊化的引導(dǎo)式教學(xué)方式可以貫穿在整個(gè)程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,這種教學(xué)方法的引入,能夠極大提升留學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)踐和開(kāi)發(fā)的能力。
發(fā)展留學(xué)生教育教學(xué)工作,是我國(guó)教育國(guó)際化的一個(gè)重要方面和必要途徑。總結(jié)留學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),思考它所面臨的新問(wèn)題,認(rèn)真開(kāi)展留學(xué)生教育教學(xué)的研究和探索,建構(gòu)具有中國(guó)特色的國(guó)際計(jì)算機(jī)專門(mén)人才培養(yǎng)平臺(tái),具有極其重要的意義。
程序設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)對(duì)于留學(xué)生來(lái)說(shuō)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行規(guī)模化開(kāi)發(fā)的第一次實(shí)踐,知識(shí)點(diǎn)分散、難度大,對(duì)于留學(xué)生來(lái)說(shuō)尤為困難。借助任務(wù)模塊化的新教學(xué)方式,將大型實(shí)驗(yàn)完整任務(wù)依據(jù)知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)分解為多個(gè)任務(wù)模塊,并按照任務(wù)模塊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、課堂指導(dǎo)方案和考核方法,引導(dǎo)學(xué)生逐步完成大型任務(wù),既有獨(dú)立的針對(duì)性建設(shè),又結(jié)合各自需求聯(lián)合優(yōu)化,可以很好地解決留學(xué)生教學(xué)效率低、難以管理等問(wèn)題。
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