王占剛

【摘要】Visual C++程序設計已經(jīng)成為理工科學生的重要課程之一。探討了地球物理專業(yè)該課程的教學問題，提出了基于建構主義的教學模式，該教學模式既發(fā)揮教師主導作用，又能充分推動學生學習的主觀能動性。基于該教學模式，學生不但可以掌握比較熟練的實際程序設計能力，而且可以學到更多的專業(yè)知識。通過實際教學驗證取得了一定成效。

【關鍵詞】Visual C++ 建構主義 教學模式 地球物理

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）08-0248-03

1.引言

Visual C++（以下簡稱VC）是C++面向對象語言的一個主流集成開發(fā)工具，同時也已成為一種重要的程序設計語言。根據(jù)其提供的豐富開發(fā)庫和代碼管理、資源編輯等可視化功能，可以快速構建出一套專業(yè)應用的計算機軟件?！禫isual C++程序設計》是非計算機類理工科專業(yè)一門比較重要的課程，其目的是培養(yǎng)學生利用先進計算機手段解決和驗證專業(yè)領域的問題。然而實際教學中，VC課程往往采用計算機專業(yè)教學特點，與專業(yè)結合較少，一方面影響了學生對課程的興趣和教學效果，另一方面學生也無法體會該課程在其專業(yè)教學體系中的作用。

同時，VC是一門理論和實踐設計并重的課程，作為非計算機專業(yè)的課程教學，如何結合專業(yè)進行教學模式改革是任課教師需要思考的一個重要問題。本文結合所教地球物理專業(yè)VC程序設計，探討教學模式，也希望對其他專業(yè)有借鑒作用。

2.地球物理專業(yè)VC課程教學的現(xiàn)狀與問題

2.1專業(yè)特點

地球物理專業(yè)教學目標之一是培養(yǎng)學生具有較強的地球物理信息現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和解釋的實踐能力。因此，中國礦業(yè)大學（北京）在制定該專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系建設中非常重視數(shù)理基礎和計算機水平。這也使得該專業(yè)學生相對具有扎實的數(shù)理基礎和計算機水平。

VC課程是該專業(yè)學生的第三門計算機類課程，也是繼《C語言程序設計》課程之后又一重要的程序設計課程，共計32學時，上機10個學時。這門課程安排在大二下學期，學生對計算機知識和簡單程序設計已經(jīng)有了一定認識，也對地球物理主要原理進行了學習，對專業(yè)知識有了初步的掌握。因此，VC課程所面對的學生已不是基礎知識教學階段，而是到了提高專業(yè)技能、掌握和初步應用專業(yè)知識的階段?；诖耍琕C課程的目標應是通過學習C++面向對象程序設計理論方法，掌握利用VC++實現(xiàn)解決專業(yè)問題的初步能力。這要求任課教師有意識地結合專業(yè)來進行課程教學設計，幫助學生進行整個知識體系的串接。

2.2 現(xiàn)有教學模式與問題

教學模式是指教師、學生、教學內(nèi)容和教學媒體四元素在教學過程中相互聯(lián)系、相互作用所形成穩(wěn)定的結構形式[1]?，F(xiàn)在大學教育模式主要采用以教師為中心的教學模式。這種教學模式建立在“傳遞-接受”教學理論和行為主義的“刺激—反應”學習理論基礎之上，教師利用講解、板書和各種媒體作為教學的手段和方法向學生傳授知識，學生則被動地接受教師傳授的知識。在這種模式中，教師是主動的施教者，學生是外界刺激的被動接受者、知識灌輸?shù)膶ο?；教材是教師向學生灌輸?shù)膬?nèi)容；教學媒體則是教師向學生灌輸?shù)姆椒?、手段。教師、學生、教材四要素各自的作用清楚， 彼此之間的關系明確。

然而， 以教師為中心的教學模式用于VC課程教學往往出現(xiàn)如下問題：

一是教學方法方面，由于課時有限，教師要在規(guī)定的課時內(nèi)完成教學計劃，在課堂基本上都是“滿堂灌”，教師是教學的主體，學生在被動地接受。師生互動也很少，課堂氛圍沉悶，學生的學習興趣不高，缺少自主性和積極性，聽課效率不好。以教師為主體的教學方法也造成了學生對教師和教材的依賴性，知識僅僅限于教材規(guī)定范圍，稍有超出，學生就產(chǎn)生畏難情緒，不會主動查找資料和借閱書籍，很難達到培養(yǎng)學生個人能力的目標，教學效果不顯著。

二是理論教學方面，VC課程兼顧C++面向對象程序設計、Visual C++集成開發(fā)環(huán)境、MFC以及圖形、數(shù)據(jù)庫開發(fā)等內(nèi)容，知識覆蓋面廣、理論概念多、內(nèi)容繁雜。教師的教學內(nèi)容如果局限于教材的純粹語法講解，概念枯燥抽象，很容易導致學生學習興趣下降。

三是課程實踐嚴重不足，本門課程的實踐性和應用性非常強，對于大多學生來說，許多知識只有通過實踐教學才能真正的理解。但是，由于實踐時間、教學方式等限制對實踐教學環(huán)節(jié)的重視不夠，導致學生在實踐環(huán)節(jié)都是以抄寫程序進行實際操作練習，針對實際問題往往束手無策，不會變通，也缺少團隊項目的訓練，導致溝通能力較弱，團隊合作意識不強。因此，必須考慮課程教學中實踐環(huán)節(jié)的教學方式改革，尤其在當今大力提倡素質教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，為國家培養(yǎng)合格的人才目標的教學理念下，必須重視實踐教學的作用，改進教學內(nèi)容，把實踐教學放到和理論教學同等的地位。

四是專業(yè)性特點不強，地球物理專業(yè)學生和計算機專業(yè)學生在課程設置和教學方式上差別很大，學生在學習知識的時候已經(jīng)有意識的和自己專業(yè)進行結合和思考。盡管教師反復強調(diào)本課程在后續(xù)課程學習以及今后實際工作中的重要性。但是，教學內(nèi)容和專業(yè)知識聯(lián)系不緊密，再加上課程知識點多和初學程序調(diào)試中的種種問題，許多學生反映一些學到的計算機知識和實踐內(nèi)容在后續(xù)的學習和工作中無法具體實施。學生僅僅為了應付考試，對理論方法進行死記硬背，忽視對自己動手能力的培養(yǎng)，從而使學生處于被動接受的地位，無法發(fā)揮學生的主動性。

3.基于建構主義的教學模式改革

3.1建構主義理論

建構主義（constructivism）也譯作結構主義，其最早提出者可追溯至瑞士的皮亞杰（J.Piaget）[2，3]。建構主義認為：知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定情境即社會文化背景下，借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲取的[4]。在整個教學過程中，教師起組織者、倡導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協(xié)作、會話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造精神，最終達到使學生有效地實現(xiàn)對當前所學知識的意義建構的目的。在這種模式中，要求既發(fā)揮教師的主導作用，但并不是像“教師中心模式”中那樣發(fā)揮“主宰”作用，又要充分體現(xiàn)學生的認知主體作用。這就要求在基本保留“傳遞—接受”教學活動進程的條件下，要對這種“進程”加以認真的改造，在此進程中讓學生更多地去主動思考、主動探索、主動發(fā)現(xiàn)。教學進程中，教師有時處于中心地位，以便起主導作用，但并非自始至終；學生有時處于接受學習狀態(tài)，但更多的時候是在教師幫助下進行主動思考與探索；教學媒體有時作為輔助教學的工具，有時作為學生自主學習的認知工具；教材要素也各自有不同的作用，彼此之間有不同的聯(lián)系。

3.2 四要素的重新認識

基于建構主義的教學模式對教師和學生都提出了更高的要求，已經(jīng)不同于基本的“傳遞—接受”VC課程教學活動，而是更加符合該階段學生特點的教學活動，是對學生進行實踐能力培養(yǎng)的新方法。在該理論的框架下，VC教學四要素需要進行重新認識。

（1）教師是不僅僅要備好課，上好課，更重要的是承擔整個教學過程的組織者、指導者和促進者。這就要求任課教師一方面對繁雜的VC課程內(nèi)容進行梳理、優(yōu)化，以最主要的核心內(nèi)容和基本方法、基本操作進行課程教學，將過于技術和操作復雜的內(nèi)容留在實踐教學，讓學生主動思考和操作。另一方面要跳出課程教學，利用各種資源為學生創(chuàng)建學習和實踐的環(huán)境。

比如，VC++的調(diào)試內(nèi)容和錯誤處理，給學生講解是枯燥的，也是很難理解的。但是，VC調(diào)試錯誤類型很多，學生剛開始接觸也很害怕錯誤出現(xiàn)，此時教師一方面要教給學生查看錯誤的基本方法，另一方面教師需要對錯誤按類型進行歸類，形成一個錯誤對照表，便于學生分析錯誤的原因。學生很容易接受主動查找方式，老師也不會疲于為學生講解而煩累。而且，這種方式促進了學生之間的學習交流，掌握快的同學可以幫助慢的同學，達到互助教學、協(xié)同學習的目的，發(fā)揮了學生的主觀性、并提高了其學習積極性。

（2）學生的學習是以興趣為導向的，尤其當今大學生對知識有很強的主動建構意識。因此，利用學生這個特點，一方面要為學生提供快速獲取知識的媒介，比如學習資源。目前大學生上網(wǎng)或者手機閱讀已成為日常生活的一部分，可以讓學生自己主動參與一些VC的學習網(wǎng)站和社區(qū)，比如VC知識庫、MSDN等。另一方面，學生有對專業(yè)學習的認識和思考，希望所學課程能對其專業(yè)學習有所幫助，學生經(jīng)常主動將VC和地球物理其他專業(yè)課程的內(nèi)容進行聯(lián)系，試圖分析解決一些地球物理現(xiàn)象，加強對地球物理知識的理解。所以，教師的教學內(nèi)容應與學生的學習特點進行聯(lián)系，需要與專業(yè)知識進行結合。

（3）教材應回歸工具參考書的作用，教師引導學生重點地選擇一到兩本教材，所涉及的知識可能是教師傳授的內(nèi)容也可能是擴展性的知識，讓學生自己有主動選擇參考書和資料的過程。目前來說，適合本專業(yè)的VC教材是沒有的，教師應該給學生說明原因和教材選擇的方法，學生根據(jù)自己對認識的理解選擇教材或者查閱資料。

（4）媒體也不僅僅是幫助教師傳授知識的手段、方法，還可以用來創(chuàng)設情境、進行協(xié)作學習和交流，作為學生主動學習、協(xié)作式探索的認知工具。課件、網(wǎng)絡通信工具（MSN，QQ，微博，微信）等都可以用來學習和互動交流，延伸了傳統(tǒng)課堂。

顯然，在這種教育模式下，突出了VC課程對學生的能力培養(yǎng)和專業(yè)教育，教師、學生、教材和媒體等四要素與傳統(tǒng)教學相比，教與學不是獨立的，而是必須成為一個有機的整體才能夠實現(xiàn)，這對教學過程的實施提出了更高的要求。

3.3 教學過程實施

根據(jù)采用基于建構主義的教學模式授課實施方式，可以將主要方法總結如下：

（1）優(yōu)化課程內(nèi)容

VC課程內(nèi)容多，學時非常有限，合理安排課程內(nèi)容是實現(xiàn)建構主義教學模式的前提。VC課程主要涉及的講述內(nèi)容包括C++面向對象程序設計、VC集成開發(fā)環(huán)境和MFC界面開發(fā)，數(shù)據(jù)庫和圖形開發(fā)等，針對地球物理專業(yè)對程序設計的要求，課程主要目標可以定為掌握C++面向對象程序設計基礎理論、掌握VC集成開發(fā)環(huán)境、熟練應用簡單MFC界面開發(fā)（View/Document/Frame結構的單文檔和多文檔框架、菜單、工具欄、對話框）、掌握基本圖形繪制，了解數(shù)據(jù)庫開發(fā)。課程內(nèi)容安排上以“重視基礎，培養(yǎng)技能，專業(yè)結合”為遵旨，將面向對象程序設計基礎理論講述為重點，VC集成開發(fā)和調(diào)試環(huán)境操作為實踐手段，重視與專業(yè)結合緊密相關內(nèi)容的講解，比如地球物理數(shù)據(jù)分析中，圖形繪制是必需內(nèi)容，適當安排課程章節(jié)，而數(shù)據(jù)庫開發(fā)對于地球物理專業(yè)應用較少，可以弱化或者不講解。

（2）強調(diào)VC課程整體知識體系的建構

基于建構主義的教學模式最主要是發(fā)揮學生的主觀能動性。優(yōu)化好課程內(nèi)容后，對于教學方法也需要進行調(diào)整，不能按傳統(tǒng)教學模式，按章節(jié)講解。而是根據(jù)VC課程的特點，使學生能夠進行整體到局部的知識建構。這里主要針對課程核心內(nèi)容C++面向對象程序設計部分為例進行說明。

C++面向對象程序設計的理論部分是整個程序設計的基礎，掌握這些基本理論和方法對于分析任何VC++程序都是有幫助的。

譚浩強老師[5]編寫的《C++面向對象程序設計》一書已經(jīng)強調(diào)了先講述C++語言整體特點，然后再分章節(jié)講述各個部分。但是由于C++面向對象程序比起C語言等結構化程序設計語言的理論和概念更多，學生在學習中還是把握不住核心。所以，從整體到局部進行知識體系建構必須梳理出比較清晰、簡潔的層次關系。

面向對象程序設計語言最核心特征是抽象封裝、繼承和多態(tài)，所有內(nèi)容是圍繞這三個關鍵特征進行展開，而C++語言是圍繞這三個主要特點進行具體規(guī)則的編碼語言。根據(jù)這三個特點進行面向對象程序設計教學內(nèi)容的層次化構建如圖1所示。

這個知識結構的構建不僅對老師優(yōu)化備課有幫助，也對學生課前預習、進行整體知識建構有幫助。在課堂講解時，將這個層次結構不斷進行重復，幫助學生進行知識體系建構，同時鼓勵學生按這些關鍵字進行教材的快速閱讀和反復閱讀。學生對整個知識體系有所了解后，查閱任何類似書籍都可以幫助加深面向對象程序設計的學習和實踐。

（3）利用信息技術有效開辟第二課堂

這是對教材和媒體要素的具體延伸。主要是利用各種信息技術來支持學生“學”。為了支持學生主動探索VC相關內(nèi)容，為學生提供了各種信息資源，其中包括各種類型的教學媒體、教學資料和網(wǎng)絡資源。但是。VC教學中有一個問題是必須面對的，即每一個程序初學者在進行程序的調(diào)試過程中，面對大量的錯誤不會分析、調(diào)試、往往造成灰心厭學。針對這個問題，現(xiàn)在的即時通訊工具比如QQ能為該問題提供有效的解決手段，為教師和學生之間提供了互動平臺，學生的主動性也能夠進行發(fā)揮。

主要方法是：

①構建一個QQ群，鼓勵學生在上面進行學習經(jīng)驗交流和討論，教師進行引導和一些問題的回答。教師對一些常見問題，比如重要知識點和調(diào)試問題進行整理歸檔，共享在群資料庫內(nèi)，學生也可以將自己的學習心得和一些有用資料共享在資料庫內(nèi)。

②針對初學者的調(diào)試問題（這里主要指實驗課外的練習），可以利用QQ遠程協(xié)助工具，幫助學生進行在線的錯誤查找和調(diào)試演示。隨著學生調(diào)試方法的掌握和程序的正確執(zhí)行，學生學習的信心和興趣會逐步增強，而且會根據(jù)自己的想法加入更多的變化，帶動了創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

（4）充分重視實踐教學中的課題選擇和管理

1）課題選擇

VC課程是實踐性強但又相對枯燥的一門課程。如果只是編寫幾個簡單的驗證程序，程序之間也缺少聯(lián)系，那么學生的學習積極性也無法提高，同時也很容易使學生產(chǎn)生課程學習與地球物理專業(yè)無關的想法。因此，實踐教學中的課題選擇和管理是非常重要的，既影響著學生學習興趣，又對教學內(nèi)容和課程教學起到優(yōu)化作用。本課程課題選擇堅持如下幾個原則：

第一、實踐課題應當與教學大綱的要求相一致，使用教學中的基本內(nèi)容，難易程度應當在本年度教學計劃規(guī)定的要求之內(nèi)。

第二、課題應當有明確的評價標準，明確的評價標準使學生有了設計目標和努力的方向。評價標準要實事求是、難度恰當，符合程序設計的基本精神和本質內(nèi)涵，評價標準應當是對學生的實踐結果明確地、全方位地考察。有了評價標準，學生在程序設計過程中可以隨時調(diào)整其實現(xiàn)方向，以務實的態(tài)度面對程序設計。

第三、課題設計具有明顯的專業(yè)特點和可操作性，能夠與學生已經(jīng)學習的地球物理專業(yè)知識結合起來。

第四、課題具有明顯的程序模塊劃分特點，可以通過成立實踐小組，通過學生之間協(xié)作共同學習完成課題內(nèi)容。

根據(jù)以上原則，從學生已經(jīng)開設的專業(yè)課程中挑選一些題目進行實踐，比如從《地震勘探原理》挑選了題目：簡單水平層地震波射線追蹤正演模擬。該課題主要利用幾何地震學原理，演示和分析波在簡單層狀介質中的傳播情況，進行數(shù)據(jù)采集和解釋，如圖2。

課題的實現(xiàn)核心是利用VC圖形繪制方法描述出觀測系統(tǒng)，然后利用地震學反射原理計算波從炮點和檢波點之間路程，得出傳播時間，最后繪制出波形結果即可。該課題既運用了本課程編程知識，又展示了反射波地震勘探數(shù)據(jù)采集的基本過程。課題給出了明確的評分標準，如表1。

2）過程管理與結果陳述

為了使學生順利完成實踐課題內(nèi)容，首先要重視過程管理。一是課程內(nèi)容和實驗過程中，圍繞課題實現(xiàn)進行課程內(nèi)容的講解，讓學生提前進行狀態(tài)。比如，上機實驗中可以將課題中一些內(nèi)容作為練習題目，比如繪制水平地層結構和觀測系統(tǒng)，就可以練習畫線、三角形和圓形以及顏色設置，然后集成在一起成為一個完整的觀測系統(tǒng)。二是過程中，讓學生定期的反饋進度和遇到問題，及時解決。

最后，做好結果陳述，這是課題練習的最后一個階段，但也是至關重要的內(nèi)容之一。陳述的過程就是要求學生在程序設計全部完成后，把自己對問題的處理方法、設計構想、過程及結果在幾分鐘內(nèi)表達清楚，然后由教師提問，陳述者回答問題，最后再由教師指出程序的可取之處、存在的問題以及解決方向。結果陳述的意義如下：第一，學生感覺自己的勞動成果受到尊重，產(chǎn)生自豪感和學習動力；第二，培養(yǎng)了學生的口述表達能力、自信心及組織能力；第三，陳述可以避免教師評分過于主觀的傾向，陳述中提問可以發(fā)現(xiàn)學生協(xié)作中的問題以及團隊內(nèi)成員的工作量，對于“偷懶”學生進行懲戒。

3.4 教學效果評估

在2012-2013學年，在對2010級地球物理本科生的VC課程教學中采用了該教學模式，學生學習興趣高，課間和課后與教師互動多，尤其實踐課題學生參與積極性高，完成情況很好。課程考核方式為理論考試（閉卷）、平時成績和實踐成績相結合，綜合考試結果為：學生共33人，其中不及格的0人，60—69分的5人，70—79的10人，80—89的13人，90分以上5人，取得了較好的效果。

4.結束語

VC是一門理論和實踐設計并重的課程，本文針對當前非計算機類專業(yè)該課程教學中的問題，結合地球物理專業(yè)探討了基于建構主義的教學模式。該教學模式既發(fā)揮教師主導作用，又能充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性作用，學生不但可以學到更多的專業(yè)知識，而且可以掌握比較熟練的實際操作能力。該教學方法與培養(yǎng)掌握專業(yè)理論技能和具有較強綜合能力復合型人才的目標一致，使學生可以在以后工作中具有較強的競爭實力。同時，本文所探討教學模式，對其他專業(yè)也具有借鑒作用。

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