李繪卓　李郁峰　唐峻

摘要：為提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合實(shí)踐能力，提出在C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程中引入項(xiàng)目案例演變教學(xué)法。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)分層次設(shè)計(jì)可持續(xù)進(jìn)化的教學(xué)實(shí)踐案例，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的模式組織教學(xué)過(guò)程，充分調(diào)動(dòng)師生積極性，使學(xué)生以滾雪球模式學(xué)習(xí)完善課程知識(shí)體系，逐步提高程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目案例演變教學(xué)法；C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)；教學(xué)改革

0.引言

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言C++具有更高的代碼可重用性、可擴(kuò)充性和易維護(hù)等特點(diǎn)，是開(kāi)發(fā)大型軟件的主流方法。據(jù)TIOBE編程協(xié)會(huì)2013年2月最新編程語(yǔ)言流行趨勢(shì)排行榜顯示，在前5位最受歡迎的編程語(yǔ)言中，C++仍然在列。國(guó)內(nèi)高校一般都將C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的主干課程。探索C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的高效教學(xué)方法，對(duì)于提高計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生程序設(shè)計(jì)這一核心能力具有重要意義。

傳統(tǒng)的C++課程教學(xué)注重學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，在教學(xué)過(guò)程中一般采用知識(shí)講解并輔以針對(duì)知識(shí)點(diǎn)要求學(xué)生掌握的編碼實(shí)驗(yàn)，而對(duì)如何提高學(xué)生的面向?qū)ο蟪绦蚍治瞿芰蛯?shí)現(xiàn)能力等方面的關(guān)注不夠，偏離培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力這一核心目標(biāo)，為后續(xù)課程教學(xué)增加難度。為了幫助學(xué)生在C++課程學(xué)習(xí)中理解面向?qū)ο缶幊趟枷氩⒂行岣叱绦蛟O(shè)計(jì)實(shí)踐能力，筆者在該課程的教學(xué)改革中引入案例項(xiàng)目演變教學(xué)法，建設(shè)一系列適合課程知識(shí)點(diǎn)可持續(xù)進(jìn)化的案例，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)組織模式促使學(xué)生掌握綜合知識(shí)的運(yùn)用并切實(shí)提高程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，改變C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的枯燥特點(diǎn)，提高了教學(xué)雙方的積極性。

1.理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的若干問(wèn)題

由于語(yǔ)言類課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中占有重要地位，因此目前國(guó)內(nèi)高校對(duì)于語(yǔ)言類課程教學(xué)進(jìn)行了大量的改革嘗試，一般的思路是加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)，如開(kāi)展案例教學(xué)、引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式、增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等，部分高校還引入CDIO工程教育模式。筆者也在改進(jìn)語(yǔ)言類課程教學(xué)方面作出大量嘗試，如加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)比例、引入在線評(píng)判系統(tǒng)和案例教學(xué)等，力求使學(xué)生通過(guò)案例庫(kù)的訓(xùn)練達(dá)到掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的目標(biāo)，這些教學(xué)改革在實(shí)踐中取得了一定成果，但仍然存在一些深層次的問(wèn)題。

1）教學(xué)案例缺乏整體性和實(shí)用性。

在教學(xué)案例的設(shè)計(jì)上，以往的案例是圍繞知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致各章節(jié)的案例相互獨(dú)立，案例之間缺乏關(guān)聯(lián)。學(xué)生在這種案例的實(shí)踐中，很難對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)這一課程涉及的知識(shí)體系做到承上啟下、整體性的理解，在課程學(xué)習(xí)中沒(méi)有主導(dǎo)線索并忽視對(duì)知識(shí)鏈的構(gòu)造。

2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一。

雖然過(guò)去的教學(xué)改革中加大了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在總課程中的比例，但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)仍然由教師根據(jù)課程知識(shí)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括大量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及部分設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這種模式的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由于是為了配合理論課教學(xué)內(nèi)容，往往強(qiáng)調(diào)離散知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，而忽視了學(xué)生對(duì)課程綜合知識(shí)體系的學(xué)習(xí)，因此學(xué)生很難得到綜合運(yùn)用課程知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的訓(xùn)練。

與此同時(shí)，以往的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式忽視了學(xué)生的個(gè)性化特點(diǎn)，采用統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)要求并不能適應(yīng)每個(gè)學(xué)生的發(fā)展需要，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往顯得較為平淡，不能很好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和自主學(xué)習(xí)意識(shí)。

2.基于工程案例演變的教學(xué)改革

針對(duì)以上問(wèn)題，我們?cè)诮虒W(xué)建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，從2009年起，圍繞切實(shí)提高程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的核心目標(biāo)，按照由簡(jiǎn)入繁的案例項(xiàng)目演變教學(xué)思路，加大教學(xué)案例建設(shè)和教學(xué)方法改進(jìn)力度，形成了符合地方本科院校程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)模式。

2.1演變教學(xué)法概述

通過(guò)分析傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題，我們?cè)贑++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)中，引入案例項(xiàng)目演變教學(xué)法，其基本思路是將整個(gè)教學(xué)過(guò)程分解為若干教學(xué)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都由若干教學(xué)案例和一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目組成。在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，首先確定教學(xué)主線，提取出核心知識(shí)點(diǎn)授課思路并以此為設(shè)計(jì)案例的基本依據(jù)。教師通過(guò)小型教學(xué)案例解析基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生理解并掌握核心概念和技術(shù)。在完成上述環(huán)節(jié)的教學(xué)任務(wù)后，我們采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，通過(guò)一個(gè)教學(xué)項(xiàng)目整合所有知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生鞏固已有知識(shí)并加以實(shí)踐。隨著教學(xué)的推進(jìn)，學(xué)生逐步完善現(xiàn)有的教學(xué)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的更新和技能的提高。整個(gè)教學(xué)過(guò)程是一個(gè)舉一反三的過(guò)程，也是知識(shí)和技能的進(jìn)化過(guò)程。

根據(jù)C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的課程特點(diǎn)，我們以培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力為主線，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)能力、邏輯分析能力和編程能力，將課程知識(shí)體系分為4個(gè)層次：類與對(duì)象、繼承與派生、重載與多態(tài)、流與STL。圍繞學(xué)生程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力逐步提高這一核心目標(biāo)，我們將這4個(gè)層次的知識(shí)體系融入課堂教學(xué)案例和階段實(shí)驗(yàn)案例，設(shè)計(jì)以演變教學(xué)法為核心思想的遞進(jìn)式教學(xué)案例和教學(xué)過(guò)程。C++演化教學(xué)實(shí)驗(yàn)案例的設(shè)計(jì)如圖1所示。教學(xué)案例隨著教學(xué)環(huán)節(jié)的推進(jìn)，對(duì)學(xué)生知識(shí)和技能的訓(xùn)練將逐步提高，而訓(xùn)練的逐步推進(jìn)將形成一個(gè)小型的程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目，然后再以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)綜合訓(xùn)練學(xué)生靈活運(yùn)用各層次知識(shí)體系的能力，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的目標(biāo)。

2.2基于演變教學(xué)的案例設(shè)計(jì)

基于演變的教學(xué)中，除了理論知識(shí)教學(xué)外，選擇將典型性、完整性、實(shí)用性的案例實(shí)踐貫穿于理論知識(shí)中極為重要。教師在案例的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)遵循案例在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的連貫性。隨著理論知識(shí)的深入，可以進(jìn)一步將教學(xué)案例遷移到下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)并逐步對(duì)教學(xué)案例加以改進(jìn)和完善。教學(xué)案例經(jīng)過(guò)滾雪球的疊加方式，不僅令理論知識(shí)得到積累，還完善和擴(kuò)充項(xiàng)目軟件功能，保持前后知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，使得程序也越來(lái)越貼近實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)和技能兩方面的進(jìn)化。在教學(xué)過(guò)程中，如何設(shè)計(jì)這樣的教學(xué)案例是關(guān)鍵。根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前我們已總結(jié)出一批教學(xué)案例，對(duì)其中兩個(gè)案例予以簡(jiǎn)單介紹。

1）簡(jiǎn)單的食物鏈。endprint

該題目意在通過(guò)程序模擬一個(gè)簡(jiǎn)單的食物鏈，通過(guò)模擬食物鏈生存規(guī)則觀察食物鏈中各生物的生存狀態(tài)。食物鏈的選擇可以有多種，如青草→野兔→狐貍→狼、河谷類植物→昆蟲(chóng)→食蟲(chóng)鳥(niǎo)→鷹等。

2）員工管理工具。

該程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型企業(yè)的員工管理軟件。一般的企業(yè)包括普通員工、財(cái)務(wù)人員、管理人員3類人員。案例需實(shí)現(xiàn)企業(yè)基本信息管理、工作任務(wù)安排、財(cái)務(wù)管理等。

案例的講授過(guò)程分成4個(gè)層次，對(duì)應(yīng)理論教學(xué)過(guò)程中的4個(gè)階段。案例分析過(guò)程見(jiàn)表1。

2.3基于演變教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

理論教學(xué)負(fù)責(zé)講解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)分析的基本方法以及實(shí)現(xiàn)手段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了驗(yàn)證理論教學(xué)的內(nèi)容外，更為重要的是強(qiáng)化理論知識(shí)并將其靈活運(yùn)用到程序設(shè)計(jì)中，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，我們根據(jù)案例項(xiàng)目演變教學(xué)思想設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)題目。該系列實(shí)驗(yàn)題目之間在知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用上具有進(jìn)化性的特點(diǎn)，每一個(gè)題目在知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用上都是承上啟下、層次推進(jìn)。同時(shí)，我們?cè)陬}目選擇上也允許學(xué)生不但可以選擇新的題目，而且可以對(duì)前期題目進(jìn)行重構(gòu)改進(jìn)，使得學(xué)生可以根據(jù)自己的情況選擇實(shí)驗(yàn)題目，滿足學(xué)生多層次的需求，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過(guò)獨(dú)立或協(xié)作完成項(xiàng)目實(shí)踐，既驗(yàn)證了所學(xué)理論知識(shí)，又鍛煉了解決問(wèn)題的實(shí)踐能力，同時(shí)還能增強(qiáng)下一階段學(xué)習(xí)信心。在連續(xù)兩年的教學(xué)改革實(shí)踐中，我們共設(shè)計(jì)出12個(gè)作業(yè)題目，見(jiàn)表2。

在設(shè)計(jì)這些題目時(shí)，我們給出不同的層次實(shí)現(xiàn)要求，可以將這些題目做成一個(gè)小的控制臺(tái)程序，也可繼續(xù)擴(kuò)展，如通過(guò)加入MFC、QT等UI設(shè)計(jì)后開(kāi)發(fā)成一個(gè)小軟件工具，從而滿足不同層次學(xué)生的需求，有利于激發(fā)學(xué)生的編程興趣，培養(yǎng)學(xué)生“樂(lè)于學(xué)、勤于練、善于思”的習(xí)慣。與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，我們還需要考慮實(shí)驗(yàn)管理以及實(shí)驗(yàn)考核等問(wèn)題，并且在這些環(huán)節(jié)也進(jìn)行了改革。

1）加強(qiáng)管理。

提前分發(fā)作業(yè)題目，讓學(xué)生有充分的時(shí)間選題和作準(zhǔn)備。

2）考核。

程序考核在很多情況下，往往只注重程序的運(yùn)行結(jié)果以及是否具有豐富的功能，而忽略設(shè)計(jì)過(guò)程。我們采用小答辯方式，由教師提問(wèn)，考查學(xué)生的程序設(shè)計(jì)情況，同時(shí)參考運(yùn)行情況和實(shí)現(xiàn)的功能，既可以全面衡量學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，又可以避免相互抄襲現(xiàn)象。

3）案例的可復(fù)用性。

該課程所用案例可同時(shí)用于同期開(kāi)始的課程或后續(xù)課程的分析案例，如軟件測(cè)試技術(shù)、需求工程、軟件過(guò)程分析、項(xiàng)目管理等課程。

3.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)演變教學(xué)法改革效果

在應(yīng)用案例項(xiàng)目演變教學(xué)法的教學(xué)實(shí)踐中，C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)取得了良好的效果。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中無(wú)論是在理論環(huán)節(jié)還是在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都受到了充分訓(xùn)練。在理論環(huán)節(jié)中，通過(guò)教師對(duì)彼此相互銜接且具有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)化特色的案例群的講解，學(xué)生逐層理解了理論知識(shí)點(diǎn)和基本概念；在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證，在提高學(xué)生實(shí)踐技能的同時(shí)加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

目前C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)演變教學(xué)法已推廣運(yùn)行了兩屆，共計(jì)300名學(xué)生接受了課程訓(xùn)練。案例項(xiàng)目演變教學(xué)法使學(xué)生的知識(shí)和技能隨著教學(xué)的推進(jìn)而進(jìn)化和更新。通過(guò)一個(gè)從基礎(chǔ)到高端、從理論到技能的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)單的小案例學(xué)習(xí)理論知識(shí)，再通過(guò)項(xiàng)目鍛煉實(shí)踐技能。經(jīng)過(guò)案例群和課程項(xiàng)目的訓(xùn)練，學(xué)生知識(shí)體系和實(shí)踐能力不斷改進(jìn)和完善，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到知識(shí)和技能，還能感受到技術(shù)的發(fā)展歷程，積累了更多的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高了職業(yè)素養(yǎng)。

在兩屆的教改實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)演變教學(xué)法相比其他的教學(xué)方法，能更好地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，特別適合C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)中通過(guò)案例項(xiàng)目演化教學(xué)法，始終能體會(huì)到理論教學(xué)中所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中獲得實(shí)踐能力的不斷積累和提升過(guò)程，并且由于在案例解析中的高參與度，學(xué)生提高了主動(dòng)分析問(wèn)題和提出解決方案的能力。在教師的指導(dǎo)下完成項(xiàng)目能夠增加學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，更能幫助學(xué)生樹(shù)立起完成下一階段任務(wù)的自信，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率以及教學(xué)質(zhì)量。

4.結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的案例教學(xué)在面向?qū)ο蟪绦蛘n程中已經(jīng)推廣多年，但在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想的培養(yǎng)方面取得的效果并不理想。演變教學(xué)法應(yīng)用在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，能夠兼顧理論與實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生參與度，體現(xiàn)知識(shí)和技能的進(jìn)化過(guò)程。經(jīng)過(guò)實(shí)踐說(shuō)明，該方法能有效地提高教學(xué)效果。此外，由于該教學(xué)法在課程內(nèi)容的選取、課程教學(xué)設(shè)計(jì)以及案例設(shè)計(jì)等方面均有較高要求，因此在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)該注重教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作，以提高教學(xué)效果。endprint