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        “合作性學(xué)習(xí)”在軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)中的實(shí)踐

        2017-02-25 07:10:02
        計(jì)算機(jī)教育 2017年1期
        關(guān)鍵詞:合作性學(xué)習(xí)合作性設(shè)計(jì)模式

        劉 靖

        (內(nèi)蒙古大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021)

        “合作性學(xué)習(xí)”在軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)中的實(shí)踐

        劉 靖

        (內(nèi)蒙古大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021)

        針對(duì)軟件設(shè)計(jì)模式課程理論內(nèi)容抽象、實(shí)踐內(nèi)容較零散,以及學(xué)生普遍缺乏規(guī)?;浖_(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)狀,分析“合作性學(xué)習(xí)”方式在軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)中的應(yīng)用必要性,提出“合作性學(xué)習(xí)”驅(qū)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì)模式課堂講授內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法,說(shuō)明通過(guò)強(qiáng)化合作實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)激勵(lì),促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)內(nèi)容的深入理解,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索的學(xué)習(xí)能力和切實(shí)可用的軟件設(shè)計(jì)模式分析與應(yīng)用能力。

        合作性學(xué)習(xí);軟件設(shè)計(jì)模式;教學(xué)方法改革

        軟件設(shè)計(jì)模式(Software Design Patterns)是從許多規(guī)?;瘧?yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中總結(jié)出來(lái)且可復(fù)用的成熟設(shè)計(jì)方案[1],由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides等4人在1994年率先提出了23種面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式[2],之后陸續(xù)出現(xiàn)非常多針對(duì)不同程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)模式,其廣泛應(yīng)用有效提升了軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)效率及可靠性。能夠熟練掌握并應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)模式的軟件研發(fā)人員是我國(guó)軟件行業(yè)迫切需要的高端人才。因此,在高校開(kāi)設(shè)軟件設(shè)計(jì)模式課程,使學(xué)生掌握其基礎(chǔ)理論知識(shí),并具備系統(tǒng)、扎實(shí)的軟件設(shè)計(jì)模式分析與應(yīng)用能力,對(duì)我國(guó)軟件行業(yè)的快速、健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        已有相關(guān)論文從課程開(kāi)設(shè)的必要性及可行性分析[3]、基于“做中學(xué)”的課程教學(xué)方法[4]等方面探討了軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)改革。通過(guò)課程教學(xué)實(shí)踐,驗(yàn)證了“合作性學(xué)習(xí)”模式驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)改革可以激發(fā)學(xué)生對(duì)軟件設(shè)計(jì)模式相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探索性合作研究的主動(dòng)性,學(xué)生能夠較好的理解抽象的課程理論知識(shí),提升了學(xué)生在實(shí)際軟件研發(fā)中分析和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)模式的能力。

        1 軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)面臨的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略

        軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)關(guān)注如何讓學(xué)生真正理解設(shè)計(jì)模式的指導(dǎo)原則、熟悉設(shè)計(jì)模式的適用性及意圖動(dòng)機(jī)、掌握設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用方式及利弊權(quán)衡。其中,與設(shè)計(jì)模式指導(dǎo)原則相關(guān)的理論內(nèi)容較為抽象,而不同的設(shè)計(jì)模式因解決各不相同的具體問(wèn)題又很難進(jìn)行統(tǒng)一的講授與總結(jié)。當(dāng)授課對(duì)象為本科生或大部分碩士研究生時(shí),由于教師講授容易照本宣科,且學(xué)生非常缺乏實(shí)際軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),故而學(xué)生對(duì)所講授的知識(shí)沒(méi)有任何感性認(rèn)識(shí)且非常難理解,認(rèn)為軟件設(shè)計(jì)模式是高深但沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的課程,造成學(xué)生缺乏進(jìn)一步學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。此外,在實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐中,利用2~3個(gè)典型實(shí)例程序讓學(xué)生體會(huì)所有設(shè)計(jì)模式往往不現(xiàn)實(shí)(注:通常課程會(huì)涵蓋20個(gè)左右具體設(shè)計(jì)模式);而對(duì)每一個(gè)設(shè)計(jì)模式完成一個(gè)實(shí)例程序又使得實(shí)訓(xùn)內(nèi)容過(guò)于零散和龐大。這就導(dǎo)致大部分學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)只能選擇1~2個(gè)設(shè)計(jì)模式完成實(shí)訓(xùn)教學(xué),很難做到完整理解課堂講授知識(shí),并切實(shí)掌握不同設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用方法。

        為有效解決上述教學(xué)難題,進(jìn)一步改善教學(xué)效果,軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)必須強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng),立足于加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)教學(xué)及考核,真正培養(yǎng)學(xué)生具有切實(shí)可用的軟件設(shè)計(jì)模式分析與應(yīng)用能力。“合作性學(xué)習(xí)”模式[5]旨在促進(jìn)學(xué)生在由不同學(xué)習(xí)個(gè)體組成的學(xué)習(xí)小組中互助合作、取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互激發(fā)與激勵(lì)、達(dá)成共同的學(xué)習(xí)目標(biāo),并以小組總體成績(jī)作為學(xué)習(xí)效果考核依據(jù)的教學(xué)策略模式。通過(guò)合作,強(qiáng)化了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主體地位,而教師不再成為唯一的知識(shí)供給方,學(xué)生共同學(xué)習(xí)的整體效果也往往大于每個(gè)學(xué)生獨(dú)自學(xué)習(xí)效果相加的總和,即學(xué)生可以通過(guò)合作性學(xué)習(xí)收獲超乎預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。因此,將“合作性學(xué)習(xí)”應(yīng)用于軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)改革中是適合且有效的,一方面激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué)生的積極性與主動(dòng)性,知識(shí)獲取不再是應(yīng)付差事的被動(dòng)過(guò)程,而是討論分享的主動(dòng)過(guò)程;另一方面,客觀上要求學(xué)生必須通過(guò)編程實(shí)訓(xùn)理解設(shè)計(jì)模式的含義及應(yīng)用方式,否則很難在合作學(xué)習(xí)中清楚回答并應(yīng)對(duì)他人提出的技術(shù)疑問(wèn)和教師考核。這種實(shí)訓(xùn)過(guò)程也有效提升了學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)模式分析與應(yīng)用能力,可以在一定程度上彌補(bǔ)學(xué)生參與實(shí)際軟件研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的不足,為學(xué)生今后的學(xué)術(shù)深造或工作奠定良好的知識(shí)和能力基礎(chǔ)。

        2 “合作性學(xué)習(xí)”模式驅(qū)動(dòng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

        2.1 教學(xué)目標(biāo)

        “軟件設(shè)計(jì)模式”是為計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè),特別是為軟件工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)高級(jí)核心課程。課程的教學(xué)目標(biāo)是秉承“合作性學(xué)習(xí)”的教學(xué)理念,通過(guò)教師課堂講授和學(xué)生合作小組自學(xué),強(qiáng)化對(duì)“兩類(lèi)基礎(chǔ)知識(shí)”的學(xué)習(xí)和“兩種基本能力”的培養(yǎng)。具體而言,課程重點(diǎn)講授軟件設(shè)計(jì)模式的理論指導(dǎo)原則、軟件設(shè)計(jì)模式的描述方式及應(yīng)用原則等兩方面的基礎(chǔ)知識(shí);通過(guò)合作性學(xué)習(xí)小組的自我知識(shí)學(xué)習(xí)及編程實(shí)訓(xùn)實(shí)踐,使學(xué)生能夠有意識(shí)地從設(shè)計(jì)模式的角度優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)方案,培養(yǎng)學(xué)生的“主動(dòng)探索性學(xué)習(xí)與知識(shí)分享能力”,即能夠通過(guò)小組合作討論和探索學(xué)習(xí),完成一個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)模式相關(guān)知識(shí)的扎實(shí)掌握和不斷提升,并能夠講解和分享所學(xué)知識(shí),為其他同學(xué)提供技術(shù)支持;培養(yǎng)學(xué)生的“軟件設(shè)計(jì)模式分析與應(yīng)用能力”,即選擇適合的設(shè)計(jì)模式,利用設(shè)計(jì)模式的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)解決特定軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題,并完成設(shè)計(jì)方案的權(quán)衡優(yōu)化。最終,通過(guò)本課程的合作性學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn),為學(xué)生今后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一定水準(zhǔn)的規(guī)?;瘡?fù)雜軟件項(xiàng)目奠定相關(guān)知識(shí)和能力基礎(chǔ)。

        2.2 教學(xué)內(nèi)容安排

        2.2.1 課堂講授內(nèi)容

        以Erich Gamma等4人編寫(xiě)的經(jīng)典設(shè)計(jì)模式書(shū)籍[2]為課程教材,以參考文獻(xiàn)[6]為主要參考教材。課程學(xué)時(shí)安排包括教師課堂講授8學(xué)時(shí),教師參與的課堂合作性學(xué)習(xí)40學(xué)時(shí),教師不參與的課外合作性學(xué)習(xí)沒(méi)有強(qiáng)制學(xué)時(shí)要求,建議不少于24學(xué)時(shí),即一次合作性學(xué)習(xí)為3學(xué)時(shí),至少合作性學(xué)習(xí)8次。課堂講授內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排見(jiàn)表1。

        2.2.2 合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

        實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)是合作性學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的課程改革的核心,是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的重點(diǎn)和達(dá)到教學(xué)成效的關(guān)鍵。本文所提出的合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)從三個(gè)層面開(kāi)展。

        (1)建立合作性學(xué)習(xí)小組。小組成員構(gòu)成采用“種子同學(xué)+角色同學(xué)+其他同學(xué)”的方式,通常由4~6人組成。將程序設(shè)計(jì)能力強(qiáng)、專(zhuān)業(yè)成績(jī)好的若干位同學(xué)指定為“種子同學(xué)”,每個(gè)合作性學(xué)習(xí)小組包含1~2位“種子同學(xué)”;每個(gè)學(xué)習(xí)小組還要自主選擇1位“角色同學(xué)”,要求這位同學(xué)具有非常好的表述能力和溝通能力,是合作性學(xué)習(xí)小組的“新聞發(fā)言人”;其他同學(xué)按照興趣參與到不同的合作性學(xué)習(xí)小組中,每位同學(xué)可以評(píng)估自身能力參與到多個(gè)小組中,特別在“種子同學(xué)”參與其他小組的合作性學(xué)習(xí)時(shí),身份等同于其他同學(xué),每個(gè)同學(xué)建議只承擔(dān)1次“種子同學(xué)”或“角色同學(xué)”的任務(wù)。

        表1 課堂講授內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

        (2)教師不參與的課外合作性學(xué)習(xí)過(guò)程。本課程教學(xué)內(nèi)容覆蓋設(shè)計(jì)模式教材中的至少20個(gè)設(shè)計(jì)模式(注:可根據(jù)學(xué)生人數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)模式個(gè)數(shù)的適當(dāng)增減),每個(gè)學(xué)習(xí)小組將完成至少2個(gè)相關(guān)設(shè)計(jì)模式的合作性學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)。教師不參與的課外合作性學(xué)習(xí)主要是指學(xué)生以小組方式完成自主探索學(xué)習(xí)、交流理解及編程實(shí)訓(xùn)。針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)模式,合作性自主學(xué)習(xí)內(nèi)容包括4個(gè)方面:理解基于具體實(shí)例的設(shè)計(jì)模式意圖及動(dòng)機(jī)、結(jié)合示例代碼掌握設(shè)計(jì)模式的類(lèi)圖結(jié)構(gòu)(如抽象類(lèi)與具體類(lèi)的關(guān)聯(lián)、客戶端調(diào)用方式等)、定性分析設(shè)計(jì)模式的優(yōu)勢(shì)弊端及使用方式、編碼實(shí)現(xiàn)采用設(shè)計(jì)模式與未采用設(shè)計(jì)模式軟件程序的對(duì)比并比較設(shè)計(jì)模式應(yīng)用效果(要求對(duì)比軟件程序必須可運(yùn)行、可測(cè)試)。教師不參與的課外合作性學(xué)習(xí)過(guò)程由每組的“角色同學(xué)”負(fù)責(zé)組織實(shí)施,由“種子同學(xué)”負(fù)責(zé)制定學(xué)習(xí)目標(biāo)并評(píng)估學(xué)習(xí)效果,由所有同學(xué)以文檔方式記錄上述4個(gè)方面的學(xué)習(xí)成果,并制作成PPT,供教師參與的課堂合作性學(xué)習(xí)過(guò)程使用。建議設(shè)計(jì)模式的學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排見(jiàn)表2。

        表2 合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)模式學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

        (3)教師參與的課堂合作性學(xué)習(xí)過(guò)程。在合作性學(xué)習(xí)小組完成課外自主學(xué)習(xí)后組織實(shí)施,主要方式為每個(gè)小組課堂匯報(bào)所負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)模式自主學(xué)習(xí)內(nèi)容(按2學(xué)時(shí)計(jì)),即以教師身份講解一個(gè)具體設(shè)計(jì)模式,并接受組外學(xué)生的提問(wèn)。教師負(fù)責(zé)指正錯(cuò)誤、補(bǔ)充遺漏并點(diǎn)評(píng)學(xué)習(xí)成效。課堂匯報(bào)的重點(diǎn)就是課外合作性學(xué)習(xí)過(guò)程中完成的4個(gè)自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。

        綜上,課外合作性學(xué)習(xí)過(guò)程重在培養(yǎng)小組內(nèi)的學(xué)生為深人系統(tǒng)學(xué)習(xí)一個(gè)具體設(shè)計(jì)模式而共同努力、相互激發(fā)、取長(zhǎng)補(bǔ)短的自主學(xué)習(xí)能力,以及基于編程的設(shè)計(jì)模式應(yīng)用能力和權(quán)衡優(yōu)化代碼設(shè)計(jì)的能力;課堂合作性學(xué)習(xí)過(guò)程則重在強(qiáng)化學(xué)生對(duì)非自主學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式的深人理解與合作學(xué)習(xí),培養(yǎng)小組間學(xué)生的知識(shí)講授和經(jīng)驗(yàn)共享能力。

        從表2可知,合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具有知識(shí)點(diǎn)覆蓋廣、可操作性和實(shí)用性高、學(xué)生易理解易動(dòng)手等特點(diǎn)。合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)持續(xù)至少10個(gè)教學(xué)周,有助于學(xué)生持續(xù)、全面理解抽象的課程理論知識(shí),并切實(shí)掌握重要軟件設(shè)計(jì)模式的分析和應(yīng)用方法,完成教學(xué)目標(biāo)中“兩類(lèi)基礎(chǔ)知識(shí)”的深人理解和“兩種基本能力”的實(shí)際培養(yǎng)。

        2.3 考核方式

        “合作性學(xué)習(xí)”驅(qū)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)強(qiáng)化了自主合作實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程的重點(diǎn),所以在學(xué)生成績(jī)考核方式上,同樣需要突出實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)所占的比重。本文建議課程成績(jī)考核的總成績(jī)=期末考試成績(jī)(不高于30%)+ 實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)考核成績(jī)(不低于70%)。其中,合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)考核成績(jī)所占分值百分比、考核方式和要求見(jiàn)表3。

        表3給出的合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的各分項(xiàng)成績(jī)是按照“基礎(chǔ)分+提高分”的方式進(jìn)行評(píng)定的,完成考核基本要求的可獲得表中給出的基礎(chǔ)分,而對(duì)具有一定創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)報(bào)告、實(shí)現(xiàn)非常出色的對(duì)比程序代碼以及精彩的課堂匯報(bào)都可以適當(dāng)?shù)丶由弦恍┨岣叻?,但最終得分不超過(guò)基礎(chǔ)分的1.2倍。這樣既可以要求所有學(xué)生完成“兩類(lèi)基礎(chǔ)知識(shí)”的鞏固和“兩種基本能力”的鍛煉,又可以使思考深人、實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生脫穎而出。

        2.4 教學(xué)效果分析

        軟件設(shè)計(jì)模式課程改革的教學(xué)效果主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。

        從“教”的角度,教師通過(guò)合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的效果可以更直觀地發(fā)現(xiàn)應(yīng)重點(diǎn)講授對(duì)學(xué)生合作性自主學(xué)習(xí)產(chǎn)生重要影響的理論知識(shí)和方法,如軟件設(shè)計(jì)模式指導(dǎo)原則中的里氏替換原則、依賴倒轉(zhuǎn)原則、合成復(fù)用原則等,而課程涉及的其他知識(shí)可以通過(guò)學(xué)生合作性自主學(xué)習(xí)獲得更扎實(shí)有效的學(xué)習(xí)成效,如具體設(shè)計(jì)模式動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)、適用性及應(yīng)用方式等。這樣,課堂講授更具針對(duì)性和含金量,避免出現(xiàn)教師照本宣科的現(xiàn)象。

        表3 合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的考核方式、要求及成績(jī)

        從“學(xué)”的角度,學(xué)生在靈活考核機(jī)制的激勵(lì)下,能夠更好地發(fā)揮主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)潛力,很多學(xué)生的實(shí)訓(xùn)作品具有很好的創(chuàng)新性。通過(guò)分析近3年期末考試成績(jī)發(fā)現(xiàn),成績(jī)超過(guò)80分的學(xué)生數(shù)在逐年遞增,不低于學(xué)生總數(shù)的40%,并且超過(guò)70%的學(xué)生能夠在一個(gè)或多個(gè)方面獲得提高分,說(shuō)明合作性學(xué)習(xí)模式能夠有效增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。期末考試內(nèi)容通常要覆蓋絕大多數(shù)設(shè)計(jì)模式的知識(shí)點(diǎn),但在學(xué)生答卷中并沒(méi)有出現(xiàn)只能答對(duì)合作學(xué)習(xí)過(guò)的設(shè)計(jì)模式題目,而其他設(shè)計(jì)模式題目丟分嚴(yán)重的情況,說(shuō)明課外和課堂兩種合作性學(xué)習(xí)過(guò)程能夠相輔相成,有效避免了學(xué)生只記得一兩種設(shè)計(jì)模式的問(wèn)題。在合作性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)表現(xiàn)突出活躍、得分較高的學(xué)生,總成績(jī)也很高,說(shuō)明學(xué)生通過(guò)有效持續(xù)的合作性學(xué)習(xí)實(shí)踐,能夠更好地理解并掌握課程理論知識(shí)和方法。此外,通過(guò)課堂講解匯報(bào)和部分畢業(yè)、保研學(xué)生的反饋可以確認(rèn),學(xué)生能夠在課程學(xué)時(shí)內(nèi)提升軟件設(shè)計(jì)模式分析和應(yīng)用能力,為學(xué)生后續(xù)學(xué)術(shù)深造或技術(shù)工作奠定了扎實(shí)的軟件設(shè)計(jì)知識(shí)和能力基礎(chǔ)。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        “合作性學(xué)習(xí)”驅(qū)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì)模式課程教學(xué)有助于學(xué)生利用高強(qiáng)度、持續(xù)開(kāi)展的合作性小組學(xué)習(xí)及實(shí)訓(xùn)來(lái)更好地理解抽象的理論知識(shí),同時(shí)有效地提升學(xué)生主動(dòng)探索性學(xué)習(xí)與知識(shí)分享能力和軟件設(shè)計(jì)模式分析及應(yīng)用能力。

        [1] Khwaja S, Alshayeb M. Survey on software design-pattern speci fi cation languages[J]. ACM Computing Surveys, 2016, 49(1): 1-35.

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        (編輯:史志偉)

        1672-5913(2017)01-0105-05

        G642

        國(guó)家自然科學(xué)基金(61262017)。

        劉靖,男,副教授,研究方向?yàn)檐浖y(cè)試、云計(jì)算,liujing@imu.edu.cn。

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