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        基于SPOC的程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

        2019-07-01 05:43:14熊啟軍龔雄興程格平
        計(jì)算機(jī)教育 2019年6期
        關(guān)鍵詞:鏈表實(shí)驗(yàn)教學(xué)教學(xué)模式

        熊啟軍,龔雄興,寧 彬,谷 瓊,程格平

        (湖北文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院,湖北 襄陽 441053)

        0 引 言

        程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)貫穿計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)的整個(gè)階段,其重要性不言而喻。針對程序設(shè)計(jì)課程群開展的教學(xué)研究層出不窮,且一直呈現(xiàn)欣欣向榮的景象。在日益重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)、強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力、倡導(dǎo)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)、推進(jìn)新工科建設(shè)的背景下,多種教學(xué)模式、評測手段應(yīng)運(yùn)而生,特別是MOOC、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂、大數(shù)據(jù)等新思維和技術(shù)的廣泛應(yīng)用,對教學(xué)方式的改進(jìn)和教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率的提升起到巨大的促進(jìn)作用[1]。從研究成果和應(yīng)用情況來看,理論研究成果豐富、應(yīng)用范圍廣泛,實(shí)驗(yàn)研究成果則略顯單薄、應(yīng)用也相對滯后,因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究和應(yīng)用是當(dāng)務(wù)之急。

        1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

        目前,實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在3種模式:傳統(tǒng)型、平臺型和復(fù)合型。

        1.1 傳統(tǒng)型

        廣大地方院校主要依照“準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)、報(bào)告、批閱”的四部曲組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2],這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及過程存在顯著的弊端,往往使得師生雙方都不滿意。

        (1)實(shí)驗(yàn)缺乏參照性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必然依托課程的理論知識和示例,必定不是教材例題的簡單重復(fù),肯定是對基礎(chǔ)知識的驗(yàn)證、應(yīng)用和拓展。在面對實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí),部分學(xué)生感覺缺乏直接參照物,首先想到的是“百度”,而不是積極思考,從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率低下。

        (2)實(shí)驗(yàn)缺乏自主性。學(xué)生被固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時(shí)間所束縛,沒有自由支配的時(shí)間和空間,繼而產(chǎn)生“吃不到、吃不飽”的現(xiàn)象[3],容易導(dǎo)致敷衍塞責(zé)或磨滅積極向上意志的后果。

        (3)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)缺乏有效性。客觀存在的“一間教室、一位教師、一群學(xué)生”的實(shí)驗(yàn)條件[4],使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中碰到的困惑、疑難、錯(cuò)誤,即使通過學(xué)生和師生互助、百度等方式解決一些,也仍有一些學(xué)生不能得到及時(shí)有效的指導(dǎo)和權(quán)威的答案,不能及時(shí)解決問題,實(shí)驗(yàn)熱情、實(shí)驗(yàn)效率大打折扣。

        (4)實(shí)驗(yàn)評定缺乏公正性。由于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)任務(wù)繁重、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批閱量大,教師不得不過分關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果,無可奈何地降低或放棄實(shí)驗(yàn)過程在實(shí)驗(yàn)成績評定中的比重,使得成績評定缺乏公正性,間接助長偷工減料和抄襲行為。即使開展過程性評價(jià),由于操作的復(fù)雜性、局限性,也往往是虎頭蛇尾。

        (5)實(shí)驗(yàn)后續(xù)缺乏側(cè)重性。實(shí)驗(yàn)批閱后,學(xué)生只關(guān)注自己的得分,而輕視和忽略教師對具體內(nèi)容的批改和評語,以及個(gè)人的反思和改進(jìn)。

        1.2 平臺型

        通過在線評測平臺(online judge)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué),實(shí)驗(yàn)過程是學(xué)生在平臺上刷題、提交程序代碼給服務(wù)器進(jìn)行自動(dòng)評判、返回評判結(jié)果[5]?;谠诰€評測平臺的實(shí)驗(yàn)?zāi)J匠尸F(xiàn)出的主要特點(diǎn)是以刷題量、正確率為評判標(biāo)準(zhǔn),屬于題海戰(zhàn)術(shù);教師的工作重心從指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)向編撰實(shí)驗(yàn)題轉(zhuǎn)變;對學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性要求更高,但在實(shí)際應(yīng)用中,這種實(shí)驗(yàn)方式具有顯著缺點(diǎn)。

        (1)缺乏師生交流。自動(dòng)評測平臺雖然將教師從繁重的體力和腦力勞動(dòng)中解放出來,但是師生交互大大降低或缺失;學(xué)生直面平臺反饋的簡短程序調(diào)試信息,難于發(fā)現(xiàn)和改正錯(cuò)誤。

        (2)缺乏質(zhì)量保證。雖然通過“刷題”可以大大地增加程序代碼量的訓(xùn)練,卻缺少程序編碼風(fēng)格化和程序格式規(guī)范化的訓(xùn)練和培養(yǎng),可能導(dǎo)致程序代碼的可讀性變差,即重?cái)?shù)量、輕質(zhì)量。

        (3)缺乏實(shí)驗(yàn)過程。在評價(jià)實(shí)驗(yàn)成績時(shí),以“刷題”的程序代碼“Pass”為主要評分依據(jù),忽略思考和設(shè)計(jì)的過程。

        (4)缺乏實(shí)驗(yàn)文檔。在線評測平臺一般不具備自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的功能,學(xué)生也會(huì)忽視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫,導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)報(bào)告文檔的格式和內(nèi)容缺乏了解,更重要的是缺乏寫作能力的鍛煉和培養(yǎng)。

        1.3 復(fù)合型

        復(fù)合型教學(xué)模式是將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與自動(dòng)評測平臺實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)取長補(bǔ)短、相得益彰。通常,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中編程題通過傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)、客觀題通過自動(dòng)化測試平臺實(shí)現(xiàn),或者對大眾采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式、對學(xué)有余力者采用自動(dòng)評測平臺方式。或者說,傳統(tǒng)式側(cè)重于對基本概念和原理的理解、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),平臺型側(cè)重于應(yīng)用性、綜合性實(shí)驗(yàn)。

        2 SPOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的優(yōu)勢

        隨著MOOC、SPOC、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)資源和教學(xué)方式的興起,個(gè)性化、碎片化、自主性學(xué)習(xí)備受推崇,且成為了教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)施的主流[6]。SPOC是MOOC的補(bǔ)充和拓展,充分利用SPOC的微小性(篇幅短?。?、特定性(針對特定問題和特定對象)、普遍性(針對學(xué)生普遍存在的問題和難題)開展教學(xué)[7],形成SPOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。概括起來,基于SPOC的實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有“四化”的優(yōu)勢。

        (1)實(shí)驗(yàn)知識專題化。針對實(shí)驗(yàn)所涉及知識點(diǎn)或?qū)W生在實(shí)驗(yàn)中普遍存在的問題、疑惑、錯(cuò)誤開辟專題教學(xué),既可以供學(xué)生課內(nèi)外隨時(shí)查閱和學(xué)習(xí),又可以避免教師的重復(fù)性勞動(dòng)。

        (2)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)同步化。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)不是實(shí)驗(yàn)示例、實(shí)驗(yàn)原理的簡單羅列和歸納,而是借助SPOC平臺,把具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作步驟、主要代碼、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入、結(jié)果輸出的詳細(xì)解析等制作成微視頻、PPT、Word文檔。這樣,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中碰到困難時(shí),既可隨時(shí)查看和參考實(shí)驗(yàn)操作步驟、方法、代碼等,避免實(shí)驗(yàn)中途的卡殼,又可以通過SPOC平臺的答疑區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)求助和答疑。在實(shí)驗(yàn)評分時(shí),可依據(jù)查閱參考答案的次數(shù)、求助問題的難度等進(jìn)行加權(quán)減分。

        (3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容碎片化[8]。一方面教師可以給出實(shí)驗(yàn)題目的解答框架,讓學(xué)生補(bǔ)充具體內(nèi)容和細(xì)節(jié);另一方面可采用碎片化的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué),旨在培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性等能力,但初學(xué)者可能對項(xiàng)目開發(fā)束手無策,因此,可以從項(xiàng)目的提出、需求分析、總體功能設(shè)計(jì)、詳細(xì)算法設(shè)計(jì)、具體編碼和調(diào)試、測試等步驟著手,進(jìn)行過程性分析、碎片化分解、示例性講解,讓學(xué)生感受到有章可循、有例可仿、有新可創(chuàng)。

        (4)實(shí)驗(yàn)自主化。經(jīng)過一系列的訓(xùn)練后,學(xué)生完全可以在課堂內(nèi)外進(jìn)行自主性實(shí)驗(yàn),從而建立起以熟悉基本概念、掌握常用算法、培養(yǎng)編碼能力為主線,以學(xué)生為主體,以主動(dòng)學(xué)習(xí)為主軸,線上線下優(yōu)勢互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[9]。該教學(xué)模式具有更貼近教學(xué)班級的實(shí)際情況、自主掌控實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、靈活多樣的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)形式等特點(diǎn),正日益受到師生的青睞[10]。

        3 SPOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

        3.1 SPOC模式實(shí)施方案

        對于程序設(shè)計(jì)類課程,實(shí)驗(yàn)題型主要涉及選擇、填空、判斷、改錯(cuò)等類型的客觀題和編程、辨析等主觀題,實(shí)質(zhì)內(nèi)容是基本概念和原理的理解和應(yīng)用、算法設(shè)計(jì)、編碼和程序調(diào)試[11]?;赟POC的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型如圖1所示,在SPOC教學(xué)平臺上,圖中的各部分之間通過菜單和超鏈接組織在一起。

        圖1 基于SPOC的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型

        3.2 SPOC模式實(shí)施范例

        數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是計(jì)算機(jī)類專業(yè)、程序設(shè)計(jì)類課程的核心基礎(chǔ),線性鏈表則是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程內(nèi)容中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。以該課程中的“使用鏈表實(shí)現(xiàn)一元多項(xiàng)式乘法”為例[12],SPOC實(shí)驗(yàn)?zāi)J降木唧w實(shí)施如下。

        該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的元知識點(diǎn)包括一元多項(xiàng)式結(jié)點(diǎn)和鏈表類型定義、存儲(chǔ)空間的動(dòng)態(tài)申請、指針賦值、數(shù)據(jù)項(xiàng)訪問等;由這些元知識再構(gòu)成鏈表的基本操作,如鏈表的建立、遍歷、插入、刪除等;進(jìn)而再構(gòu)成鏈表更復(fù)雜的運(yùn)算,如同類項(xiàng)合并、多項(xiàng)式乘法等。在算法設(shè)計(jì)和解答示例中提供演示數(shù)據(jù)及程序運(yùn)行效果圖,各實(shí)驗(yàn)步驟以元知識點(diǎn)講授、基本運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)、復(fù)雜算法的設(shè)計(jì)為單位,采取圖文并茂的形式制作PPT文稿、錄制微視頻、編輯Word文檔。圍繞圖1,將各部分內(nèi)容進(jìn)行分類組織,可構(gòu)成“使用鏈表實(shí)現(xiàn)一元多項(xiàng)式乘法”實(shí)驗(yàn)的SPOC模式解決方案,如圖2所示。

        3.3 教學(xué)效果對比

        在湖北文理學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院2016級軟件工程專業(yè)兩個(gè)平行班(各60人)進(jìn)行對比試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)一的主要內(nèi)容是“順序表實(shí)現(xiàn)一元多項(xiàng)式加法[13]”,實(shí)驗(yàn)二是“鏈表實(shí)現(xiàn)一元多項(xiàng)式乘法”,圖3所示是1班采用SPOC實(shí)驗(yàn)?zāi)J蕉?班不采用時(shí),實(shí)驗(yàn)一成績對比;圖4所示是均采用SPOC實(shí)驗(yàn)?zāi)J綍r(shí),實(shí)驗(yàn)二成績對比。從圖3中可以看出,采用與不采用SPOC實(shí)驗(yàn)?zāi)J降娘@著差別;從圖4可以看出,在2班采用SPOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式后,實(shí)驗(yàn)成績顯著提升,成績分布與1班非常接近。由此可見,基于SPOC的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以提高實(shí)驗(yàn)成績,從而提升實(shí)驗(yàn)效率、效果和教學(xué)質(zhì)量。

        圖2 SPOC模式解決方案示例

        圖3 實(shí)驗(yàn)一成績對比

        圖4 實(shí)驗(yàn)二成績對比

        4 結(jié) 語

        各級各類學(xué)校在研究如何教學(xué)方面的投入是巨大的,也取得了一些成效,但在研究如何解決學(xué)生主動(dòng)學(xué)方面卻顯得極為薄弱,且后者才是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。目前,湖北文理學(xué)院正在開展“千問計(jì)劃”,即對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的各種問題和建議進(jìn)行收集、分類、整理、回答,集編成冊,這既為教師掌控和改進(jìn)教學(xué)提供第一手資料,又為學(xué)生學(xué)習(xí)提供參考和借鑒,這一舉措必將使SPOC 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式更加完善,對教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量建設(shè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

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