編程語言教學實踐中ＱＤｅＶ方法探討

文章編號：1672-5913(2008)05-0056-03

摘要：針對當前編程語言教學實踐過程中出現(xiàn)的問題，本文探討一種新的教學實踐方法QDeV，該方法的特色是質(zhì)疑驅(qū)動、以驗證性設計為核心、個性化和實踐性。

關(guān)鍵詞：QDeV；質(zhì)疑驅(qū)動；驗證性設計

中圖分類號：G64

文獻標識碼：B

1 引言

高校學生，尤其是計算機相關(guān)專業(yè)的學生，需要學習多種編程語言，如C/C++、Java、SQL等。在編程語言教學實踐過程中，最根本的目標是如何在短時間內(nèi)使學生掌握足夠多的語言元素的語法和語義，使學生能運用這些元素進行簡單的問題求解，然后逐步進行復雜系統(tǒng)的開發(fā)。但教學過程存在一些問題：過度灌輸、照本宣科、教學負擔重。學生也存在一些問題：對課堂內(nèi)容缺乏興趣，對自行設計缺乏信心，缺乏方法指導。本文針對以上問題，探討一種簡單有效的方法，以改善課堂教學和實踐的效果。

為此，我們將注意力放在最基本最細微的教學實踐環(huán)節(jié)上。經(jīng)實踐觀察，在編程語言教學實踐中，最基本的環(huán)節(jié)是質(zhì)疑和驗證：質(zhì)疑在于確定一個問題，而驗證在于對此問題求解并得到結(jié)論。最理想的教學效果是學生能自行質(zhì)疑，自行設計驗證結(jié)論，這樣學生有興趣，教師也輕松。但如何驗證是一個亟待解決的問題。雖然文獻[1]中提出了問題求解的基本過程ADePT，但它是面向軟件開發(fā)的過程，不適合編程語言的教學和實踐。經(jīng)過幾年的教學實踐和觀察總結(jié)，研究嘗試了多種方法[2]，最后我們總結(jié)出一種適合編程語言教學實踐的方法，稱之為QDeV方法。

2 QDeV方法

QDeV方法是包含4個環(huán)節(jié)的一個過程：Question質(zhì)疑、Design設計、execution執(zhí)行和Validation確認。此過程貫穿于每個關(guān)鍵性語言元素所涉及的每個問題，即對一個問題貫穿4個環(huán)節(jié)：“質(zhì)疑”是明確提出一個問題；“設計”是給出簡單編程；“執(zhí)行”是在環(huán)境中運行程序以得到可觀察結(jié)果；“確認”是對問題給出結(jié)論。

QDeV方法的依據(jù)如下：

(1) 明確目標能提高學習實踐效率。質(zhì)疑就是為了使學生明確自己的目標和不足。

(2) 所有的編程元素都是可驗證的。

(3) 多數(shù)驗證是簡單的、可在課堂上當場進行。

(4) 驗證性學習優(yōu)于灌輸結(jié)論。

本文所用術(shù)語“驗證verification”不同于軟件工程中的軟件驗證。軟件驗證反映軟件測試的概念，包含了多種軟件測試技術(shù)。而本文中的驗證指的是“證實、通過比較、調(diào)查或參考等途徑來確定或考察某件事情的真實性或確切性”。本文中“確認validation”類似于軟件工程中的用戶確認，這是因為編程人員是編程語言的用戶。

2.1Q質(zhì)疑

質(zhì)疑就是明確指出一個問題。質(zhì)疑一方面來源于教師，教師根據(jù)課程需要引出問題，往往是引出新的語言元素的語法和語義問題。另一方面來自學生提問。教師應鼓勵學生主動提問，也應引導學生自行完成后續(xù)的設計驗證。如果教師直接給出結(jié)論而不驗證，學生雖可免去驗證負擔，看起來效率高，但學生也失去了自我驗證的機會和樂趣。

提出的問題有多種：“是否”、“能否”、“結(jié)果是什么”是較具體的問題。例如，在C/C++課程中，“函數(shù)能不能返回一個數(shù)組類型？”。具體問題可進入下一個環(huán)節(jié)。另一方面，“如果…將會怎樣”、“如何”、“為何”這類問題的驗證就比較復雜。例如，“訪問數(shù)組時下標超界將會怎樣？”對此類問題先給出一個具體編程實例，然后在特定語境中再討論此問題。

教師在收到學生提出的一個問題后，對此問題的“質(zhì)量”先給出直觀的判斷，以決定是否進行設計驗證。對于以下問題，教師應給出比較具體的設計驗證：

(1) 新問題。

(2) 多數(shù)學生存疑的問題。

(3) 涉及到關(guān)鍵概念的問題。

(4) 需要較復雜的設計驗證的問題。

2.2D設計

根據(jù)問題設計一個驗證方法。具體來說，做一個簡單編程，包含一個動作或一系列動作，并設想一個可能的結(jié)果。

一般來說，當引入一種新的語言元素問題時，大多教材都能給出相應的驗證方法。對于同一個問題，往往存在多種驗證途徑。教師可給出不同于教材的驗證方法，也應引導鼓勵學生嘗試自行設計。

經(jīng)驗表明，學生對于新學習的語言元素往往不能當場掌握，一般需要課后復習并完成作業(yè)之后才能熟練掌握。所以教師所采用的方法應該是學生已掌握的，使學生能看懂設計，然后再模仿改進。在此環(huán)節(jié)中，對設計的要求如下：

(1) 針對性：一個設計僅針對一個問題。

(2) 可驗證的：可執(zhí)行或通過觀察能確認。

(3) 簡單的，學生可直接理解：最簡單的設計往往是一個表達式或單條語句。

2.3e執(zhí)行

在開發(fā)運行環(huán)境中嘗試執(zhí)行，獲得可觀察的結(jié)果。這里的執(zhí)行并不一定是完整程序的執(zhí)行，有時僅僅是用編譯器來驗證某種語法現(xiàn)象的合法性，并利用編譯器給出的語法錯誤提示來確認結(jié)果。

在此環(huán)節(jié)中，需要建立一個交互式執(zhí)行環(huán)境。例如，在C++課程中需要一個Visual C++集成開發(fā)環(huán)境。在Java課程中需要一個虛擬機，可使用簡單的DOS界面，也可使用諸如Eclipse的集成開發(fā)環(huán)境。在數(shù)據(jù)庫SQL課程中則需要一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務器，再加上一個簡單的客戶端工具，能執(zhí)行SQL指令，能觀察數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)、觸發(fā)器等。當前的多媒體教學設備基本能滿足教師當場執(zhí)行的需要。教師應要求學生必須熟練使用環(huán)境和工具。

2.4V確認

從執(zhí)行結(jié)果中斷定真或假，而有時確認是基于觀察的。例如在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SQL語言教學中，當執(zhí)行一個create table MyTable語句時，如果語法錯誤，系統(tǒng)將給出提示。如果語法正確，將在系統(tǒng)中建立一個MyTable新表。要驗證此表存在，可簡單地使用客戶端工具來查看就能確認。

確認的途徑是多樣的，可能要運行其他工具。例如，一個函數(shù)將一個字符串的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為一個十六進制數(shù)據(jù)串。要確認輸出正確，對于英文字符就要查ASCII編碼表，對于中文字符應核對GB編碼表，這可使用其他工具，如Office。

在確認解決一個問題之后，往往又會引出相關(guān)其他問題。再質(zhì)疑，重新開始下一輪設計驗證。所以QDeV方法往往以循環(huán)往復方式進行。如何采用此方式進行更復雜的系列化的驗證是進一步的工作。

3 QDeV特色及應用

QDeV方法的特色如下：

(1) 質(zhì)疑驅(qū)動。沒有質(zhì)疑就無需學習。在教學實踐過程中，教師可引導學生廣泛質(zhì)疑、深度質(zhì)疑，以調(diào)動學生的積極性和主動性。當完成一章教學，教師可將本章所有經(jīng)完整驗證的問題作為重點，形成“問題一覽表”，以督促學生及時對照解決。當完成一門課程，教師可列出全部問題，以方便學生重點復習。

(2) 以驗證性設計為中心。一個設計的目的僅僅是為了驗證一個問題，簡單性設計是關(guān)鍵。能當場執(zhí)行并看到結(jié)果，效果最佳。

(3) 個性化。不同的學生會對不同的問題感興趣，會提出不同的問題，也會給出不同的驗證途徑。個性化的學習實踐能有效促進自學。

(4) 實踐性。鼓勵學生自己動手，有助于提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析設計和觀察能力。

本文建議采用QDeV來考察學生的學習實踐效果。如表1所示。

這種考察方法的依據(jù)是QDeV這4個環(huán)節(jié)依次進行，而且難度依次遞減，質(zhì)疑難度最大，設計次之，確認最易。

對于一般難度的問題，教師在多數(shù)情況下可按表中第3級方式進行講授，即課堂上給出問題和設計，之后就說明結(jié)論，由學生根據(jù)自己的接受情況來選擇是否需要執(zhí)行和確認。這樣課堂上保證70%的學生能理解掌握。經(jīng)過幾個學期的QDeV實踐，在以下方面取得成效：

(1) 學生興趣提高，考核成績相對提高5～8個百分點。

(2) 教師負擔減輕，可持續(xù)改進教學方法。

(3) 師生之間以質(zhì)疑和驗證建立良好的溝通。

4 結(jié)束語

編程語言教學實踐過程中存在課堂缺乏驗證、學生缺乏興趣的問題，本文從最基本的教學實踐環(huán)節(jié)入手，以質(zhì)疑和驗證為基礎(chǔ)，探討了一種新的教學實踐方法：QDeV，包含了4個環(huán)節(jié)：Question質(zhì)疑、Design設計、Execution執(zhí)行、Validation確認。該方法的特色是質(zhì)疑驅(qū)動、以驗證性設計為中心、個性化和實踐性。實踐表明QDeV能有效改善編程語言教學實踐的效果。

參考文獻

[1] 嚴悍，衷宜，張琨.ADept:啟發(fā)程序求解能力的一種有效途徑[J].中國當代教育，2006，(5)：1-5.

[2] 余立功，嚴悍，宋繼紅.基于具體項目的項目管理教學[J].計算機教育，2007，(6)：34-36.