以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》教學(xué)案例設(shè)計(jì)

翁佩純，馬慧，張遠(yuǎn)海

（1.電子科技大學(xué)中山學(xué)院，中山 528400；2.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，中山 528400）

以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》教學(xué)案例設(shè)計(jì)

翁佩純1，馬慧1，張遠(yuǎn)海2

（1.電子科技大學(xué)中山學(xué)院，中山 528400；2.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，中山 528400）

《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，教學(xué)案例將直接影響其教學(xué)效果。針對(duì)目前教學(xué)案例存在的問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，提出以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)案例設(shè)計(jì)方法。通過(guò)實(shí)例講述從案例選題、內(nèi)容設(shè)計(jì)、任務(wù)分解等方面，將面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)融入到一個(gè)案例中，并以任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作開(kāi)發(fā)，提供一種新的教學(xué)思路。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)；案例設(shè)計(jì)；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

0 引言

《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的且實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)案例的設(shè)計(jì)將直接影響本課程的教學(xué)質(zhì)量。由于課程的學(xué)習(xí)對(duì)象一般是大一的學(xué)生，多數(shù)學(xué)生屬于第一次接觸計(jì)算機(jī)編程，加上面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)本身的抽象性和復(fù)雜性，使很多學(xué)生望而卻步。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，是指學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個(gè)共同的任務(wù)活動(dòng)中心，在強(qiáng)烈的問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)資源的積極主動(dòng)應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)［1］。本文將以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”來(lái)進(jìn)行教學(xué)案例的設(shè)計(jì)，研究出一套符合《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程的教學(xué)案例。

1 目前教學(xué)案例設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

目前《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程的教學(xué)案例，普通存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）教學(xué)案例多數(shù)以知識(shí)點(diǎn)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比較單一，缺乏案例之間的連貫性。

（2）以標(biāo)準(zhǔn)化習(xí)題和簡(jiǎn)單的編程題為主，缺少對(duì)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的訓(xùn)練和考核，這種脫離實(shí)際應(yīng)用的案例最終導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。

（3）從教學(xué)效果上來(lái)看，學(xué)生基本程序設(shè)計(jì)能力差，遇到實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題毫無(wú)頭緒，無(wú)法分析和解決實(shí)際問(wèn)題。

2 教學(xué)案例設(shè)計(jì)原則

在教學(xué)案例的設(shè)計(jì)上，以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)原則：

（1）教學(xué)案例的設(shè)計(jì)應(yīng)該逐步提高、前后連貫，要能緊密聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固課堂知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（2）由教師對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解，完成示范性教學(xué)，讓學(xué)生分組進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，同時(shí)學(xué)習(xí)如何按“分而治之”策略解決一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模與復(fù)雜性的實(shí)際問(wèn)題。

（3）鼓勵(lì)學(xué)生在完成任務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定程度的創(chuàng)新，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，但不是以任務(wù)為終結(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 教學(xué)案例設(shè)計(jì)思路

3.1 案例選題

首先案例的選題應(yīng)具有一定挑戰(zhàn)性，同時(shí)應(yīng)兼有趣味性。在實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，每成功完成一個(gè)子任務(wù)都能給學(xué)生帶來(lái)極大的成就感，激發(fā)學(xué)生實(shí)踐的興趣。例如，模擬銀行柜臺(tái)存取款程序、模擬圖書(shū)館借還書(shū)程序等。

3.2 內(nèi)容設(shè)計(jì)

案例的內(nèi)容應(yīng)注重前后知識(shí)運(yùn)用的綜合性和連貫性，后續(xù)案例以前續(xù)案例為基礎(chǔ)。例如，在講授類(lèi)與對(duì)象的知識(shí)時(shí)，設(shè)計(jì)的案例包含如何類(lèi)的定義和實(shí)現(xiàn)，成員函數(shù)的調(diào)用等內(nèi)容，后續(xù)的內(nèi)容如對(duì)象數(shù)組、類(lèi)的繼承與派生、文件讀寫(xiě)等知識(shí)要點(diǎn)都可以不斷的融入到前面案例中。這樣一方面可以復(fù)習(xí)前面的知識(shí)，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化意識(shí)，以幫助學(xué)生建立知識(shí)體系。

3.3 任務(wù)分解

對(duì)于難度和規(guī)模較大的案例，為了避免學(xué)生突然面對(duì)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)毫無(wú)頭緒，須將其分解為一個(gè)個(gè)學(xué)生可把握復(fù)雜性的任務(wù)，再為每一任務(wù)提供足夠的指南與參考資源，每一任務(wù)同時(shí)也是可交付、可評(píng)價(jià)的。任務(wù)分解可使學(xué)生同時(shí)學(xué)習(xí)如何按“分而治之”策略解決一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模與復(fù)雜性的實(shí)際問(wèn)題。

3.4 兼顧實(shí)踐創(chuàng)新

以任務(wù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可提供一些進(jìn)一步完善開(kāi)發(fā)的意見(jiàn)，作為選做的進(jìn)階任務(wù)。通過(guò)加分等獎(jiǎng)勵(lì)方式，鼓勵(lì)動(dòng)手能力較好的學(xué)生去嘗試。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生在此基礎(chǔ)上自行創(chuàng)新，收集這些素材作為以豐富教學(xué)資源庫(kù)。

4 具體案例設(shè)計(jì)

下面將以一個(gè)具體的教學(xué)案例來(lái)說(shuō)明以 “任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)案例設(shè)計(jì)思路和方法。

4.1 案例描述

在講授“類(lèi)與對(duì)象”這一概念時(shí)，對(duì)于初次接觸“面向?qū)ο蟆边@個(gè)抽象的概念，多數(shù)學(xué)生一時(shí)難以接受。因此在設(shè)計(jì)教學(xué)案例時(shí)應(yīng)遵從“由易入難，逐步推進(jìn)”的設(shè)計(jì)原則，把各個(gè)知識(shí)點(diǎn)包含在案例的講授當(dāng)中［2］。例如，如何定義類(lèi)、使用對(duì)象數(shù)組、動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存、拷貝構(gòu)造函數(shù)等。這個(gè)案例將設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易圖書(shū)館借閱管理系統(tǒng)，把抽象的概念用具體的實(shí)例展示給學(xué)生，使學(xué)生能融會(huì)貫通。

下面的案例將以面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易圖書(shū)館借閱管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)查找圖書(shū)、登錄系統(tǒng)、借書(shū)、還書(shū)等功能，按需求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)Book類(lèi)、Reader類(lèi)、Library類(lèi)。

4.2 任務(wù)分解

這個(gè)題目對(duì)于剛剛接觸面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，會(huì)覺(jué)得任務(wù)超出負(fù)荷且毫無(wú)頭緒。因此下面將進(jìn)行任務(wù)分解，使每一個(gè)任務(wù)做到學(xué)生能接受并相信此任務(wù)的難度是在自己的實(shí)踐能力之內(nèi)。

（1）Book類(lèi)定義與實(shí)現(xiàn)

【任務(wù)1-1】編寫(xiě)一個(gè)Book類(lèi)，用于描述圖書(shū)，其數(shù)據(jù)成員（私有）如表1所示。

表1 Book類(lèi)數(shù)據(jù)成員表

通過(guò)組織學(xué)生分小組討論該題目，讓學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，主要包含以下幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)：

（1）類(lèi)的定義

（2）數(shù)據(jù)成員的定義

（3）構(gòu)造函數(shù)的定義

（4）成員函數(shù)的定義

接下來(lái)進(jìn)行示范性教學(xué)，可由教師給出類(lèi)的定義頭文件”Book.h”，由學(xué)生來(lái)完成類(lèi)的實(shí)現(xiàn)。這樣不僅給學(xué)生主動(dòng)思考自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的編程風(fēng)格。以下是參考代碼。

class Book ｛

private：

string name；string ISBN；string writer；

string public_name；double price；int number；

public：

Book（string myname="Unknown"，string myISBN="Unknown"，string mywriter="Unknown"，string mypub="Unknown"，double myprice=0.0，int mynum=0）；

void setData（string myname，string myISBN，string mywriter，string mypub，double myprice，int mynum）；

void print（）；

string getName（）；

string getWriter（）；

string getISBN（）；

int getNumber（）；

void borrow（）；

void restore（）；

｝；

【課堂討論】完成以上Book類(lèi)的實(shí)現(xiàn)之后，組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論：

①圖書(shū)館中有多本書(shū)，如何表示和存儲(chǔ)？

②目前暫未實(shí)現(xiàn)Reader讀者類(lèi)，如何測(cè)試借還書(shū)？

在經(jīng)過(guò)充分討論之后，給出下一個(gè)任務(wù)。

【任務(wù)1-2】本任務(wù)的設(shè)計(jì)目的是將Book類(lèi)的定義與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成為一個(gè)可交付的題目，從而讓學(xué)生收獲一個(gè)子任務(wù)的成就感。

·在main函數(shù)中，定義一個(gè)Book類(lèi)的對(duì)象數(shù)組，包含5本書(shū)，參考代碼如下。

Book arrBooks［5］=｛

Book（"Java編程思想"，"?？藸?，"機(jī)械工業(yè)出版社"，78.0，3，"9787111213826"），

Book（"C++程序設(shè)計(jì)"，"陳可"，"電子工業(yè)出版社"，45.6，2，"9787145513853"），

Book（"程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)"，"張欣易"，"北京大學(xué)出版社"，35.0，3，"9784380850350"），

Book（"Linux入門(mén)"，"李旺"，"機(jī)械工業(yè)出版社"，56.7，1，"9784254465775"），

Book（"Unix編程大全"，"程查斯"，"清華大學(xué)出版社"，128.5，2，"9784343465729"）｝；

·設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)主菜單，要求有以下選項(xiàng)，如圖1所示。

·編程模擬10次借還書(shū)的操作，要求所操作的圖書(shū)序號(hào)是隨機(jī)的，借還書(shū)的操作是等概率的。參考代碼如下。

srand（（unsigned）time（0））； //#include＜ctime＞

for（int i=0；i＜10；i++）

｛

int j=rand（）%2；

if（j==0）

｛

//模擬借書(shū)操作

int index=rand（）%5；//總共5本書(shū)，模擬其下標(biāo)

arrBooks［index］.borrow（）；

｝

else｛

模擬還書(shū)操作；｝

｝

圖1 任務(wù)1的系統(tǒng)主菜單

（2）Reader類(lèi)定義與實(shí)現(xiàn)

【任務(wù)2-1】編寫(xiě)一個(gè)Reader類(lèi)，用于描述讀者，其數(shù)據(jù)成員（私有）如表3所示。

表2 Reader類(lèi)數(shù)據(jù)成員表

【課堂討論】引導(dǎo)學(xué)生對(duì)下面幾個(gè)方面進(jìn)行課堂討論并進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)：

①缺省構(gòu)造函數(shù)的作用；

②析構(gòu)函數(shù)的作用；

③成員函數(shù)borrow算法描述如下：

void borrow（Book&b）

｛

如果已借書(shū)本數(shù)未達(dá)到max上限，則

b.borrow（）；//調(diào)用Book類(lèi)的borrow函數(shù)，使該書(shū)書(shū)目減1

//把書(shū)本b的各項(xiàng)信息復(fù)制到數(shù)組中的第number個(gè)元素中

arrBooks［number++］=b；

｝

④成員函數(shù)restore算法描述如下：

void restore（Book&b）；

｛

首先查找書(shū)本b在books數(shù)組中的下標(biāo)index

如果找到這本書(shū)，則把它從arrBooks數(shù)組中刪除

b.restore（）；//調(diào)用Book類(lèi)的restore函數(shù)，使該書(shū)書(shū)目加1

number--；

｝

【任務(wù)2-2】本任務(wù)的設(shè)計(jì)目的是融合任務(wù)1和任務(wù)2，設(shè)計(jì)成為一個(gè)可交付的題目，從而讓學(xué)生完成讀者借還書(shū)操作的功能。

①定義Reader類(lèi)的對(duì)象數(shù)組，參考代碼如下。

Reader arrReaders［2］=｛Reader（"陳小藝"，"150302"，"計(jì)算機(jī)"，10），Reader（"吳海"，"150204"，"人文社科"，5）｝；

②設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)主菜單，要求有如圖2所示的選項(xiàng)。

圖2 任務(wù)2的系統(tǒng)主菜單

（3）借書(shū)和還書(shū)時(shí)，首先要輸入該讀者的借書(shū)證號(hào)登錄系統(tǒng)。設(shè)計(jì)子菜單如圖3所示。

【問(wèn)題反饋】學(xué)生經(jīng)過(guò)編程運(yùn)行之后，發(fā)現(xiàn)了如下問(wèn)題：

①初始化Reader對(duì)象數(shù)組后，每個(gè)對(duì)象所包含的arrBooks指針是錯(cuò)誤指針。

圖3 登錄系統(tǒng)后的菜單

②借還書(shū)成功后圖書(shū)庫(kù)存數(shù)量未發(fā)生變化。

根據(jù)所反饋的問(wèn)題，教師進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)講解，問(wèn)題①講解拷貝構(gòu)造函數(shù)的知識(shí)點(diǎn)，問(wèn)題②講解函數(shù)的參數(shù)為對(duì)象引用的知識(shí)點(diǎn)，貫徹“示范－模仿－實(shí)踐”的教學(xué)方式。

（3）Library類(lèi)定義與實(shí)現(xiàn)

通過(guò)上述任務(wù)1和任務(wù)2的練習(xí)，學(xué)生基本能掌握類(lèi)的定義格式，構(gòu)造函數(shù)的含義與作用，對(duì)象數(shù)組，動(dòng)態(tài)對(duì)象數(shù)組的申請(qǐng)與釋放等，此時(shí)在原基礎(chǔ)上提出新的任務(wù)要求，學(xué)生只需將已完成的項(xiàng)目略加整合和修改即可，較容易被接受。

【任務(wù)3】編寫(xiě)一個(gè)Library類(lèi)，用于描述圖書(shū)館，其數(shù)據(jù)成員（私有）包含有：

①Book*arrBooks；//Book對(duì)象數(shù)組，包含所有圖書(shū)館的書(shū)

②int book_num； //目前已有書(shū)目數(shù)

③Reader*arrReaders； //Reader對(duì)象數(shù)組，包含所有讀者

④int reader_num；//目前已有讀者數(shù)

要求實(shí)現(xiàn)圖書(shū)管理函數(shù)：查看所有圖書(shū)，查找圖書(shū)功能；實(shí)現(xiàn)讀者功能函數(shù)：登錄系統(tǒng)，借書(shū)，還書(shū)功能等。

【任務(wù)進(jìn)階】豐富Library類(lèi)的功能，增加管理員用例，以區(qū)分普通讀者。管理員可對(duì)圖書(shū)和讀者進(jìn)行增刪改操作。

這個(gè)進(jìn)階任務(wù)雖然看似簡(jiǎn)單，卻包含了許多知識(shí)點(diǎn)，如管理員身份的表示，登錄后的菜單調(diào)用等。可以組織學(xué)生以2～3人的團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行討論和課后開(kāi)發(fā)，再由團(tuán)隊(duì)進(jìn)行演示。從教學(xué)效果來(lái)看，不少學(xué)生能完成以上進(jìn)階任務(wù)，其中有不少學(xué)生還考慮到字體顏色、背景顏色等效果，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

經(jīng)過(guò)以上任務(wù)分解，學(xué)生基本可以清楚整個(gè)圖書(shū)館借閱管理系統(tǒng)流程和架構(gòu)，熟悉面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想，并在每一個(gè)任務(wù)中得到了鍛煉。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，教師應(yīng)發(fā)揮指導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生將所接觸到的知識(shí)自我消化，融合新舊知識(shí)，探索知識(shí)創(chuàng)新應(yīng)用，從而超過(guò)課本的局限，應(yīng)用到解決實(shí)際問(wèn)題上。

5 結(jié)語(yǔ)

以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)案例，通過(guò)課堂討論、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、模仿并創(chuàng)新等方式，讓學(xué)生在實(shí)踐中消化和理解知識(shí)難點(diǎn)。連續(xù)的幾屆教學(xué)實(shí)踐證明，采用“以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的案例式教學(xué)模式”，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

［1］張松敏，王國(guó)強(qiáng).案例—任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式的計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言教學(xué)探究［J］.計(jì)算機(jī)教育，2010（2）.

［2］楊瑞龍，朱征宇，朱慶生.引入軟件設(shè)計(jì)模式的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)方法［J］.計(jì)算機(jī)教育，2012（10）.

Design of Task-Driven Teaching Cases in OOP Course

WENG Pei-chun1，MA Hui1，ZHANG Yuan-hai2
（1.University of Electronic Science and Technology of China，Zhongshan Institute，Zhongshan 528400；2.Zhongshan Torch Polytechnic，Zhongshan 528400）

OOP course is a very practical course.Teaching cases will directly affect its teaching effect.Analyzes and summarizes the currently problems existing in the teaching cases，proposed task-driven teaching cases.Gives an example to show how to put OOP knowledge points into a teaching case from the case topics，content and decomposition.

Task-Driven；Teaching Case Design；OOP

電子科技大學(xué)中山學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（No.JXTD201502）、“十二五”規(guī)劃2013年青年課題子課題項(xiàng)目（No.W_QNZ201401）

1007-1423（2016）21-0050-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.21.011

翁佩純（1982-），女，廣東潮安人，碩士，講師，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)計(jì)算、移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

馬慧（1981-），女，廣東中山人，博士，副教授，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)理論、圖數(shù)據(jù)查詢

張遠(yuǎn)海（1978-），男，黑龍江牡丹江人，本科，工程師，研究方向?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)

2016-05-17

2016-07-20