面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的深度教學(xué)模式改革

袁運(yùn)浩+葛桂萍+李云+陳才扣

（揚(yáng)州大學(xué) 信息工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

摘要：不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)具有更多復(fù)雜難懂的概念。受深度學(xué)習(xí)思想啟發(fā)，本文結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，主要探討面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的深度教學(xué)模式，以期培養(yǎng)出的學(xué)生具有“分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造”的高階思維認(rèn)知，從而提升他們?cè)趯?shí)踐應(yīng)用中的程序設(shè)計(jì)與開發(fā)能力。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；教學(xué)模式；深度學(xué)習(xí)；程序設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）18-0112-02

實(shí)際應(yīng)用中，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)已成為人們廣泛采用的一種程序設(shè)計(jì)方法，是計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)人員必須掌握的一種基本思想和技術(shù)。本質(zhì)上，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法以類的具體實(shí)例——對(duì)象為基礎(chǔ)，利用特定的軟件工具將對(duì)象客體描述直接轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)。此設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，成功地解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法中客觀對(duì)象描述與軟件結(jié)構(gòu)之間的不一致性問題。與結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法相比，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法具有開發(fā)周期短、代碼冗余度小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便、軟件維護(hù)難度與代價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。更為重要的是，其實(shí)現(xiàn)了重用性、靈活性以及擴(kuò)展性等軟件工程的三個(gè)主要目標(biāo)。由于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的眾多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)高校普遍為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)本科生開設(shè)了這一課程，以期學(xué)生能夠深入理解面向?qū)ο蟮幕舅枷牒驮O(shè)計(jì)原則，較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式，從而促使學(xué)生掌握關(guān)鍵的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，培養(yǎng)他們對(duì)相關(guān)新興技術(shù)的快速學(xué)習(xí)能力。

一、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的主要特征

不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法（即面向過程的程序設(shè)計(jì)方法），面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法主要有如下特征。

1.抽象性。在現(xiàn)實(shí)世界中，許多特定事物或過程總是存在著某些相似特性，將這些相似特性加以歸納，并暫時(shí)忽略它們之間的不同與差異，這就是所謂的抽象。也就是說，抽象更多地強(qiáng)調(diào)實(shí)例的本質(zhì)特性（即共有特征），而不考慮它們的細(xì)節(jié)與不同。例如，在設(shè)計(jì)教學(xué)管理信息系統(tǒng)時(shí)，教師這個(gè)對(duì)象僅需考慮他們的工號(hào)、姓名、所在院系等與系統(tǒng)相關(guān)的共同特性，而不用考慮他們的身高、體重等信息。

2.封裝性。封裝是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是一種信息隱藏技術(shù)，就是將數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的操作集中起來放在對(duì)象內(nèi)部。從外面看，對(duì)象是一個(gè)不透明的黑盒，即用戶無法知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和操作的具體實(shí)現(xiàn)算法，這種方法自然地將用戶和設(shè)計(jì)者分開。事實(shí)上，用戶無須了解實(shí)現(xiàn)操作的具體細(xì)節(jié)，僅需利用設(shè)計(jì)者向外界提供的接口即可。

3.繼承性。繼承是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的又一重要概念。它可以使相關(guān)子類自動(dòng)地共享父類中已定義的各種數(shù)據(jù)（屬性）與方法，而不需要重復(fù)地定義它們。另外，子類在繼承父類中的數(shù)據(jù)和方法的同時(shí)，也可重新定義某些特有的屬性與方法，使其具有與父類不同的功能。

4.多態(tài)性。多態(tài)性是指相同方法在不同的類層次中有不同的表現(xiàn)形式與功能。也就是說，對(duì)于一個(gè)具體的行為（方法）來說，父類和子類可以公用它的名字，但不同的類卻按自己定義的算法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)行為。多態(tài)性機(jī)制不僅增加了面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)的靈活性，減少了信息冗余，而且顯著提高了軟件的可重用性和可擴(kuò)充性。

由于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，且其具有諸如上述的許多復(fù)雜難懂的概念，因此，傳統(tǒng)的以“教師主講、學(xué)生主聽”的課堂教學(xué)模式已不能很好地滿足面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)課程。為了改善并提高面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生參與度，本文結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，探討基于深度學(xué)習(xí)思想的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)模式與方法，以期激發(fā)學(xué)生的課堂參與熱情，深化他們對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)相關(guān)概念的深層次理解，從而提高編程能力和學(xué)習(xí)興趣。

二、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的深度教學(xué)模式

深度學(xué)習(xí)理論于1976年由Ference Marton和Roger Saljo兩位美國(guó)學(xué)者首次提出，它不僅關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，而且特別重視學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的整體認(rèn)知和復(fù)雜問題解決能力的提升。深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)特征是學(xué)生高階思維的培養(yǎng)，即對(duì)學(xué)生分析、評(píng)價(jià)及創(chuàng)新高級(jí)認(rèn)知能力的培養(yǎng)。通過深度學(xué)習(xí)方式，學(xué)生不僅可以記憶和理解課堂知識(shí)，而且還能靈活應(yīng)用已有知識(shí)分析和解決實(shí)際問題。本文建議的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)深度教學(xué)模式受深度學(xué)習(xí)思想的啟發(fā)，是一種提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和質(zhì)量的教學(xué)方法。

1.積極探尋方法與途徑，深度了解學(xué)生。教學(xué)由“教師的教”和“學(xué)生的學(xué)”兩個(gè)方面組成，缺一不可。在講授面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程之前，教師必須尋找各種方法了解自己的學(xué)生，遵循“個(gè)性特點(diǎn)—興趣愛好—知識(shí)水平—接受能力—自主學(xué)習(xí)”的鏈?zhǔn)椒绞街鹨贿M(jìn)行深入了解。通過深度了解每位學(xué)生，教師才有可能準(zhǔn)確地把握住教學(xué)的深度、廣度及進(jìn)度，做到心中有數(shù)。同時(shí)，深度了解學(xué)生也會(huì)讓他們感受到教師的用心和負(fù)責(zé)，從而樹立良好的教師形象，使他們喜歡面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)這門課程。

2.強(qiáng)化記憶基礎(chǔ)，促進(jìn)知識(shí)理解與應(yīng)用。根據(jù)布魯姆的認(rèn)知維度層次理論，低階思維主要是指記憶、理解和應(yīng)用三個(gè)認(rèn)知層面。記憶是從較長(zhǎng)時(shí)間的記憶庫(kù)中獲取相關(guān)知識(shí)的一種手段。記憶不僅是理解和應(yīng)用的基礎(chǔ)，更是學(xué)習(xí)和解決復(fù)雜問題必不可少的一環(huán)。由于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)有著眾多復(fù)雜難懂的概念，因此在符號(hào)說明、概念理解、邏輯學(xué)習(xí)及知識(shí)應(yīng)用之前，教師應(yīng)首先讓學(xué)生牢固記憶已有的概念、方法與理論。如果學(xué)生不能熟練掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的基本概念和方法，那么他們也很難理解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的核心思想，從而影響他們基于面向?qū)ο笏枷氲某绦蜷_發(fā)。要使學(xué)生既有興趣又有熱情地學(xué)習(xí)相關(guān)概念，這就需要教師苦練內(nèi)功，盡可能地對(duì)講解內(nèi)容追本溯源，讓學(xué)生清晰地知道面向?qū)ο笾械母拍?，特別是核心概念的來龍去脈，講明為什么需要這些概念，將來在哪些地方涉及這些概念，如何使用它們并將這些概念外延到其他課程的情況。學(xué)生只有將最原始、最枯燥的概念搞清楚，才有可能進(jìn)一步地對(duì)相關(guān)知識(shí)應(yīng)用產(chǎn)生興趣，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效能感。

3.建立良好的課堂交流環(huán)境，實(shí)現(xiàn)深度互動(dòng)教學(xué)。對(duì)于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)課程，有效的教學(xué)應(yīng)是建立在師生間的暢所欲言，不斷進(jìn)行智慧碰撞、感悟傳達(dá)以及體驗(yàn)分享。要想實(shí)現(xiàn)深度互動(dòng)教學(xué)，教師應(yīng)努力構(gòu)建良好的課堂交流環(huán)境，營(yíng)造民主、平等、和諧的教學(xué)氛圍，通過“質(zhì)疑—猜想—驗(yàn)證”的方式推進(jìn)交流，不斷增進(jìn)師生感情。通過真誠(chéng)的交流與溝通，學(xué)生能夠積極擺脫自我壓抑和束縛，敢于想象，勇于表達(dá)，樂于交流，從而促進(jìn)思維發(fā)展，提高學(xué)習(xí)情感體驗(yàn)。同時(shí)，教師也能實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深度理解，使其處于輕松愉悅的情緒狀態(tài)，更易閃現(xiàn)教學(xué)靈感，從而激發(fā)更多的教學(xué)激情和創(chuàng)造力。

4.推動(dòng)高階思維發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生批判建構(gòu)和深度反思。由于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的復(fù)雜和實(shí)際應(yīng)用的多變，學(xué)生的學(xué)習(xí)注定不能僅僅停留在記憶、理解和簡(jiǎn)單應(yīng)用的低階思維層面上。這就要求教師在授課過程中必須以分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造的高階思維認(rèn)知作為培養(yǎng)目標(biāo)。教師要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展加以關(guān)注，及時(shí)給予合理的反饋，啟發(fā)他們將面向?qū)ο蟮南嚓P(guān)知識(shí)加以整合與評(píng)價(jià)，從而引導(dǎo)學(xué)生自主地深度學(xué)習(xí)，能將己有的知識(shí)歸到相關(guān)的概念系統(tǒng)中，在批判反思的基礎(chǔ)上建構(gòu)屬于自己的新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。只有這樣，學(xué)生才能在實(shí)踐中靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，創(chuàng)造性地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與開發(fā)。

三、結(jié)論

受深度學(xué)習(xí)思想啟發(fā)，本文結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，主要探討面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)課程的深度教學(xué)模式，以期培養(yǎng)出的學(xué)生具有分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造的高階思維認(rèn)知，從而提升他們?cè)趯?shí)踐應(yīng)用中的程序設(shè)計(jì)與開發(fā)能力。

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收稿日期：2016-11-26

基金項(xiàng)目：揚(yáng)州大學(xué)2016年校級(jí)本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YZUJX2016-32C，項(xiàng)目名稱：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)模式和課程體系改革研究）

作者簡(jiǎn)介：袁運(yùn)浩（1983-），男，江蘇徐州人，博士，副教授，研究方向：模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、信息融合；葛桂萍（1969-），女，江蘇高郵人，碩士，副教授，研究方向：多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺；李云（1965-），男，安徽合肥人，博士，教授，研究方向：模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算；陳才扣（1967-），男，江蘇姜堰人，博士，教授，研究方向：模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺。