程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的外訓(xùn)教學(xué)探索

趙 斐,楊吉斌,曹鐵勇,徐 勇

（1．陸軍工程大學(xué) 指揮控制工程學(xué)院,江蘇 南京210007；2．陸軍工程大學(xué) 通信工程學(xué)院,江蘇 南京210007）

0 引 言

新世紀(jì)以來(lái),我軍以越來(lái)越開(kāi)放的姿態(tài)面對(duì)世界,軍事外交已成為我國(guó)外交工作的重要組成部分。其中,為外軍培訓(xùn)現(xiàn)代化的指揮和技術(shù)人員,是一項(xiàng)非常重要而有意義的工作。外訓(xùn)的培訓(xùn)質(zhì)量直接影響我軍的國(guó)際聲譽(yù)。相較于傳統(tǒng)意義的本科培訓(xùn),外訓(xùn)從人員組成、培訓(xùn)目標(biāo)和方法手段等各種方面都有著自身的特點(diǎn),簡(jiǎn)單地將常規(guī)課程的培養(yǎng)模式復(fù)制到外訓(xùn)教學(xué)中,往往會(huì)造成效率低下、目標(biāo)模糊、方法不適等,難以達(dá)成外訓(xùn)的目標(biāo)。為了達(dá)到優(yōu)良的培訓(xùn)效果,外訓(xùn)課程的實(shí)施需要依據(jù)外訓(xùn)工作的特點(diǎn),結(jié)合各課程的自身規(guī)律,進(jìn)行深入的課程設(shè)計(jì)。

1 教學(xué)目標(biāo)

準(zhǔn)確定位人才培養(yǎng)目標(biāo),是做好任職培訓(xùn)的關(guān)鍵[1]。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)目標(biāo)是使學(xué)生具有運(yùn)用計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本理論和方法,發(fā)現(xiàn)、分析、處理實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和品質(zhì);滿足獨(dú)立從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備保障的工作需求;勝任相應(yīng)的裝備保障或網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的參謀工作崗位。這些崗位側(cè)重于學(xué)生對(duì)信息系統(tǒng)的建設(shè)、謀劃、維護(hù)、管理等方面工作的宏觀掌控能力,側(cè)重于學(xué)生運(yùn)用信息系統(tǒng)遂行通信、安全等工作的任職能力。因此,專(zhuān)業(yè)任職培訓(xùn)的目的并不是要學(xué)生成為優(yōu)秀的軟件工程師或者程序員,而是具有更高能力要求的任職,這對(duì)程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)設(shè)定了更高的目標(biāo)。

除此之外,外訓(xùn)學(xué)生還存在前期教育程度不同、專(zhuān)業(yè)分布不均、年齡跨度大、能力素質(zhì)不齊等諸多特點(diǎn),讓各層次的學(xué)生都能煥發(fā)學(xué)習(xí)熱情、學(xué)有所得是教師面臨的難題。

針對(duì)上述問(wèn)題,重新審視程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)工作,將任職能力培養(yǎng)的需求落實(shí)到課程教學(xué)目標(biāo),提出更有針對(duì)性的教學(xué)目標(biāo):通過(guò)本課程的教學(xué),學(xué)生能夠具備利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的思維模式,掌握用計(jì)算機(jī)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的常見(jiàn)思路,培養(yǎng)學(xué)生從程序的角度分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,提高學(xué)生信息素養(yǎng),為達(dá)到任職培訓(xùn)的總體目標(biāo)打下良好基礎(chǔ)。

2 授課指導(dǎo)思想

利用計(jì)算機(jī)編程解決實(shí)際問(wèn)題,需要經(jīng)過(guò)問(wèn)題分析、程序設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié),每個(gè)環(huán)節(jié)的完成都需要對(duì)應(yīng)能力的支撐。解決問(wèn)題前必須將問(wèn)題分析清楚,包括確定程序目標(biāo)、合理分解任務(wù)、明確輸入和輸出,此時(shí)并不需要考慮具體語(yǔ)言的種類(lèi)。程序設(shè)計(jì)需要考慮怎樣用程序達(dá)成目標(biāo),如設(shè)計(jì)流程、組織數(shù)據(jù)、構(gòu)造算法等,這個(gè)環(huán)節(jié)是解決問(wèn)題過(guò)程中最難的一部分,跟語(yǔ)言有一定的關(guān)系,但并不依賴(lài)于某種具體語(yǔ)言。編程實(shí)現(xiàn)是把算法翻譯成某種具體語(yǔ)言的過(guò)程。

外訓(xùn)學(xué)生的培訓(xùn)需求主要面向管理崗位,涉及實(shí)際問(wèn)題的分析與解決。因此,基于計(jì)算思維進(jìn)行問(wèn)題分析和程序設(shè)計(jì)兩個(gè)環(huán)節(jié)是本門(mén)外訓(xùn)課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn),教學(xué)效果將直接影響學(xué)生利用計(jì)算機(jī)來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維模式和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。教師宜在教學(xué)過(guò)程中牢牢把握利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的初衷,偏重于這兩個(gè)環(huán)節(jié)的引導(dǎo)和訓(xùn)練,逐步形成課程教學(xué)與能力培養(yǎng)的協(xié)調(diào)關(guān)系。

3 項(xiàng)目牽引式的教學(xué)模式

“項(xiàng)目牽引式”的教學(xué)模式以建構(gòu)主義教育思想為指導(dǎo),合理定位教與學(xué)的關(guān)系,將教學(xué)內(nèi)容寓于不同階段的項(xiàng)目任務(wù)中,師生的教與學(xué)都圍繞這些項(xiàng)目來(lái)展開(kāi),整個(gè)教學(xué)活動(dòng)最終被模擬成“在用戶需求中完成特定項(xiàng)目”[2]。工作、生活中有很多實(shí)際問(wèn)題,如校內(nèi)班車(chē)查詢、圖書(shū)管理、學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)定等,都可以考慮使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)幫助解決,把這些問(wèn)題提煉為計(jì)算機(jī)編程項(xiàng)目,采用項(xiàng)目牽引的方式,組織課程教學(xué)。

把計(jì)算機(jī)技術(shù)引入實(shí)際問(wèn)題的解決中,是學(xué)生形成使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的思維模式的開(kāi)端;將實(shí)際問(wèn)題抽象成計(jì)算機(jī)可解決的項(xiàng)目并將其解決的過(guò)程,是訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)一步具備用計(jì)算機(jī)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的思路和能力的過(guò)程。

1 )項(xiàng)目選取及分解。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,課程盡量選取貼近工作和生活的問(wèn)題作為項(xiàng)目;為了學(xué)生全面掌握知識(shí),所選項(xiàng)目應(yīng)具有一定復(fù)雜度和對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的覆蓋度。

“學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)定系統(tǒng)”包含系統(tǒng)登錄、提示和功能導(dǎo)航、學(xué)生信息管理、學(xué)生成績(jī)管理、信息導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能,某些功能還可以進(jìn)行分解,如圖1所示。選取該系統(tǒng)作為貫穿教學(xué)始終的整體性項(xiàng)目,理論授課和實(shí)驗(yàn)授課都緊密?chē)@該項(xiàng)目展開(kāi)。這一項(xiàng)目與每位學(xué)生息息相關(guān),且該項(xiàng)目所設(shè)置的功能能夠覆蓋到大多數(shù)知識(shí)點(diǎn),兼顧普適性和難易度。

圖1 學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)定系統(tǒng)

2 )能力培養(yǎng)為主線的教學(xué)思路。

按照教材章節(jié)依次學(xué)習(xí)各知識(shí)點(diǎn),從獨(dú)立案例逐漸積累程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)而學(xué)習(xí)復(fù)雜項(xiàng)目的解決方法,這種方案有利于學(xué)生更細(xì)致地學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn),但不利于學(xué)習(xí)者從整體上把握學(xué)習(xí)對(duì)象。為了更好地達(dá)到本課程的教學(xué)效果,授課伊始,我們就傾向于直面問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生思考該問(wèn)題可否通過(guò)計(jì)算機(jī)解決,需要解決哪些問(wèn)題,求解需要哪些知識(shí)。整個(gè)過(guò)程采用自頂向下的方式,將復(fù)雜問(wèn)題分解為相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題,將各個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題的求解集成復(fù)雜問(wèn)題的求解。在這個(gè)過(guò)程中建立學(xué)生對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí),給學(xué)生一個(gè)解決問(wèn)題的整體思路,潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

結(jié)合程序開(kāi)發(fā)過(guò)程,項(xiàng)目求解過(guò)程分為兩個(gè)主要階段:總項(xiàng)目分解和子項(xiàng)目求解。如圖2所示,在總項(xiàng)目分解時(shí),學(xué)生需要分析項(xiàng)目需要完成的功能、滿足的需求,以此確定程序目標(biāo)和功能模塊劃分。在這一階段,問(wèn)題分析偏重大的功能需求;程序設(shè)計(jì)偏重總體的設(shè)計(jì)策略,不涉及具體實(shí)現(xiàn)的步驟。通過(guò)這個(gè)階段的學(xué)習(xí),學(xué)生可以初步建立問(wèn)題分析和程序設(shè)計(jì)的概念。

在子項(xiàng)目求解階段(見(jiàn)圖3),教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)子項(xiàng)目的功能進(jìn)行細(xì)化,形成功能模塊,完成代碼編寫(xiě)。在這一階段,問(wèn)題分析更偏重細(xì)節(jié),包括當(dāng)前項(xiàng)目涉及的數(shù)據(jù)類(lèi)型、存儲(chǔ)方式和具體算法等工作;程序設(shè)計(jì)偏重于問(wèn)題求解的步驟,畫(huà)出模塊的流程圖。在這個(gè)階段的學(xué)習(xí)過(guò)程中,子項(xiàng)目的難度依次增加,通過(guò)反復(fù)講解、訓(xùn)練,逐層遞進(jìn)地提升學(xué)生的問(wèn)題分析、程序設(shè)計(jì)的能力,最后通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)的訓(xùn)練加深學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的總體理解。

圖2 總項(xiàng)目分解

圖3 子項(xiàng)目求解

3 )項(xiàng)目牽引下的內(nèi)容設(shè)置。

本課程以C語(yǔ)言作為教學(xué)語(yǔ)言,常見(jiàn)的C語(yǔ)言教材大都按照語(yǔ)言結(jié)構(gòu)分類(lèi)知識(shí)點(diǎn),各個(gè)知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立,學(xué)生不易形成知識(shí)框架。知識(shí)只是工具,并不是學(xué)習(xí)的全部目的,為了更好地貫徹項(xiàng)目牽引的教學(xué)思路,我們以完成項(xiàng)目為目標(biāo),從解決問(wèn)題的角度尋求所需的知識(shí),變從知識(shí)出發(fā)到從問(wèn)題出發(fā),有目的性地學(xué)習(xí)知識(shí)。

如圖4所示,根據(jù)求解難度,我們對(duì)子項(xiàng)目進(jìn)行排序,分成簡(jiǎn)單項(xiàng)目、中等難度項(xiàng)目和較高難度項(xiàng)目3層。以項(xiàng)目求解為主線,將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解,按照項(xiàng)目所需來(lái)重組各種概念,形成與項(xiàng)目分層對(duì)應(yīng)的內(nèi)容分層。在求解項(xiàng)目過(guò)程中,將原來(lái)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)融合在一起,讓學(xué)生形成一個(gè)基本框架,形成問(wèn)題分析、程序設(shè)計(jì)、代碼實(shí)現(xiàn)的整體思路[3]。

圖4 基于分層設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)置

簡(jiǎn)單項(xiàng)目是指目標(biāo)比較清晰、程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)類(lèi)型單一的小項(xiàng)目,如“提示與功能導(dǎo)航”模塊,需要簡(jiǎn)單流程控制、簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型和處理等基礎(chǔ)知識(shí);中等難度項(xiàng)目是指程序流程控制較為復(fù)雜,數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣的小項(xiàng)目,如系統(tǒng)登錄、成績(jī)排序等模塊,需要分支、循環(huán)、數(shù)組等中等難度知識(shí);高難度項(xiàng)目是指程序流程控制復(fù)雜、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)多樣化的小項(xiàng)目,如動(dòng)態(tài)增刪學(xué)生信息、信息導(dǎo)出等模塊,需要?jiǎng)討B(tài)鏈表、文件等高難度知識(shí)。

根據(jù)各難度項(xiàng)目覆蓋的知識(shí)點(diǎn)將授課內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)、中等難度知識(shí)、高難度知識(shí)3個(gè)層次,如表1所示。

在基礎(chǔ)知識(shí)部分,考慮到C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上就是函數(shù),最簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言程序也必須以函數(shù)的形式存在,我們首先講解函數(shù)的概念,并使用函數(shù)。C語(yǔ)言包含豐富的運(yùn)算符,本部分先講授基本算術(shù)運(yùn)算符,其他的運(yùn)算符如關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符等放在后面相應(yīng)的部分講。通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)部分的學(xué)習(xí),學(xué)生可以建立簡(jiǎn)單的知識(shí)框架,從宏觀上理解C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),應(yīng)用C語(yǔ)言解決簡(jiǎn)單問(wèn)題,滿足解決簡(jiǎn)單項(xiàng)目的需求。

中等難度知識(shí)的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)為所用,只要學(xué)生學(xué)習(xí)足夠解決本層問(wèn)題的知識(shí)即可,不急于講授所有的分支和循環(huán)控制的語(yǔ)句。為了配合分支和循環(huán)語(yǔ)句,本部分講授關(guān)系、邏輯等運(yùn)算符。通過(guò)本層知識(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生可以控制程序中語(yǔ)句的執(zhí)行順序,構(gòu)建靈活性較高的程序,操作同類(lèi)型的大量數(shù)據(jù)值,滿足解決中等難度項(xiàng)目的需要。

在高難度知識(shí)的學(xué)習(xí)中,學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序控制的知識(shí)。在前期學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,學(xué)生已經(jīng)掌握了程序設(shè)計(jì)的基本框架,具備了一定的理解力和自我學(xué)習(xí)的能力,此階段的很多知識(shí)的學(xué)習(xí)可以一點(diǎn)即通。通過(guò)本層知識(shí),學(xué)生可以使用高階的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序控制編制更有效率的程序,滿足解決高難度項(xiàng)目的需要。

表1 知識(shí)分層表

4) 組內(nèi)分層互助的教學(xué)方法。

外訓(xùn)學(xué)生基礎(chǔ)不同,綜合素質(zhì)差異較大,為了達(dá)到盡快縮小差異,共同進(jìn)步的目的,實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課后學(xué)習(xí)采用組內(nèi)分層互助的教學(xué)方法,具體實(shí)施環(huán)節(jié)始終遵循團(tuán)隊(duì)合作、互幫共進(jìn)、教師指導(dǎo)的原則[4]。

(1)團(tuán)隊(duì)合作。根據(jù)作業(yè)情況、課堂表現(xiàn)、語(yǔ)言能力、宗教信仰等綜合情況將學(xué)生進(jìn)行分組,每組3～4名同學(xué),確保每組內(nèi)兼有不同層次的同學(xué)。在實(shí)施小項(xiàng)目的時(shí)候,每位成員輪流擔(dān)任小項(xiàng)目組織者,采用串行或并行的方式合理安排項(xiàng)目流程的階段分工,帶領(lǐng)組員完成項(xiàng)目。在整個(gè)過(guò)程中,小組每位成員都對(duì)本組成績(jī)負(fù)責(zé),會(huì)強(qiáng)有力地促進(jìn)學(xué)生之間的互動(dòng)和激勵(lì)。

(2)互幫共進(jìn)。在每個(gè)小組內(nèi),綜合素質(zhì)較好、學(xué)有余力的同學(xué)在幫助他人的同時(shí),也可鞏固所學(xué)知識(shí),提高組織、協(xié)調(diào)能力;表現(xiàn)較弱的同學(xué)可得到來(lái)自老師和同學(xué)的雙重幫助。小項(xiàng)目完成后,每組由上期綜合表現(xiàn)較弱同學(xué)匯報(bào)最終成果,根據(jù)匯報(bào)情況,老師給出小組所有成員的成績(jī)。該成績(jī)?yōu)樾〗M所有成員成績(jī),以此促進(jìn)小組內(nèi)部互幫互助。

(3)教師指導(dǎo)。在教師引導(dǎo)下,組內(nèi)同學(xué)充分討論小項(xiàng)目解決方案,突破關(guān)鍵點(diǎn)理解瓶頸,共同分析問(wèn)題,給出某種算法、畫(huà)出流程圖。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,每組同學(xué)往往能給出不同的解題思路,教師可引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)闊思路,理解并分析不同思路的優(yōu)缺點(diǎn)。

5 )教學(xué)效果。

教學(xué)實(shí)踐表明,項(xiàng)目牽引式的教學(xué)模式滿足了學(xué)生系統(tǒng)性學(xué)習(xí)的需求,教學(xué)內(nèi)容的重組滿足了學(xué)生重復(fù)性、漸進(jìn)性的學(xué)習(xí)需求,分組教學(xué)方法滿足了學(xué)生團(tuán)隊(duì)互助、克服差異、共同進(jìn)步的需求。學(xué)生參與度明顯提高,學(xué)習(xí)氛圍濃厚;學(xué)生普遍反映教學(xué)設(shè)計(jì)新穎,教學(xué)效果好,問(wèn)題解決能力得到提升;學(xué)生在工程碩士入學(xué)考試中普遍取得了較好的成績(jī)。

4 結(jié) 語(yǔ)

項(xiàng)目引導(dǎo)式的教學(xué)模式,提倡先進(jìn)的教學(xué)理念、配套的授課內(nèi)容和合理的教學(xué)方法,力圖使外訓(xùn)學(xué)生們學(xué)有所得,學(xué)有所用。實(shí)踐表明了項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)模式的可行性及有效性,通過(guò)實(shí)踐的不斷深入及教學(xué)措施的不斷改進(jìn),相信這種教學(xué)模式會(huì)在程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的外訓(xùn)教學(xué)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

[1]殷信橋, 伊洪冰, 王亞鵬, 等. 任職培訓(xùn)學(xué)員創(chuàng)新能力培養(yǎng)探析[J]. 硅谷, 2010(22): 135.

[2]劉細(xì)發(fā), 夏家莉. 基于建構(gòu)主義指導(dǎo)下的“項(xiàng)目牽引式”教學(xué)模式初探[J]. 電化教育研究, 2007(8): 65-67.

[3]胡斌, 李陽(yáng), 周迪斌, 等. C程序設(shè)計(jì)課程的框架式教學(xué)法[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2013(10): 92-96.

[4]祁薇, 徐東, 楊健, 等. 分層次教學(xué)在外訓(xùn)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2015(6): 86-88.