從“三個優(yōu)化”探討中美高校程序設(shè)計方法的改革與創(chuàng)新

韋慶清，周 燕，顧艷春,崔如春

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，廣東佛山528000）

如今，改革和創(chuàng)新高校教育教學(xué)模式和教學(xué)方法，提高課堂教學(xué)水平和課程教學(xué)質(zhì)量已成為每個高校大學(xué)教師所必須面對并重視的問題，同時，也成為了大學(xué)教師所要探討研究的課題。因此，筆者借著學(xué)校選派到美國馬里蘭大學(xué)交流訪學(xué)一年（2017.3-2018.3）的有利時機(jī)，從實際入手，根據(jù)所搜集和整理出來的各種實際教學(xué)數(shù)據(jù)資料及現(xiàn)場圖片資料來具體分析、比較及研究中國高校與美國高校之間各自不同的課程教學(xué)模式和教學(xué)方法，從而有效促進(jìn)教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量的提高。

下面以同一門普通高校大學(xué)本科計算機(jī)專業(yè)課程——面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計為例，主要從教學(xué)背景、教學(xué)手段和課堂教學(xué)方法這三個方面來具體比較研究中國高校（以佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)系為例，以下簡稱佛計）與美國高校（馬里蘭大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系為例，以下簡稱UMDCS（馬計））之間的實際教育理念、教學(xué)模式和教學(xué)現(xiàn)狀。

1 教學(xué)概況分析

1.1 教學(xué)背景

（1）課程介紹。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程不管是在馬計還是在佛計，都是大學(xué)本科計算機(jī)專業(yè)的必修課程，但其所設(shè)置的學(xué)分和學(xué)時數(shù)等卻有所不同。

在UMDCS（馬計），該課程安排在大學(xué)一年級春季學(xué)期，課程代號為CMSC131，課程名稱為Object-Oriented Programming，學(xué)分?jǐn)?shù)為4，學(xué)時數(shù)為72學(xué)時，其中理論課44學(xué)時，實驗課（Discussion）28學(xué)時。其詳細(xì)說明如圖1所示。

圖1 Object-Oriented Programming課程信息示意圖

而在佛計，該課程安排在大學(xué)二年級第一學(xué)期，課程名稱為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計C++，學(xué)分?jǐn)?shù)為3，學(xué)時數(shù)為48學(xué)時，其中理論課40學(xué)時，實驗課8學(xué)時。其詳細(xì)說明如圖2所示。

圖2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程信息示意圖

此外，兩所大學(xué)課程教學(xué)大綱及課堂教學(xué)內(nèi)容安排大致相同。

（2）教材。在UMDCS（馬計），不管是任課教師還是學(xué)生，都沒有統(tǒng)一指定或購買的教學(xué)用書（教材）和學(xué)習(xí)用書（課本），但任課教師會向同學(xué)們推薦學(xué)習(xí)用書，如《Java Foundations》，買與不買由學(xué)生自己決定。

而在佛計，任課教師所使用的教材和學(xué)生使用的課本都是相同的，并且會由學(xué)校相關(guān)部門統(tǒng)一為學(xué)生訂購。該課程使用的教材是由高等教育出版社2011年2月出版，李師賢等編寫的《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)（第二版）》[1]，此外，還會使用相關(guān)的輔助教材[2-3]。

（3）教學(xué)對象。在教學(xué)活動過程中，學(xué)生是教學(xué)活動的主體，教師想要很好地開展因材施教，其基本前提是要了解學(xué)生對象的基本情況，比如：之前學(xué)過的課程、學(xué)習(xí)成績以及學(xué)習(xí)態(tài)度等，為教師順利完成課程教學(xué)任務(wù)打下良好基礎(chǔ)。

在UMDCS（馬計），該課程安排的學(xué)習(xí)對象是大學(xué)一年級（如2016級）的學(xué)生，學(xué)生來源比較復(fù)雜，既有美國本地學(xué)生，也有來自世界各個不同國家的國際學(xué)生。其中比例數(shù)較多的有美國、印度、伊朗和中國等。本學(xué)期選修該課程的學(xué)生人數(shù)大約為384人，分成三個班級來實施教學(xué)任務(wù)。

在佛計，該課程安排的學(xué)習(xí)對象是大學(xué)二年級（如2014級）的學(xué)生，學(xué)生來源單一，全是中國本地學(xué)生。本學(xué)期選修該課程的學(xué)生人數(shù)為34人，該班學(xué)生之前學(xué)習(xí)過的課程有離散數(shù)學(xué)、C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計算機(jī)組成原理等。全班同學(xué)的年齡差別不大，約20歲左右。

（4）考核方法。教學(xué)評價是整個教學(xué)過程的必要環(huán)節(jié)，它不僅反映了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)情況，同時也反映出任課教師的教學(xué)情況，通過對學(xué)生的考核結(jié)果的分析，能很好地促進(jìn)及改善任課教師自身的教學(xué)水平。常用的評價方法可以采用等級記分制即用A、B、C、D、E等大寫字母表示，也可以采用百分?jǐn)?shù)記分制即用 100、90、80、70、60 等數(shù)字表示。

在UMDCS（馬計），本課程考核采用平時實驗作業(yè)、期中測驗與期末閉卷考試結(jié)合的方式，其中平時實驗作業(yè)成績占40%，期中測驗占30%，期末閉卷考試成績占30%。其具體內(nèi)容說明如圖3所示。

圖3 Object-Oriented Programming課程考核方法說明圖

其具體學(xué)時分配如圖4、5所示。

圖4 Object-Oriented Programming課程學(xué)時分配示意圖（一）

圖5 Object-Oriented Programming課程學(xué)時分配示意圖（二）

在佛計，按2013版的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計C++課程教學(xué)大綱要求，本課程考核采用平時作業(yè)、實驗與閉卷考試結(jié)合的方式，其中平時（作業(yè)、實驗）成績占30%，閉卷考試成績占70%。其具體學(xué)時分配如圖6所示。

圖6 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程學(xué)時分配示意圖

1.2 教學(xué)手段

（1）教學(xué)硬件資源。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計這門課程的學(xué)習(xí)特點是要演示分析大量的程序代碼，若是安排普通課室恐怕難以勝任。對此，兩所大學(xué)的課室安排基本相同，都安排了多媒體電教室，所提供的教學(xué)設(shè)備有大屏幕投影器、電腦、白板和話筒等。具體配置如圖7所示。

圖7 馬里蘭大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系電教室(CSI 2115)示意圖

（2）教學(xué)軟件資源。該課程的另一個學(xué)習(xí)特點是學(xué)習(xí)軟件設(shè)計開發(fā)的過程離不開編寫程序代碼、編譯調(diào)試程序和運(yùn)行程序等幾個基本操作環(huán)節(jié)，而每個操作環(huán)節(jié)都需要各自相應(yīng)的程序軟件來實現(xiàn)。因此，這些功能作用各不相同的應(yīng)用軟件都需要事先安裝好。而由于兩所大學(xué)為該課程所選擇的程序編寫語言不同，則各自所需要準(zhǔn)備安裝的軟件開發(fā)平臺也不同。比如：UMDCS（馬計）所使用的程序編寫語言是Java，其所安裝的軟件開發(fā)平臺是JDK和Eclipse集成開發(fā)環(huán)境及其相關(guān)輔助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源；而佛計所使用的程序編寫語言是C++，則安裝的軟件開發(fā)平臺是Microsoft Visual C++6.0及其相關(guān)輔助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。上課時，老師可以根據(jù)教學(xué)需要很方便地在各應(yīng)用軟件之間來回切換。

2 教學(xué)過程比較

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和其他程序設(shè)計課程一樣，其基本學(xué)習(xí)特點是既要抓好理論基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，更要加強(qiáng)實際編程操作的實驗過程，兩者缺一不可。在此，重點分析、探討同一門大學(xué)本科計算機(jī)專業(yè)課程面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計在兩所大學(xué)之間各自不同的課堂教學(xué)過程。

2.1 美方課堂教學(xué)過程

從2017年3月27日至2017年5月5日，筆者連續(xù)不間斷地于周一、周三和周五下午3：00至4：45到UMDCS（馬計）教學(xué)樓2115課室連堂聽課。

這門課程的任課教師是Fawzi Emad。課堂上，Emad老師用的是自帶的手提電腦，本課程所需分析講解的程序例子Emad老師已事先編寫好并存放在Eclipse工作空間里。通常，上課前幾分種，Emad老師會跟同學(xué)們總結(jié)說明一下前一次實驗中所要注意或存在的問題，之后才開始本堂課內(nèi)容的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)內(nèi)容通常是從分析講解程序?qū)嵗胧?。此時，Emad老師會向同學(xué)們分析講解大屏幕上顯示出來的源程序代碼，并且會重點強(qiáng)調(diào)說明哪些代碼所體現(xiàn)或包含的是前面已學(xué)習(xí)過的知識和技術(shù)的具體應(yīng)用，哪些代碼是新學(xué)習(xí)的知識點。

在此教學(xué)過程中，Emad老師會利用投影器和白板來輔助分析講解某些基本概念、基本原理及基本特征。此時，總會有同學(xué)向老師提出問題，Emad老師也總是不厭其煩地回答學(xué)生所提的問題，師生互動顯得積極、活躍。待源程序代碼分析完畢，接著便給同學(xué)們演示將源程序代碼編譯、調(diào)試及運(yùn)行的具體操作過程，讓同學(xué)們在屏幕上看到程序運(yùn)行的結(jié)果信息。最后，Emad老師只是以口頭形式來總結(jié)本堂課所學(xué)內(nèi)容的相關(guān)理論知識和技術(shù)，而并沒有像平時課堂上常看到的PPT文檔總結(jié)。

整個課堂上，Emad老師看上去精神飽滿，講課生動有趣，十分投入。有趣的是，板書時，Emad老師常常會左右手并用，顯得很靈活。而同學(xué)們在聽課當(dāng)中也很專注，并積極主動提問，有的同學(xué)除了做筆記，還會利用錄音筆錄音，以備課后可以重復(fù)再聽。某具體課堂實況如圖8所示。

圖8 Emad老師上課實況示意圖

由此可見，Emad老師所采用的課堂教學(xué)方法是常見的講授法[4-5]。其具體實施過程是先分析與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的實例程序代碼，后歸納總結(jié)其相關(guān)理論知識和技術(shù)。顯然，這種方式能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，同時，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和獨立思考的能力。但這種學(xué)習(xí)方式對學(xué)生的要求較高，適合于自學(xué)能力和理解力較強(qiáng)，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的學(xué)生；而對那些自學(xué)能力和理解力不太強(qiáng)，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不太好的學(xué)生來說，則顯得比較吃力，會讓其受到學(xué)習(xí)壓力的影響而打擊學(xué)習(xí)積極性。同時，這種學(xué)習(xí)方式有些地方顯得零亂、無序，不利于對所學(xué)知識內(nèi)容建立起一個完整的認(rèn)知系統(tǒng)。

2.2 中方課堂教學(xué)過程

按照教學(xué)計劃，這門課程安排在2016-2017學(xué)年第一學(xué)期開學(xué)初，相關(guān)教學(xué)部門早已安排好了班級課程表，任課教師則根據(jù)教學(xué)大綱和課程表的安排填寫好并提交該課程的教學(xué)日歷。課程教學(xué)日歷中明確寫出了每堂課所要講授的學(xué)習(xí)內(nèi)容，上課時，任課教師需攜帶教材、教學(xué)日歷、教案（或電子PPT課件）等相關(guān)教學(xué)資材。

所幸的是筆者正好是這門課程的任課教師，所以對其教學(xué)情況比較熟悉。和Emad老師一樣，筆者所采用的課堂教學(xué)方法也是講授法[2]。但具體實施過程跟Emad老師卻正好相反，即先學(xué)習(xí)理論知識后分析程序?qū)嵗龖?yīng)用。

上課時，先啟動VC++6.0集成開發(fā)平臺，為切換分析講解程序應(yīng)用實例代碼做好準(zhǔn)備，然后打開本堂課將要學(xué)習(xí)內(nèi)容的PPT文檔并使之顯示到大屏幕上，接著，先花幾分鐘時間，通過自述或向?qū)W生提問的形式來回顧復(fù)習(xí)一下前一次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以便自然過渡到新課內(nèi)容的學(xué)習(xí)。例如：當(dāng)要學(xué)習(xí)本課程第五章類與對象時，為導(dǎo)入新課特意設(shè)計的講解內(nèi)容如圖9所示。

圖9 課程實況示意圖

此外，該過程還能起到集中學(xué)生學(xué)習(xí)注意力的作用。這時，便將屏幕顯示的學(xué)習(xí)內(nèi)容一一向同學(xué)們分析講解。該過程主要是為了讓學(xué)生理解并掌握相關(guān)基本概念、基本原理和基本方法，所以講解過程盡量做到通俗易懂，深入淺出，且要注意觀察同學(xué)們的學(xué)習(xí)反應(yīng)以便及時調(diào)整講解節(jié)奏和表述方式；此外，還要注意適當(dāng)?shù)嘏c學(xué)生交流、互動，以保持學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力和積極性。

通常理論講解時間大約占整個課堂學(xué)習(xí)時間的一半，之后便安排與課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容密切相關(guān)的應(yīng)用程序代碼來進(jìn)一步強(qiáng)化說明其基本理論知識在實際中的具體應(yīng)用。也就是進(jìn)入到課堂學(xué)習(xí)活動的第二環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)里，為了節(jié)省時間，和Emad老師一樣，事先把相關(guān)程序編寫好存放在所設(shè)置的存儲空間里，用到時可直接切換并打開源程序，把程序中的關(guān)鍵性代碼向?qū)W生作進(jìn)一步分析說明，讓同學(xué)們體會并領(lǐng)悟到基本理論知識在實際中的具體應(yīng)用，培養(yǎng)同學(xué)們的實際編程能力。最后，編譯、調(diào)試并運(yùn)行程序。如此一來，通過理論結(jié)合實踐，進(jìn)一步加強(qiáng)了同學(xué)們對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。其具體操作過程如圖10所示。

顯然，這種教學(xué)方式能讓學(xué)生比較系統(tǒng)、全面地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，教師也能比較容易控制整個教學(xué)課堂以及講課的節(jié)奏和進(jìn)度；但是在某種程度上限制了學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和獨立思考的能力，特別是對于那些學(xué)習(xí)基礎(chǔ)好、編程能力強(qiáng)的學(xué)生，會在一定程度上限制了他們突出能力的展示和發(fā)揮。

圖10 VC++程序設(shè)計操作過程示意圖

3 教學(xué)改進(jìn)措施

經(jīng)過對比，中美雙方兩所大學(xué)所實施的課堂教學(xué)方法各有千秋，為進(jìn)一步探討高校教學(xué)模式[6-7]以及改進(jìn)、改善課堂教學(xué)方法提供了行之有效的參考。

（1）優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)。優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)的目的是把理論知識的學(xué)習(xí)與實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)結(jié)合進(jìn)來。首先優(yōu)化理論學(xué)習(xí)目標(biāo)，理論知識的學(xué)習(xí)是整個課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，它為實際應(yīng)用實驗提供了指導(dǎo)依據(jù)。具體措施可采用化整為零的方法，具體來說就是把整個學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)化為一堂課、一個學(xué)習(xí)單元或一個章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，當(dāng)一個個小學(xué)習(xí)目標(biāo)完成時，整個學(xué)習(xí)目標(biāo)也就完成了；其次是優(yōu)化應(yīng)用實驗?zāi)繕?biāo)，具體措施方法是把小組項目實驗與個人項目實驗結(jié)合進(jìn)來，這既有利于激發(fā)個體潛能和積極性，又能增進(jìn)同學(xué)之間的相互學(xué)習(xí)交流和相互合作，從而很好地完成課程教學(xué)目標(biāo)。

（2）優(yōu)化教學(xué)進(jìn)程。在日常教學(xué)活動過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，因此，教師既要講好課還應(yīng)時刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動向，把控好課堂進(jìn)程。具體措施可采用通過設(shè)計問題向?qū)W生提問、設(shè)計師生互動環(huán)節(jié)以及轉(zhuǎn)換師生角色等方法來培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的學(xué)習(xí)能力，以及激發(fā)和保持學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力和積極性，從而很好地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

（3）優(yōu)化教學(xué)時間。優(yōu)化教學(xué)時間主要指調(diào)整好教學(xué)時間的比例分配。根據(jù)本門課程的學(xué)習(xí)特點，具體措施可通過調(diào)整理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)時間與應(yīng)用程序?qū)嵗膶W(xué)習(xí)時間，以及老師講授時間與學(xué)生動手練習(xí)編程時間的比例分配，具體分配是5∶5的比例還是4∶6的比例等，這要根據(jù)實際學(xué)習(xí)內(nèi)容而靈活調(diào)整，不能一概而論，其目的是為了充分、合理地利用好有限的課堂時間（中方一堂課時間為45分鐘，而美方一堂課時間為50分鐘或75分鐘不等）。

總之，在課堂教學(xué)活動過程中，需要進(jìn)一步優(yōu)化教師的教學(xué)方法和教學(xué)進(jìn)程，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加強(qiáng)教師引領(lǐng)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，加強(qiáng)師生雙方互動交流，從而促進(jìn)課堂教學(xué)任務(wù)的順利完成。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院與馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）兩所高校計算機(jī)本科專業(yè)課程——面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的教育理念和教學(xué)模式進(jìn)行比較研究，找出了兩所大學(xué)在教學(xué)背景、教學(xué)手段以及教學(xué)方法三方面的異同點。盡管中美雙方任課教師所采用的課堂教學(xué)方法都是講授法，但各自實施的教學(xué)過程卻截然不同。美方教師具體實施的講授法是先實踐后理論，而中方教師具體實施的講授法是先理論后實踐，各有利弊。因而不能簡單、片面地肯定或否定其中一方，而是要根據(jù)實際教學(xué)情況靈活運(yùn)用好這種教學(xué)方法，以至于更好地把理論基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來。最后，提出了從優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)進(jìn)程和優(yōu)化教學(xué)時間等方面進(jìn)一步改進(jìn)和完善自身課堂教學(xué)的方法，為加快高等院校的創(chuàng)新教育教學(xué)改革步伐及增進(jìn)兩國高校間的教育教學(xué)交流盡自己的綿薄之力。