一种球状教学模型规划和实践论文
1背景
程序设计系列课程是普通高校计算机类专业的基础课，一般包括程序设计基础、面向对象程序设计、数据结构与算法等。该系列课程讲授程序设计基础知识，注重培养学生的逻辑思维和抽象能力[1]，加强学生的专业修养[2]，具有普通高校理工科专业课程的典型特征。通过系统、深入地研究该系列课程的教学模式、教学方法，能够对其他各类专业课程的教学起到良好的示范性。传统的程序设计教学主要关注编程技能、调试技能以及算法分析技能。目前，随着大规模数据计算任务的快速发展和应用，学生应该对问题涉及的数据及结构、数据的规模等方面有更充分的认知和理解，这对程序设计系列课程的应用能力提出了新的要求和挑战。传统教学模式以程序设计语言为纲，教学内容组织一般是线性的，如图1所示。线性结构教学强调教学的流畅性以及前修与后续内容的衔接，但较少关注后续内容对前修内容的反馈。学完该课程后，学生掌握的知识点零散，缺乏系统性。实践中常常发现，当进行后续练习时，相关练习在前修内容中较少或没有涉及。例如，编写菜单系统时，发现之前从未涉及与菜单相关的操作。另外，前修内容在后续内容中较少得到进一步应用，导致学生产生“为什么要做这个练习”的疑问。可见，虽然理论知识是连贯的，但从实践的角度来看，前后内容出现了一定程度的错位和脱节，前修内容对后续内容的支撑不够，后续内容也没有对前修内容进行反馈，从而导致学生的学习目的性不强，难以激发学习热情。
2 球状教学模型规划
球状教学模型是一个多层叠加的闭合系基金项目：2014 年重庆市研究生教育教学改革项目(yjg143011)。第一统：基础层为核心，进阶层为主体，应用层为表现，每一层外分别覆盖缓冲层，如图 2 所示。图3 是球状模型的分层透视图，可见每一层又分为理论层和实践层，其中以理论为核，以实验为支撑。每一层外的缓冲层是实验层的扩展。
2.1 球状模型的特点球状教学模型具有如下特点。
(1)闭合性。与传统模型相比，球状模型是闭合模型，它强调内容的延续性和全面覆盖性，要求前修内容在后续课程中有所体现，并得到进一步应用。例如，在程序设计基础课程中，基础层有如下实验题目：在程序设计系列课程中，我们将各层实验划分为验证性、设计性、综合性三类。缓冲层则选用各类竞赛和评测题目，伴随多样化的学习形式进行训练，属于扩展性练习。在实践中，将缓冲层设定为选做任务，使缓冲层具有弹性，作为实验层的补充。该案例将字符串的操作贯穿于各层，并逐步加深应用，使外层的实验涵盖内层的全部内容，并以此为基础进行扩展。这种闭合性有利于教师组织教学，从基础层开始逐步引导、激发学生的学习兴趣和热情，避免单纯地进行验证性实验。
(2)弹性。球状模型中，理论层和实验层是必选内容，缓冲层是实验层的扩展，它提供各类选做任务，属于扩展性实验。缓冲层使球状模型具有一定的弹性，这体现在缓冲层的实验内容、完成方式、考核方式均是多样化的。从实验内容看，其实验内容使用北大等Open Judge 系统、参加 ACM 程序设计竞赛、参与CCF中文信息评测、参与BigData相关的各类竞赛等。缓冲层的内容比综合性实验具有更大的深广度，超出教材及教学范围，需要学生在课外搜集、整理资料，并进行独立分析和小组讨论。从完成形式看，缓冲层的内容一般在课外进行。由于各类竞赛都具有一定的难度，通常需要教开展一定的'指导、答疑活动。另外，还应与高年级同学组成学习团队，培养良好的学习方法和合作意识。在我们的教学实践中，梯队结构具有良好的可持续性，一旦形成，可使学习氛围保持良性发展。可见，缓冲层丰富了学习形式，有利于培养学生的综合能力，令学生的知识结构更全面，具备抗挤压能力，在面临进一步的学习压力时能灵活应对。另外，由于缓冲层的考核方式多样，可能使学生的综合能力发展不均衡，在各种压力面前的表现不一，因此，缓冲层也为个性化发展提供了空间。
(3)后向反馈性。专业基础课的知识点繁多，理论性强，难以被快速掌握。随着学习的深入，应用逐渐变得复杂多样，来自应用层的实践压力增大，使累积在内层的问题逐渐显现。例如，在应用层操作复杂数据类型，如指针、结构体数组时，常常对简单数据类型操作失误，这是由于在基础层对变量及数据类型的理解不够清楚;有些学生处理递归问题时，难以控制递归的执行过程，这是因为对函数嵌套的执行过程理解不深入。球状模型对知识进行分层，且后续内容完全覆盖前修内容，衔接紧密。因此，当外层出现问题时，容易快速定位问题所处的内部层次，便于学生进行自我审视和自我完善。
3 球状模型的关键点
3.1 合理分割教学内容为体现教学内容的层次性，应对教学内容进行合理的规划和分割。
其中，基础层是后续教学的基础，以建立理论基础和培养扎实的实践技能为目标。进阶层是课程内容的主体，是应用层的支撑。程序设计基础课程的目标之一是培养计算思维能力，良好的计算思维能力依赖于深入地认识计算机系统的工作原理。基于此，我们认为语法必须作为课程的内核，是后续课程的基础;进阶层解决程序结构的问题，包括顺序、选择、循环、函数四大模块;应用层则以复杂数据类型为主。由此，我们将程序设计基础划分为如图 4 所示的层次。
3.2 建立弹性评价机制为配合缓冲层的实施，需要设置弹性的评价指标及方法。
弹性评价机制是指课程考核的形式多样，包含基本指标和选做指标。在程序设计基础课程中，我们将评价形式分为课内、课外两大部分，分别包含基本任务和选做任务两类，具体见表1。表 1 弹性评价机制参考指标考核类别评价形式课内(70%) 课外(30%)基本任务(60%)(1)期末闭卷考试(60%);(2)期末上机考试(40%)(1)日常作业(100%)选作任务(40%)(1)期末开卷考试(60%);(2)期末ACM类题目测试(40%)(1)日常在线测试(40%);(2)参加竞赛(20%);(3)日常搜集、整理资料(20%);(4)团队学习、讨论(20%)图4 程序设计基础课程教学内容划分我们将课内学习与课外学习比重划分为 7：3。课内、课外均包含基本任务和选做任务。基本与选做的比例为 6：4。选作任务的比重比传统考核方式大，表明鼓励学生进行课外的、选做的任务。
另外，表 1 还对各项任务内的具体评价指标进行了权重设置。例如，某学生参加了课内评价，完成了期末闭卷考试，卷面成绩为 85 分;完成了期末上机考试，上级成绩为 80 分。其课内基本任务的最终得分 A 为 1×0.7×0.6×85×0.6+1×0.7×0.6×80×0.4，记 34.86 分。该学生还参加了期末开卷考试，卷面成绩为70 分;参加了期末 ACM 类题目测试，成绩为 68分。其课内选作任务的最终得分B为1×0.7×0.4×70×0.6+1×0.7×0.4×68×0.4，记19.38分。该学生同时参加了课外评价，完成了日常作业，得分为 80 分，则其课外基本任务的最终得分C为1×0.3×0.6×80，记14.4分。该学生还参加了课外选作任务的日常在线测试，得分为 60 分;参加日常搜集、整理资料，得分为 66 分;没有参加竞赛以及团队学习、讨论，无成绩。其课外选作任务的最终得分 D 为1×0.3×0.4×60×0.4+1×0.3×0.4×66×0.2，记4.46 分。由此，该学生的总成绩=A+B+C+D=73.1。表 1 所示的权重及指标是我们在课程教学中的一种设计，但考核指标的划分也不宜过细，不能限制学生的个性化发展。因此，对各门课程的具体考核指标及权重，应结合教学实践进行讨论和设置。总体来看，指标与权重设置时应倾向于整体能力均衡，注意适度降低期末卷面考试的权重，提高实践环节比重，体现理工科专业强调理论与实践并重的原则。
另外，通过权重设置，教师应鼓励设计多种类型的课外选做任务，使学生在球状模型的各个缓冲层上，尝试参与各种扩展任务，以获得较高的学习评价。
4结语
上述关于球状教学模型的描述，是结合程序设计系列课程的教学实践提出的，通过在实践中逐步运用，取得了良好的教学效果。近年来，学校计算机类本科学生广泛参与 ACM 竞赛、CCF中文信息评测、中国 BigData 创新创业大赛等各类学科竞赛和评测，均取得了优异的成绩。同时，参与学生面逐年扩大，涉及的应用领域日趋多样化，表明了球状模型在实践中的有效性。当然，一种教学模型的规划与实践，需要不断地摸索和改进。在球状模型中，如何有效地监控缓冲层的学习质量，任课教师如何在缓冲层上展开更全面、有益的指导，仍是需要进一步探索和解决的问题。
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