編程語言教學實踐中漸增式驗證序列ＩＶＳ探討

摘要：本文針對當前編程語言教學實踐過程中出現(xiàn)的問題，以QDeV過程為基礎，結(jié)合迭代式、漸增式開發(fā)和軟件重構(gòu)的思想，嘗試一種漸增式驗證序列IVS方法。

關(guān)鍵詞：QDeV；IVS；編程語言教學；漸增式；迭代式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1 引言

編程語言在計算機專業(yè)課程中占很大比重，學生要學習匯編語言、C/C++、Java、數(shù)據(jù)庫SQL、J2EE等多門課程。但是在教學實踐過程中出現(xiàn)了諸多問題，“重結(jié)果、輕過程”是一個普遍存在的問題。教師往往直接拿出事先準備好的程序進行演示，并不解釋設計過程的細節(jié)，這導致學生理解困難、難以及時求證、缺乏興趣。另一方面，教師考核學生往往僅檢查程序運行的結(jié)果，而對學生設計過程缺乏了解，導致教師難以對求解過程進行深入指導。“重理論解析、輕實踐指導”也是一個普遍的問題。在教師看來，每個語言元素的語義、語法和語用都有必要解析清楚，‘而且這種重復解析簡單輕松。實際上，能使學生將。編程語言作為問題求解的有效工具才是我們的目標。要達到此目標，實踐是必不可少的重要環(huán)節(jié)，而且應達到一定的比例。西方一些知名院校的實踐考核比例高達60％，而我們的實踐比例普遍低于25％。編程語言學習實踐中應該融入開發(fā)方法的指導和訓練，使學生能應對將來的激烈競爭。

敏捷方法學提倡極限編程、迭代式漸增式開發(fā)、軟件重構(gòu)、測試優(yōu)先、結(jié)對編程等新方法，我們能否提早引入到編程語言學習實踐過程中，盡早培養(yǎng)學生良好的思維和實踐習慣，這是一個值得探討的問題。

以上問題對目前的編程語言教學實踐提出了挑戰(zhàn)，本文嘗試一種漸增式驗證序列IVS方法，希望有助于改進當前的編程語言教學實踐。

2 漸增式驗證序列IVS

2.1 QDeV過程

先簡單介紹QDeV過程，結(jié)合迭代式、漸增式開發(fā)和軟件重構(gòu)，介紹漸增式驗證序列IVS(Incremental Verification Sequences)，并探討多個IVS之間的關(guān)系。針對一個問題的求證，QDeV過程包含4個環(huán)節(jié)：Question質(zhì)疑、Design設計、execution執(zhí)行和Validation確認。此過程貫穿于每個關(guān)鍵性語言元素所涉及的每個問題，即對一個問題貫穿如下4個環(huán)節(jié)：

1.“質(zhì)疑”：明確提出一個問題。

2.“設計”：根據(jù)問題需要，給出簡單編程，也可能重構(gòu)已有設計或更改配置。

3.“執(zhí)行”：運行程序以得到可觀察結(jié)果。

4.“確認”：對該問題給出結(jié)論。

QDeV(隱含著快速開發(fā)Quick Development之意)特色是質(zhì)疑驅(qū)動、以驗證性設計為核心、個性化和實踐性。

2.2 IVS表

在QDeV實踐過程中我們進一步認識到，對一個問題給出結(jié)論之后又會引出新問題。此時添加少量新設計(稱之為漸增increment)，或者少量改進已有設計(稱之為重構(gòu)refactoring)，就能很容易地驗證新問題或更復雜的問題，如此周而復始(稱之為迭代iteration)。當教師和學生都不能提出新問題，或者已有設計不能再改進，或者到達學生當時能理解的極限時，迭代暫停。而當學習過新元素之后，這樣的過程還可再繼續(xù)。這種迭代式漸增的過程可描述為圖1的螺旋曲線。

經(jīng)實踐，我們總結(jié)如下規(guī)律：

· 持續(xù)改進已有設計具有更好的教學效果。

· 迭代式漸增可驗證多個相關(guān)問題，具有更高效率。

· 漸增式驗證和求解能表達更多的過程細節(jié)，簡化了復雜性。

· 作為一種良性循環(huán)，是對當前軟件工程的一些新方法的實踐。

為了推廣應用這種教學實踐方法，本文嘗試IVS來改進編程語言的教學和實踐，表示為一種IVS表的形式，如表1所示。

IVS表由兩部分組成：表頭和表體。表頭主要描述編號、目標和前提。

編號：一門課程需要一系列的IVS表，按教學過程對每個IVS表確定一個序號，以確定該表的教學次序，也方便其他表的引用。

目標：用簡短文字描述要達到的目的。通常是一個具體的實例，例如，“如何用模板類設計一個單向鏈表”，“如何用模板類實現(xiàn)一個堆棧/隊列”等。也可能是一個教學單元的描述，例如“數(shù)組如何定義與應用”、“函數(shù)/方法如何定義與應用”等。一個IVS目標往往是一個較“大”或者較“抽象”的問題，解決此問題要求進行多輪的QDeV過程。

、

前提：即“前繼目標或問題”。要達到本目標需利用前面已實現(xiàn)的目標或已解決的問題，以明確已有的條件和基礎。此處可引用其他IVS表的編號或表編號加序號，可說明多個前提。在表頭，教師可按需擴展新內(nèi)容，如“難易程度”、“時間安排”等。

表體包含由多輪QDeV構(gòu)成的序列，一行表示一輪QDeV過程。

序號：從1開始按序排列，以確定每一輪QDeV的次序，也方便引用。被引用的方式是“表編號：序號”。一般來說，后一輪以前一輪為基礎。如果前后兩個QDeV之間沒有嚴格的前后次序，可加小寫字母來區(qū)分，如2a、2b，表示兩者之間無嚴格次序。

問題：用簡短文字描述一個問題。

設計：文字說明設計要點，僅需以提示方式來說明添加或重構(gòu)的要點，避免大幅源碼出現(xiàn)。如果需要的話，可用超鏈接來關(guān)聯(lián)一個或一組文件。

執(zhí)行確認：說明執(zhí)行效果和結(jié)論。表中將執(zhí)行和確認合并為一欄，原因是“確認”描述往往很簡單。

備注：主要用于教師擴展新的內(nèi)容。例如，總結(jié)當前驗證的結(jié)論、引出下一個問題、引用另一個更具體的IVS表或引用教材中的相關(guān)章節(jié)等等。

2.3 IVS間的關(guān)系

一門課程需要多個WS表，多個IVS表之間可能存在多種關(guān)系。明確表示這種關(guān)系，可使學生的知識技能的體系更趨完善，也可方便教師備課和實施。IVS表之間主要有3種關(guān)系：“表序”表示課序前后；“前提”表示基礎與條件；“細化”表示具體實施。下面分別介紹這3種關(guān)系。

表序。多個IVS表的序號從小到大表示了多個課程單元的大致前后次序，這樣將一門課的多個IVS表形成一個序列，這類似我們的教學實施計劃。

前提。每個IVS表都可說明要實現(xiàn)本目標所需要的若干相對重要的條件和基礎，這往往依賴于已實現(xiàn)的目標或者一已解決的問題。前提關(guān)系表明了知識和技能的脈絡結(jié)構(gòu)，從簡單到復雜，從低級到高級，給出一個清晰的漸增過程。例如在C/C++課程中，一個IVS目標是“如何用函數(shù)實現(xiàn)一個單向整數(shù)鏈表”，應說明“函數(shù)”、“結(jié)構(gòu)”、“指針”作為其前提，而像變量說明、循環(huán)語句就不適合作為其前提。

細化。一個抽象描述的IVS表可細化為多個具體表。對于一個IVS表，如果有一個問題不能簡單用一輪QDeV過程來解決，那么這個IVS表就是一個“抽象表”，它需要將一項QDeV細化為一個具體的IVS表。例如，在J2EE課程中建立一個抽象的IVS表，目標是“如何構(gòu)建Jt2EE應用系統(tǒng)”，第1個問題是“如何搭建一個J2EE基礎平臺”，而要解決此問題，并非一輪QDeV能完成。一種合理的方法是細化：以此問題為目標，另建一個具體的IVS表，用幾輪QDeV來說明如何逐步安裝、配置、驗證數(shù)據(jù)庫、Java虛擬機、Web服務器等過程。表示這種細化關(guān)系是在抽象表中的“備注”中引用具體的IVS表。

除了上述3種關(guān)系之外，多個IVS表之間還可能存在其他關(guān)系，但建議不要將關(guān)系復雜化。

3 IVS應用及特色

應用IVS的目標是“將學生納入良性循環(huán)的軌道，推一把，讓學生自己去做”，具體如下：

1.“將學生納入良性循環(huán)的軌道”：對一個IVS表確定一個中等難度的目標，并給出前3個問題。

2.“推一把”：教師對第1個問題給出設計、執(zhí)行和確認全過程，對第2個問題僅給出設計，讓學生執(zhí)行和確認。第3個問題由教師提出。

3.“讓學生自己去做”：對第3個問題由學生自行設計、執(zhí)行和確認，而后要求學生提出第4個問題，自行設計、執(zhí)行和確認，如此循環(huán)下一個問題。

在編程語言教學實踐中應用IVS，應注意以下幾個問題：

1.在課程開始時，向?qū)W生說明這種新的教學實踐方式，使學生能理解IVS表和QDeV過程，使多數(shù)學生能理解其作用。

2.在課程進行中，用IVS表來改進講義或教案，使學生目標明確、思路清晰。可將未完成的IVS表交學生完成，并鼓勵學生提出新問題，然后自行設計驗證。教師可檢查學生提交的IVS表來發(fā)現(xiàn)過程中的缺陷和不足之處，給學生提供及時對癥的指導。

3.在課程復習時，向?qū)W生提供本課程全部IVS表，主要是列出全部的目標和問題，要求學生對照檢查，以發(fā)現(xiàn)缺陷和不足，也方便教師選擇重點和難點。

4.在課程考核時依據(jù)IVS表，方便教師命題，既可考核基本概念，也可對實踐環(huán)節(jié)進行考核。

IVS方法的特色總結(jié)如下：

·目標驅(qū)動。要達到的目標和要解決的問題必須先明確，有助于學生集中注意力，保持思路清晰。

·持續(xù)改進提高。從簡單入手，注重過程訓練，使學生不畏懼復雜性，對克服困難有自信，也提高學生自學能力。

·提早實踐新方法.將迭代式開發(fā)、漸增式開發(fā)、軟件重構(gòu)等新方法提早引入到編程語言學習階段，使學生盡早地實踐新方法，有助于將來從事大型復雜軟件研發(fā)。

·簡便易行.可理解、可跟蹤、可指導，在教師與學生之間有效溝通。不需要特別的工具支持，

PowerPoint、Word或Excel通常夠用。

4 結(jié)束語

進一步的工作包括基于IVS如何引入“測試優(yōu)先”、“結(jié)對編程”等新方法；研究多門課程間IVS的關(guān)系，以推動多語言多平臺的漸增式教學實踐；也包括基于WS的教材編寫。