英國高等院校中程序設計入門課程的教學

這篇文章以英國高等教育學會在2005年進行的一項調研報告為依據，介紹了英國高等院校中程序設計入門課程(Introductory programming language)的教學情況。研究顯示，在英國高等院校中Java作為最常見的被用于程序設計入門課程的教學中的程序設計語言。其次是C++以及其他8種語言。研究還顯示，“對象后行”的教學方法比“對象先行”的教學方法更普遍地應用于面向對象(Object-Oriented Programming)的程序設計語言中。非面向對象(Non Object-Oriented Language)的更多地被用于商科類專業的教學中。

計算機程序設計入門課程(Introductory Programming)是指學生在學校中所學習的第一門程序設計語言課。通過該課程的學習使學生對計算機應用及計算機程序設計有一個基本的概念，為其以后的專業課學習打下基礎。計算機應用已經成為科學研究、工程實踐以及商業運作等各個行業不可分割的一部分，而被納入不同專業的教學中。因此，程序設計入門課程無論是對于計算機專業的學生，還是其他非計算機專業的學生來說都是一門非常重要的基礎課程。

關于程序設計入門課程的教學的討論長期以來一直吸引著英國計算機教育界的廣泛關注。在相關的計算機教育會議上，如ITiCSE (Innovation and Technology in Computer Science Education)、JICC (Java the Internet in the Computing Curriculum Conference)，這是一個具有高爭論性的主題。從當前發表在這些會議上的論文來看，基本上沒有一個公認的程序設計語言是最適合的程序設計入門語言，也沒有一個公認的最好的方法來完成這個語言課程的教學(Chalk Fraser， 2006)。例如，有的教師喜歡采用支持面向對象的程序設計語言，如Java， C++ 或者 C＃，而有的教師鐘情于支持命令格式的語言，如C語言或 Modula-2。還有的教師相信使用功能性的程序設計語言，認為 Haskell是最好選擇，而另一些人則認為腳本式的或并發式的程序設計語言，如Python 或 ADA更適合初學者 (Watt， 2004)。同時，除了語言的選擇以外，如何教好程序設計入門課程也有許多不同的觀點。特別是在那些選擇了使用面向對象程序設計語言的教師之中，這種爭論更加明顯。對于面向對象程序設計的教學方法主要分為兩個流派。一種流派稱為“對象先行的方法”(Object-first approach)。這一流派在教學中首先介紹對象、類和繼承的概念。另一種流派稱為“對象后行的方法”(Object-late approach)。這種方法在引入面向對象的概念之前先強調語言的程序設計方面的元素及功能 (Gibbons，1998)。

那么，在英國的高等院校中的程序設計入門課程采用哪種程序設計語言，如何進行教學的呢？這里介紹一項英國高等教育學會 (Higher Education Academy) 的調研報告。該項調研目的是定義在英國高等院校中的程序設計入門課程所采用的程序設計語言、應用的范圍、以及在不同的程序設計單元中所采用的教學方法，并且試圖發現它們與專業類型之間的關系。這項調研涉及英國高等教育學會下屬的44所高校。共有52位專業負責人參與了問卷調查。

分析結果顯示，有10種不同的程序設計語言被用于這些高校的程序設計入門課程，而且還有許多不同的版本。其中Java是應用為最廣泛的。有超過30所高校使用Java作為程序設計入門課程的程序設計語言。位于第二位的是C++。其次是C＃、VB及其他程序設計語言。圖1給出了具體的程序設計語言及應用分布。

按照使用這些程序設計語言的學生數量分，大約有60%的學生以Java作為第一門程序設計語言。另外兩種面向對象的語言(C++和C#)大約有15%的學生在使用。被教授Haskell和Python的學生人數最少，一共只有6%的學生學習這兩種語言。圖2給出了學習不同程序設計語言的學生數占所調研學生總數的百分比。

另外一項有關的分類是不同的專業對于第一門程序設計語言的要求。所調研的專業包括商科類(Business)、計算類(Computing)、程序設計類(Programming)、以及計算科學與工程類(Computational Science and Engineering(CSE))。商科類的專業包括信息技術和信息系統專業；計算類包括計算技術和數字媒體專業；程序設計類包括所有以特殊的程序設計語言為主體的專業；而計算科學與工程類則涵蓋了計算機科學和軟件工程專業。這項調研共涉及61個專業，其中計算類專業占44%，程序設計類專業占21%，計算科學與工程類專業占18%，商科類專業占17%。圖3顯示了各不同類型的專業所教授的程序設計語言課程。

正如圖中數據所示，面向對象的語言(包括Java， C++， 和C＃)在商科類專業中采用的最少，在程序設計類專業中采用的最多。在非商科類的專業中，計算科學與工程類專業更多的選擇了Java；而C++和C＃則在程序設計類專業中比較流行。

關于程序設計語言的教學方法，在這項調研中分為“對象先行”(object-first)、“對象后行”(object-late)及其他。當Java為程序設計入門語言時，有55%的教師采用了對象后行的方法。42%的教師采用對象先行的方法。另有3%采用了其他教學方法(見圖4)。

在C++和C＃的教學過程，大多數教師(80%)采用了對象后行的方法。只有10%的教師采用了對象先行的教學方法(見圖5)。

這項調研的結果顯示，面向對象的程序設計語言被廣泛地應用于程序設計入門課程的教學中。其中Java是應用最多的語言。在參加調研的44所高校中有30所選擇了Java。位于第二位的是C++，共有8所高校選擇它作為程序設計入門課程的語言，而其他程序設計語言則只在很少的學校中使用。

從教學方法上看，對象后行的方法以及對于傳統的命令模式的強調是主要教學方法。對象先行的方法在目前的教學中應用的并不普及，而且主要集中于Java的教學中(40%)。對于C++和C＃的教學，大部分(80%)采用的是對象后行的方法。可能的原因是C++是一種混合型的語言，它允許程序的編寫不必嚴格遵守面向對象的模式。所以，許多教師把對象、類、以及繼承的概念放在后面講。

值得注意的是，非面向對象的語言作為程序設計入門課程的語言主要應用于商科類的專業。一方面可能是由于面向對象的程序設計語言比非面向對象有程序的程序設計語言有一個更陡峭的學習曲線。另一方面，腳本語言的出現使得快速開發可視化的商業應用軟件成為可能。

當然，這項調研有它的局限性。一是參加問卷調查的高校數量比較少，只有44所，不能完全地涵蓋英國各高校關于計算機程序設計入門課程教學。二是專業的劃分主要是依據專業的名稱及程序設計語言的應用方向來決定的，具有一定的主觀性。但是，這項調研給出了英國高校計算機程序設計入門課程教學的量化的統計結果。有助于了解英國高校的計算機教育在入門階段的基本情況。對于國內高校的計算機程序設計入門課程的語言選擇及教學方法的使用有一定的借鑒作用。對于那些正在或考慮進行程序設計入門課程教學的教師，特別是開發可重用的教學軟件的開發者來說，這些信息是非常有幫助的。

參考文獻

[1] Chalk， B.， Fraser， K.， (2006) A Survey on the teaching of introductory programming in Higher Education， Proceeding of JICC10， p1-6.

[2] Gibbons， J.， (1998) Structured Java Programming， ACM SIGPLAN Notices，33，4.

[3] Watt， D. A.， (2004) Programming Language Design Concepts， John Wiley.