基于迭代化增量開發模型的高職“數據結構”課程實驗設計

劉淑艷 吳 鵬

摘要:本文針對高職學院“數據結構”課程實踐教學環節,提出基于迭代化的增量軟件開發方式開放實踐教學課堂學習情境,設計了具有實用價值的工作任務來覆蓋全部課程的知識體系,使學生能夠親身體驗實際軟件項目開發工作開展的步驟和方法,在工程實踐中有效地應用算法及數據結構知識來分析及解決問題。

關鍵詞:迭代增化增量模型;工作任務;數據結構

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

“數據結構”是高職學院計算機專業的核心課程,是程序設計的重要理論技術基礎,為后繼專業課的學習提供必要的基礎知識、基本理論和方法。教學目的包括:熟練掌握基本的數據結構和算法;能應用重要的算法策略和分析方法;在實際的工程設計中應用算法。

“數據結構”是一門技術性很強的課程,以高職學生的思維習慣和抽象思維能力,在有限的時間里很難對課程的原理和方法的應用有清楚的認識。他們學習更注重知識和理論的應用性,而傳統的實驗課缺少有實用價值的工程應用設計,內容枯燥而缺乏創造性,學生的主動性和積極性不高。

為了將嚴謹抽象的理論教學延伸至現實生活中的問題情境,提高學生將數據結構中的知識應用于實際問題的能力,本文首先提出了基于迭代增量的開發方式設計實踐學習情境,從接受任務到任務完成都遵循“需求分析→數據結構/算法設計→編碼實現→測試”這一基本的工作流程,然后根據數據結構課程知識體系結構設計了具有連續性和序列性的實驗任務,進而分析各個任務如何在迭代增量過程具體實施操作,最后對比傳統的實驗教學來評價該實踐方法的有效性。

2實驗教學過程設計

迭代增量模型是軟件開發過程中常用的開發模型,將其引入數據結構的實踐教學中設置教學場景,使實踐教學處于開放狀態,不拘泥課堂內外的界限,也不受制于數據結構課程通常的總課時數。將設計的30個實驗任務平鋪于整個學期,每個任務從接受到任務完成都遵循“需求分析→數據結構/算法設計→編碼實現→測試”這一基本的工作流程,如圖1所示。

從圖中可知,迭代增量的迭代是通過對核心開發活動的重復應用,包括了對問題解決方案定義以及解決方案實現的連續細化,其中的增量是指:軟件開發過程中,隨著數據結構理論課程知識由少至多的學習,在一次迭代運行的周期中,學生對問題的理解以及解決方案提供的功能均會增長,先開發每個實驗任務的主要功能模塊,再開發次要功能模塊,逐步完善,最終開發出相對完整的符合需求的軟件作品。這樣將整個實踐的全過程都融入在一系列的工程任務中,在實踐開發中,其中連續地組織起來數個或更多的應用,以構成一個完整的項目。

學生按照上面的開發模型,在實驗課程中引入軟件工程的原理,按照規范的開發過程學習和應用數據結構原理和方法,故而開展小規模軟件數據管理系統調研,設計,編碼測試工作。另外根據“軟件技術應用崗位職業標準”,分析工作過程中的一系列真實職業角色,指導學生按照“需求分析員→架構架構師→編碼員→測試員”等不同角色的轉換在迭代增量過程中完成任務,著力培養學生的職業能力。

3實驗教學內容的組織與設計

本課程實踐教學內容的組織、安排的基本思路是遵循迭代增量的開發基本流程,以真實工作任務及其工作過程為依據整合、序化教學內容,精心設計了30個學習性工作任務。從課程教學內容組織而言,考慮對于正在發生迅速變革的計算機領域,選擇那些相對穩定、長期有用的、對應用領域必不可少的知識結構作為實驗任務設計的內容。課程教學內容和學習工作任務的總體組織安排如圖2所示。

其中,課程教學內容共計14個專題模塊與30個學習工作任務交叉對應,全部任務將所有知識結構迭代覆蓋,各個工作任務按教學內容的先后依照進度逐一展開。30個

結合具體問題構造的軟件設計工作任務經常會要求學生“用特定的數據結構/算法”來解決某個問題,學生需要撰寫詳細的設計,描述現在要解決的問題和最后的結果。對于算法的描述,應該按照4點要求執行:

(1) 算法的中英文描述,提供偽代碼(pseudocode)。

(2) 最少以一個工作例子或圖表來更明確的顯示算法怎樣運作。

(3) 算法正確性的一個證明(或表示)。

(4) 算法執行時間的分析。

這樣數據結構和算法設計這一核心工作流程尤為重要,教師必須加強的指導力度,做到邊講邊練、邊學邊做。而在需求分析過程中,教師帶領學生深入現實實際獲取和調研需求,學生會跟隨理論課知識進一步學習和調研,增加需求,迭代需求分析這一核心工作過程。每個任務持續的時間和任務本身的規模有關,如某個超市購物系統會持續到學期末,如后期學習的排序,查找會在系統中得到應用設計,整個迭代的過程會持續至數據結構課程全部結束,這樣基于迭代增量過程就能發揮更大作用。而編碼和測試過程則以學生為主導,自主自覺地根據前期的分析和設計展開具體的實現過程。在此過程中,學生覺得編碼過程不再困難,而有想早點實現以見其效的積極想法。對每個任務,以軟件工程流程或者角色為軸線的迭代,學生在教師的指導下參與所有的工作活動,按照如圖3進行多次迭代開發設計。

根據迭代增量的工程流程,我們篩選了主要的項目活動:需求分析、分析設計、編碼實現、測試、項目管理。理論上,每種軟件工程流程都會對應一個單獨的計劃,而且每個軟件工程流程會定義自己的迭代周期和迭代次數。教師的重要職責之一就是識別和管理各個任務與知識結構的依賴關系,保證各個設計任務的順利進行。此外,在考核方面重點放在過程考核,強調素質與能力,不再進行單獨的課程考核,按照工作任務評估表對學生的工作過程進行評價,課程成績計算按任務的難度工作量規模大小分配權重,進行最后總評,直至完成整個工作任務的實施。

4實踐教學評價與結論

我院從2005年開始在計算機專業采用基于迭代化的增量軟件開發方式開放數據結構的實驗教學,通過實驗對比方法,將3年制計算機專業學生分為實驗組和對照組,從定性和定量兩個方面科學地觀察實踐課程的教學效果。通過學生數據結構課程考試成績的對比分析、問卷調查以及實踐成果的對比分析,匯總情況如表1所示:

從上表可知,實驗組學生在基礎數據結構系統知識學習、分析問題和解決問題能力以及后期專業知識的學習方面均具有更好的效果。此外,后期的問卷調查結果也表明,實驗班學生對課程的總體印象在優良以上的占83%,教師對“實施基于迭代增量的實踐課程總體印象”表示“較好”以上的為81%。

目前,數據結構課程實驗課程的設計和實施還存在著一定問題,如同一任務體系間的相互融合貫通還不夠,在教學方法上的改革還不足等;將來還需要進一步改進迭代增量法在教學情境的實施應用,研究和開發更多實用性實踐課程工作任務,發揮其在后期專業課程學習中的延伸效果,持續提高高職計算機學生的專業和工程應用設計能力。

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