結對編程在程序設計語言實踐教學中的應用

劉芝怡 丁志云

常州工學院 江蘇常州 213002

☆現代教育技術與裝備☆

結對編程在程序設計語言實踐教學中的應用

劉芝怡 丁志云

常州工學院 江蘇常州 213002

結對編程是敏捷地和基于實踐的軟件開發方法。在程序設計課程的傳統實踐教學中，學生之間往往缺乏彼此的有效互動，從而不能完成實踐教學的任務，甚至失去對課程的信心。筆者提出一種將結對編程運用于程序設計語言實踐教學中的方案，并通過實驗證明該方案可以有效提高學生的學習效率。

結對編程；計算機語言課程；教學實踐

Abstract: Pair programming is a software development methodology which is agile and based on practice. Due to the lack of communication between each other, students cannot complete the task, and even lose the conf dence in the program designing course. This paper put forwards a method which applies pair programming in language course to teaching practice. Our experiment shows that pair programming is effective in improving students’ learning effect.

Key words: pair programming; computer language course; teaching practice

Linn和Dallbey在1989年提出的程序設計認識成就鏈中認為，初學者必須依次學會程序語言特征、程序設計技巧、問題解決能力等知識，才能由初學者逐漸成為“專家”。我校教師在經過一個學期的程序設計語言課程教學后，發現大部分學生無法超越第一階段，仍然將學習重點停留在對程序語言語法的了解，無法通過編程解決實際問題。

造成學生學習效果不佳的原因有很多，其中一個重要的問題出現在實踐環節。眾所周知，要掌握好一門程序設計語言就必須通過大量的實踐操作。當前，大多數學校程序設計語言實驗課的教學方法是讓每位學生在實驗課上獨立完成教師指定的題目，教師給予個別輔導。而學生多、輔導教師少的現實使得學生與教師之間缺乏足夠的交流，導致學生的問題不能得到全面及時解決。一些程序設計能力較差的學生常常無法按時完成作業，部分學生甚至通過抄襲的方式來應付教師的檢查。另一些程序設計能力較強的同學早早完成任務而大部分時間無所事事。若能在實踐教學環節讓學生之間相互交流，以協作方式完成作業，將會使學生體會到團隊合作的優點，并學習他人的編程經驗，從而達到快速進步的效果。

1 結對編程概述

極限編程(Extreme Programming，以下簡稱為XP)是1996年由Kent Beck提出的敏捷軟件開發方法。XP整合多人的觀點與技術經驗，以交流、簡單、反饋、勇氣4個價值觀作為基礎，其核心是結對編程。所謂結對編程，就是每個模塊的編碼都是2個人一起完成，共用一臺電腦。這樣，一個人編碼時，另外一個人就可以檢查代碼，或對編碼的思路進行思考，寫文檔等。不再有另外的測試人員，2個人同時完成代碼的測試，并且是先寫測試程序然后再編程。這樣既避免了編程人員和測試人員的矛盾，又解決了一個人自己檢查的局限性。2個人共同檢查可以避免大多數的錯誤。在共同編程中還可以及時地進行經驗交流和傳授。并且2個人共同工作也增加了工作量的彈性，使項目計劃的瓶頸能盡快解決。

在國外，已有眾多研究人員對結對編程技術在程序設計教學中的效果以及影響因素進行了一系列的實驗研究。結對編程正面效果有結對編程技術具有互相監督、互相協商、互相鼓勵、互相復查、互相糾錯、互相學習、互相信任等7種激勵效應。國內也有學者從事這方面的研究，劉峰等指出將結對編程引入程序設計語言實踐教學有如下意義：(1)極限編程有利于培養學生互相學習的良好習慣；(2)極限編程提高了學生的自信心；(3)極限編程促進了團隊合作和人際交往。

2 目前存在的問題

當前，學者將結對編程思想引入程序設計語言實踐教學的做法還存在一個很大的缺點。問題出現在結對的2個學生學習水平差異比較大的情況下?？赡苡捎诔绦驈碗s，也可能因為害怕寫錯代碼，甚至是想偷懶，那些水平較差的學生常常自己不工作，讓能力較強的學生來完成大部分工作。這種情況下，水平較差的學生由于減少實踐機會，其學習效果反而更糟糕。鑒于此，提出一種改進方案以確保在實踐環節中結對編程的2個成員都完成等量工作，使雙方均得到鍛煉。筆者通過實驗來分析新方案的使用對學生學習程序語言的成效和影響。

3 方案設計

(1)結對辦法：在前幾次實驗課中實行自愿配對制度，因為剛開始教師對學生的編程能力及個性特點還無法全面掌握。幾次實驗課后可實施強制配對，具體做法是能力強的學生帶能力差的同學。

(2)任務安排：在每一次實驗課上，首先要求隊伍中的每位成員獨立完成各自的編程任務，需要注意將個人編程任務的難度值及知識點設置成類似的。在他們獨立完成各自的任務后，可讓他們協作解決一個更復雜的問題，該問題要和他們先前的編程任務有關。表1為一個編程任務分配的樣本。

表1 編程任務的樣本

(3)學生在完成個人任務時，原則上不允許其相互討論。但是，如果某個成員提前完成，并且另外一個成員認為有必要求助同伴時，教師可允許他們討論但同時要做好記錄以備對后續教學過程進行監督。

這樣，每堂實驗課上學生都可以進行獨立編程和合作編程的實踐，從而避免了傳統實驗課上水平差的學生因本身能力的局限和師生溝通少而導致無法完成實驗，又避免了以往使用結對編程方法時水平差的學生不作為的問題。

4 教學實驗

采用實驗法來檢測設計方案的實施效果。在教學實驗中，自變項為2種不同的實驗課教學方法，因變項為學生的測驗成績。實驗過程中，實驗組2的學生實驗課上采用筆者提出的結對編程方案；實驗組1的學生則采用獨立編程模式。兩組教學內容和學時數完全相同。實驗結束后，兩組采用相同的測試題目進行考試，并要求各填寫一份程序設計語言教學問卷。本實驗的研究工具包括：課程講義、合作編程學習記錄單、VB測試卷、教學問卷。

實驗過程共實行16周，每班每周4節課，2節理論課，2節上機課。16周后實施測試和填寫教學問卷。數據資料包括實驗課程序代碼完成情況統計、測試成績和教學問卷3部分。表2～表4是根據收集到的數據資料進行分析后得到的結果。

表2 整體學習成績分析(總分20)

表3 程序理解能力分析(總分3)

表4 程序設計能力分析(總分17)

可以看到，采用改進結對編程方式進行實踐教學的班級普遍在編程能力和質量上優于采用獨立編程方式進行實踐教學的班級。

學生對于課程活動的相關評價在調查問卷中使用開放式的問題呈現。實驗組2中71.2%的學生認為結對編程有利于提高自己的學習效果，92%的學生表示結對編程讓他們更自信，感覺更好。下面摘錄了一些學生對結對編程實踐的看法。

學生1：“我覺得，在幫助同伴解決問題的過程中得到了進一步提高。”

學生2：“同伴經常能發現我平時沒注意的錯誤。”

學生3：“上課時有些問題一知半解，實驗課上與同伴的合作讓我對很多內容有了更深入地理解?！?/p>

參與實驗的教師普遍認為該實踐教學模式減輕了他們的工作負擔。以往實驗課上，輔導教師雖然忙得焦頭爛額，但是仍有很多學生的問題無法得到及時解決。采用新模式后，學生遇到問題可相互討論，合作解決。另外，他們也覺得學生上交的程序質量提高了很多，而且抄襲現象明顯減少了。

5 結束語

結對編程在教學實驗中取得了很好的應用效果。在程序設計語言的實驗課中，學生采取了與傳統方法不同的編程方式，即結對編程方式。通過在合作任務部分應用結對編程，發現結對的成本并沒有比單獨編程時高，極大地提高了程序質量，顯著增強了結對學生分析和解決問題的能力，如分析時遇到不少問題，通過結對雙方的及時溝通和不斷探討，最終找出較好的解決方案。此外，結對編程的過程也是一個互相督促的過程。由于這種督促的壓力，使得結對學生在實驗環節更認真地學習。通過這種實踐模式的應用，學生的自信心和成就感得到了極大增強，從而進一步激發其學習熱情。

筆者通過教學實驗的實施過程總結出一些經驗，遵從這些建議和經驗，可以讓結對學生的編程實踐變得更容易、更有效率。具體有以下幾點：(1)盡量將性格融合的，技術互補的配對。在不同階段，有針對性地組合，可以起到很好的作用。(2)任務出錯或不能完成，應讓所有成員共同負責。(3)結對成員在完成合作任務出現意見不同時，可由教師幫助解決。(4)在教學過程中，教師應給結對學生多點鼓勵，讓其產生共同的榮譽感和責任感。

[1] B. Hanks. Student attitudes toward pair programming[J]. In ITiCSE, 2006

[2] P. Sfetsos, I. Stamelos, L. Angelis, and I. Deligiannis. An experimental investigation of personality types impact on pair effectiveness in pair programming[J]. Empirical Softw. Eng., 2009，14(2)：187～226

[3] L. Williams, L. Layman, J. Osborne, and N. Katira. Examining the compatibility of student pair programmers[J]. In Proc. AGILE, 2006

[4] 劉峰，王小平.結對編程在計算機語言實踐課中的應用[A].全國第19屆計算機技術與應用學術會議論文集，2008

Application of pair programming in computer language practice course

Liu Zhiyi, Ding Zhiyun
Changzhou institute of technology, Changzhou, 213002, China

2010-12-26 稿件編號：1012129

劉芝怡，講師。丁志云，講師，主任。

常州工學院校級重點課題“極限編程和混合式學習在程序設計課程中的應用研究與實踐”。