建構主義在高級C# 應用開發教學改革中的應用

　　摘要：針對目前高級C# 應用開發教學中存在的問題，在建構主義學習理論的倡導下，文章論述高級C# 應用開發課程的教學改革思路：組織開展互動教學、案例教學、實訓教學來促進和完善學生對C# 知識體系的意義建構。這對高級C# 應用開發教學模式改革極具指導意義。
　　關鍵詞：建構主義；教學改革；互動教學；案例教學；實訓教學
　　
　　皮亞杰提出的建構主義學習理論強調對事物的認知學習，知識是由符號系統組成的，學習者可以在軟件需求背景下，借助各種幫助，利用學習資料，對客觀世界作出一種合理的解釋或假想，通過建構出抽象符號系統的方式獲得知識。教師單方面的傳授知識并不是學習的最佳途徑，學生通過自主學習同樣可以發揮創新潛力，這樣可以讓學生最大程度地獲取知識。
　　1高級C# 應用開發課程概述
　　高級C# 應用開發課程是一門綜合性和實踐性較強的應用學科，其體系結構比較復雜，比如，我校該課程的體系結構如表1所示。
　　在學習過程中，學生需要對實際應用有親身體驗和探索，否則就不能全面深入地掌握相關知識體系。
　　另一方面，由于這一學科有實用性的特點，隨著.NET技術的快速發展，該課程的知識體系是一個動態系統，技術和經驗不斷推陳出新，學生需要有學習的開放性和主動性，否則將無法及時更新軟件技術和知識經驗，其固有的知識體系就無法適應用戶不斷發展變化的需求。鑒于此，筆者認為教師可以借助建構主義教學觀的理念，在高級C# 應用開發教學活動中延伸傳統教學的“教師主導型”為“學生主導教師輔助型”，利用豐富的網絡教學資源，使教學輔導過程得以拓展和延伸。
　　2目前教學中存在的問題
　　2.1學生的認知領域窄、自主學習能力差
　　傳統的教學方法不利于培養學生自主學習的習慣，對學生的探究學習未能合理引導，學生一般不會發現學習過程中的問題，更不會主動搜集資料去解決問題和探索問題。
　　2.2學生的認知結構不完整、協作學習效果差
　　傳統的教學過程中，很少有學生在團體中為了完成一個共同的目標，進行責任分工明確的互助式學習[1]。學生一般是通過教師的講述和組織來被動學習知識，彼此之間缺乏合作交流，學生之間或師生之間的優勢無法得到互補，不僅使學生對相關的理論知識缺乏興趣，而且遮蔽了個人對問題認識的視線，從而無法完整建構軟件開發知識認知體系[2]。
　　2.3學生的軟件開發實戰能力差
　　傳統的課堂教學方式主張把學習置于課堂講述之中，知識不能適應不同的問題背景，從而在實踐中不能廣泛地遷移，學生沒有充分對軟件開發實戰進行體驗，不能參與其中，經過一番課堂灌輸后，由于缺乏接近現實需求的完整案例學習，學生沒有真正領會到什么是任務、如何分配任務、如何設計開發以及如何測試系統，學生的軟件開發實戰能力提高不是很明顯[3]。
　　3建構主義在高級C# 應用開發教學中的影響
　　我校本科教育的應用性特征決定了高級C# 應用開發的教學宗旨應側重于培養學生的專業技能水平，基于此，筆者認為，利用建構主義教學觀原理進行高級C# 應用開發教學模式改革，開展多樣化的教學活動和實驗，這對學生建構理論與實踐相結合的高級C# 應用開發知識體系是十分必要和有效的。
　　3.1促進互動式課堂教學
　　在“基于問題學習”教學方式下的課堂教學應充分發揮學生的主動學習性，轉“被動”為“主動”，引導學生發現問題、分析問題、探索性地解決問題，這是一種建構主義所倡導的教學方式[4]。
　　教師可以在講授理論知識的同時向學生提問，讓學生主動思考作出解答，與此同時，也可以適當評析一些與本課程相關的實踐知識，引導學生對一些C# 軟件開發的熱門技術和實踐應用進行探討。例如，筆者在講授C# 數據挖掘技術時曾向學生提出思考題：如今電子商務越來越普遍，針對由此產生的海量數據，軟件企業應如何利用C# 這一開發工具，采取什么有效方法搜集Web訪問信息并發掘出有價值的知識，從而對互聯網用戶提供個性化服務。這一問題引起學生的熱烈討論，一方面激發了學生的學習興趣，另一方面為學生構建了“研究式學習環境”，引導學生主動面對實際問題并開動腦筋求解問題。
　　這樣的互動式課堂教學需要教師具備“一專多能”的業務技能，教師需要將其他學科的知識引進課堂，豐富課堂教學信息。例如，筆者在講到分布式服務這一章時，將以前做過的單機版的繪圖程序變換成分布式繪圖程序，讓學生加以講解點評，開拓學生學習的思路，既讓學生學習了圖形編程，又讓學生在感受分布式技術帶來便利的同時學會了新的編程手段。當然，教師在互動教學過程中，應能把握好對學生學習指導的程度，充分考慮學生水平的差異性，盡量讓大多數學生都能發揮其思維創造力。從另一方面看，教師通過這樣的教學方式也能不斷完善充實自身的知識和能力，這是一種“教學相長”的良性循環。
　　3.2引入案例教學
　　建構主義提倡在教學中適當引入案例，特別是在培養軟件開發人才時，軟件案例分析無疑是一種切實有效的教學方法[5]。這種方法不僅能培養學生綜合運用C# 軟件開發知識，提高分析解決實際問題的能力，而且能使學生在案例討論過程中自覺吸取案例中所體現的軟件開發經驗，從而豐富和完善了原有的認知結構。
　　在案例教學過程中，需要引用典型的C# 軟件開發實戰案例，為學生提供情境學習的平臺，師生以及學生之間對案例進行分析、探討，學生可以在協作中體會C# 開發過程，從而總結軟件理論并提煉設計觀點，最終在已有的知識體系和經驗的基礎上積極建構新的C# 軟件開發知識體系。案例教學分析法可以采用以下兩種方法：
　　1) 總分法。
　　可以選取一個或若干個典型案例進行講解和分析，然后提煉出案例的相關知識點或知識體系，最后針對這些知識點再向學生提出一些實踐性較強的熱點問題，鼓勵學生思考、討論、回答。
　　筆者以圖像檢索軟件為例闡述個案分析的過程。該案例充分利用圖像處理、分析、檢索、數據庫技術，實現了對圖像數據庫的管理和檢索。該案例分為如下功能：
　　① 提供了對圖像進行像素法、內存法和指針法等圖像存儲功能；
　　② 提供了對圖像進行去色、反相、縮放、平滑、分割、腐蝕、膨脹、邊緣檢測等圖像處理功能；
　　③ 提供了對圖像顏色特征、紋理特征和形狀特征提取等功能；
　　④ 提供了一些由實踐證明有效的圖像檢索算法，主要包括基于顏色、紋理和形狀等視覺特征的圖像檢索算法。
　　該案例基本可以貫穿整個教學過程，學生可以從圖像存儲方式和檢索算法等技術入手，剖析出像素法、內存法和指針法等圖像存儲的知識點，也能帶出圖像的顏色直方圖檢索、紋理檢索、輪廓檢索等圖像內容檢索算法。一直涉及到圖像處理算法的開發策略，然后再向學生提出如何將這些開發策略集成的新任務，引導學生去思考、討論和解答。
　　該案例具有良好的擴展性，從人工智能的角度考慮，學生可以在此基礎上加入對圖像利用聚類算法進行圖像分割功能。
　　圖1展示了該案例和高級C# 圖像處理與分析教學內容的對照關系。
　　本案例從設計階段就充分考慮了高級C# 課程教學過程中所涉及到的各個環節的內容，在教學的基礎理論階段就可以引入本案例來講解諸如圖像處理、圖像特征提取以及圖像檢索等概念，并且可以讓學生發揮主觀能動性來設計圖像處理算法。隨著課程的不斷深入，逐步引入其他諸如聚類分析、圖像分割等高級
　　圖1案例和高級C# 圖像處理與分析教學內容的對照關系
　　概念，可以讓學生將該案例移植到網絡環境下運行，更可以激發學生探索新技術的學習熱情。
　　
　　2) 個案法。
　　可以選取規模較小、業務較單一的案例，就某一技術層面進行重難點分析，這樣的案例需要包含相關知識，通過對案例的深入分析和經驗總結來幫助學生對某一技術透徹理解。
　　例如，在講到多線程技術這一章時，設計一個排隊系統的案例，火車站有20個窗口正在售票，一共有10 000張票，每人限購10張票，每個窗口售票時，若售票數量超過現有的車票數，那么這次售票將被拒絕。這就要保證一個窗口在售票時，另外的窗口不能售票，同時車票的余量不能為負。
　　這就是一個典型的線程互斥和同步的問題，線程同步來源于多個線程同時訪問一個資源時帶來的結果不一致問題。有了線程同步，當一個線程完全執行完任務之后，才允許執行下一個線程，這樣就可以保證一個共享資源一次只能被一個線程使用。
　　線程同步可以采用以下3種方法：lock()、Monitor類、Mutex類。將多種線程同步技術引入其中，讓學生通過案例的設計和實施來評價各種線程同步的特點，從而讓學生在今后的開發中知道如何選擇合適的線程同步技術。
　　下面我們可以修改案例的程序，使之使用3種不同的線程同步方法，并且我們要比較3種線程同步在效率上相差多少。通過比較，可以看到三者在效率上有比較明顯的差別：
　　①lock()語句可以把某一段代碼定義為互斥，這互斥的程序段在某一時間段只允許一個線程執行，其余線程必須等待這個線程執行完畢之后才執行。
　　②lock()只是Monitor類的一個表現形式，在C# 編譯器編譯lock()語句時，將其編譯成了調用Monitor類。
　　③Mutex與Monitor類似，它防止多個線程在某一時間同時執行某個代碼塊，不過Mutex不具備Wait、Pulse、PulseAll功能，因此，我們不能使用Mutex實現類似的喚醒功能。盡管Mutex可以用于進程內的線程同步，但是使用Monitor通常更為可取，因為監視器是專門為 .NET Framework而設計的，因而它可以更好地利用資源。相比之下，Mutex類是 Win32構造的包裝。盡管Mutex比監視器更為強大，但是相對于Monitor類，它所需要的互操作轉換更消耗計算資源，但是Mutex類可以跨應用程序域邊界進行封送處理，可用于多個等待，并且可用于同步不同進程中的線程。
　　不過不可否認這些線程同步方法各自的優勢，因此使用哪種線程同步方法還需要根據自己的需求來選擇。讓學生通過案例的設計和實施來評價各種線程同步的特點，從而讓學生在今后的開發中知道如何選擇合適的線程同步技術。
　　3.3開展情景學習
　　建構主義強調知識遷移能力的培養，學生在真實的情境下進行學習，可以減少知識與解決問題之間的差距。高級C# 應用開發是一門實踐性較強的應用科學，是軟件企業設計開發實踐經驗的概括與總結，教學過程除了有課堂講授、課堂討論、案例分析以外，還應適當增加一些操作性較強的實際技能訓練，在學生的知識建構過程中嵌入更為豐富的信息。
　　實訓教學可由兩個部分組成：
　　一是建設和使用軟件工程模擬實驗室，實驗室可以某個具體軟件企業的整個開發生命周期內各階段基本活動為主線，設置多個摸擬C# 軟件開發活動模塊，讓學生扮演軟件企業項目主管，從各個角度分析實戰案例，進行開發設計，探索解決方案，在此過程中培養學生的實戰能力和創新能力。
　　二是組織開展與軟件開發活動相關的社會實踐，可考慮讓學生利用課余時間或假期開展多種形式的專題調查，如市場軟件需求調研、軟件銷售策劃等，并撰寫專題報告，教師對此調查過程進行事前籌劃、事中督導、事后交流、檢查和評估。通過調查實踐，使學生參與了軟件企業的實際管理活動，可以綜合運用和融會貫通所學知識，達到培養實用型專業人才的目標。
　　4結語
　　建構主義教學理論適應了高級C# 應用開發課程的動態性和多樣化，運用建構主義理論對教學過程進行改革可以完善課程知識體系，提高教學質量，當然教師的教學水平也會相應提高。高級C# 應用開發教材不僅應有基本技能的闡述，更應注重對一些實際問題的分析和研究，還應積極采用多媒體知識載體來豐富教學資源和信息。任課教師應時常關注國外新的理論和學術領域的動態，多參加學術交流和職業培訓，將最新的C# 開發技術引入校園和課堂。
　　參考文獻：
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