編程語(yǔ)言教學(xué)實(shí)踐中漸增式驗(yàn)證序列ＩＶＳ探討

摘要：本文針對(duì)當(dāng)前編程語(yǔ)言教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，以QDeV過(guò)程為基礎(chǔ)，結(jié)合迭代式、漸增式開(kāi)發(fā)和軟件重構(gòu)的思想，嘗試一種漸增式驗(yàn)證序列IVS方法。

關(guān)鍵詞：QDeV；IVS；編程語(yǔ)言教學(xué)；漸增式；迭代式

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 引言

編程語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程中占很大比重，學(xué)生要學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言、C/C++、Java、數(shù)據(jù)庫(kù)SQL、J2EE等多門課程。但是在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，“重結(jié)果、輕過(guò)程”是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題。教師往往直接拿出事先準(zhǔn)備好的程序進(jìn)行演示，并不解釋設(shè)計(jì)過(guò)程的細(xì)節(jié)，這導(dǎo)致學(xué)生理解困難、難以及時(shí)求證、缺乏興趣。另一方面，教師考核學(xué)生往往僅檢查程序運(yùn)行的結(jié)果，而對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程缺乏了解，導(dǎo)致教師難以對(duì)求解過(guò)程進(jìn)行深入指導(dǎo)。“重理論解析、輕實(shí)踐指導(dǎo)”也是一個(gè)普遍的問(wèn)題。在教師看來(lái)，每個(gè)語(yǔ)言元素的語(yǔ)義、語(yǔ)法和語(yǔ)用都有必要解析清楚，‘而且這種重復(fù)解析簡(jiǎn)單輕松。實(shí)際上，能使學(xué)生將。編程語(yǔ)言作為問(wèn)題求解的有效工具才是我們的目標(biāo)。要達(dá)到此目標(biāo)，實(shí)踐是必不可少的重要環(huán)節(jié)，而且應(yīng)達(dá)到一定的比例。西方一些知名院校的實(shí)踐考核比例高達(dá)60％，而我們的實(shí)踐比例普遍低于25％。編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)實(shí)踐中應(yīng)該融入開(kāi)發(fā)方法的指導(dǎo)和訓(xùn)練，使學(xué)生能應(yīng)對(duì)將來(lái)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

敏捷方法學(xué)提倡極限編程、迭代式漸增式開(kāi)發(fā)、軟件重構(gòu)、測(cè)試優(yōu)先、結(jié)對(duì)編程等新方法，我們能否提早引入到編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，盡早培養(yǎng)學(xué)生良好的思維和實(shí)踐習(xí)慣，這是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

以上問(wèn)題對(duì)目前的編程語(yǔ)言教學(xué)實(shí)踐提出了挑戰(zhàn)，本文嘗試一種漸增式驗(yàn)證序列IVS方法，希望有助于改進(jìn)當(dāng)前的編程語(yǔ)言教學(xué)實(shí)踐。

2 漸增式驗(yàn)證序列IVS

2.1 QDeV過(guò)程

先簡(jiǎn)單介紹QDeV過(guò)程，結(jié)合迭代式、漸增式開(kāi)發(fā)和軟件重構(gòu)，介紹漸增式驗(yàn)證序列IVS(Incremental Verification Sequences)，并探討多個(gè)IVS之間的關(guān)系。針對(duì)一個(gè)問(wèn)題的求證，QDeV過(guò)程包含4個(gè)環(huán)節(jié)：Question質(zhì)疑、Design設(shè)計(jì)、execution執(zhí)行和Validation確認(rèn)。此過(guò)程貫穿于每個(gè)關(guān)鍵性語(yǔ)言元素所涉及的每個(gè)問(wèn)題，即對(duì)一個(gè)問(wèn)題貫穿如下4個(gè)環(huán)節(jié)：

1.“質(zhì)疑”：明確提出一個(gè)問(wèn)題。

2.“設(shè)計(jì)”：根據(jù)問(wèn)題需要，給出簡(jiǎn)單編程，也可能重構(gòu)已有設(shè)計(jì)或更改配置。

3.“執(zhí)行”：運(yùn)行程序以得到可觀察結(jié)果。

4.“確認(rèn)”：對(duì)該問(wèn)題給出結(jié)論。

QDeV(隱含著快速開(kāi)發(fā)Quick Development之意)特色是質(zhì)疑驅(qū)動(dòng)、以驗(yàn)證性設(shè)計(jì)為核心、個(gè)性化和實(shí)踐性。

2.2 IVS表

在QDeV實(shí)踐過(guò)程中我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，對(duì)一個(gè)問(wèn)題給出結(jié)論之后又會(huì)引出新問(wèn)題。此時(shí)添加少量新設(shè)計(jì)(稱之為漸增increment)，或者少量改進(jìn)已有設(shè)計(jì)(稱之為重構(gòu)refactoring)，就能很容易地驗(yàn)證新問(wèn)題或更復(fù)雜的問(wèn)題，如此周而復(fù)始(稱之為迭代iteration)。當(dāng)教師和學(xué)生都不能提出新問(wèn)題，或者已有設(shè)計(jì)不能再改進(jìn)，或者到達(dá)學(xué)生當(dāng)時(shí)能理解的極限時(shí)，迭代暫停。而當(dāng)學(xué)習(xí)過(guò)新元素之后，這樣的過(guò)程還可再繼續(xù)。這種迭代式漸增的過(guò)程可描述為圖1的螺旋曲線。

經(jīng)實(shí)踐，我們總結(jié)如下規(guī)律：

· 持續(xù)改進(jìn)已有設(shè)計(jì)具有更好的教學(xué)效果。

· 迭代式漸增可驗(yàn)證多個(gè)相關(guān)問(wèn)題，具有更高效率。

· 漸增式驗(yàn)證和求解能表達(dá)更多的過(guò)程細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)化了復(fù)雜性。

· 作為一種良性循環(huán)，是對(duì)當(dāng)前軟件工程的一些新方法的實(shí)踐。

為了推廣應(yīng)用這種教學(xué)實(shí)踐方法，本文嘗試IVS來(lái)改進(jìn)編程語(yǔ)言的教學(xué)和實(shí)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(hào)、目標(biāo)和前提。

編號(hào)：一門課程需要一系列的IVS表，按教學(xué)過(guò)程對(duì)每個(gè)IVS表確定一個(gè)序號(hào)，以確定該表的教學(xué)次序，也方便其他表的引用。

目標(biāo)：用簡(jiǎn)短文字描述要達(dá)到的目的。通常是一個(gè)具體的實(shí)例，例如，“如何用模板類設(shè)計(jì)一個(gè)單向鏈表”，“如何用模板類實(shí)現(xiàn)一個(gè)堆棧/隊(duì)列”等。也可能是一個(gè)教學(xué)單元的描述，例如“數(shù)組如何定義與應(yīng)用”、“函數(shù)/方法如何定義與應(yīng)用”等。一個(gè)IVS目標(biāo)往往是一個(gè)較“大”或者較“抽象”的問(wèn)題，解決此問(wèn)題要求進(jìn)行多輪的QDeV過(guò)程。

、

前提：即“前繼目標(biāo)或問(wèn)題”。要達(dá)到本目標(biāo)需利用前面已實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)或已解決的問(wèn)題，以明確已有的條件和基礎(chǔ)。此處可引用其他IVS表的編號(hào)或表編號(hào)加序號(hào)，可說(shuō)明多個(gè)前提。在表頭，教師可按需擴(kuò)展新內(nèi)容，如“難易程度”、“時(shí)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(guò)程。

序號(hào)：從1開(kāi)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(hào)：序號(hào)”。一般來(lái)說(shuō)，后一輪以前一輪為基礎(chǔ)。如果前后兩個(gè)QDeV之間沒(méi)有嚴(yán)格的前后次序，可加小寫字母來(lái)區(qū)分，如2a、2b，表示兩者之間無(wú)嚴(yán)格次序。

問(wèn)題：用簡(jiǎn)短文字描述一個(gè)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)：文字說(shuō)明設(shè)計(jì)要點(diǎn)，僅需以提示方式來(lái)說(shuō)明添加或重構(gòu)的要點(diǎn)，避免大幅源碼出現(xiàn)。如果需要的話，可用超鏈接來(lái)關(guān)聯(lián)一個(gè)或一組文件。

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

備注：主要用于教師擴(kuò)展新的內(nèi)容。例如，總結(jié)當(dāng)前驗(yàn)證的結(jié)論、引出下一個(gè)問(wèn)題、引用另一個(gè)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(gè)WS表，多個(gè)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(xué)生的知識(shí)技能的體系更趨完善，也可方便教師備課和實(shí)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(chǔ)與條件；“細(xì)化”表示具體實(shí)施。下面分別介紹這3種關(guān)系。

表序。多個(gè)IVS表的序號(hào)從小到大表示了多個(gè)課程單元的大致前后次序，這樣將一門課的多個(gè)IVS表形成一個(gè)序列，這類似我們的教學(xué)實(shí)施計(jì)劃。

前提。每個(gè)IVS表都可說(shuō)明要實(shí)現(xiàn)本目標(biāo)所需要的若干相對(duì)重要的條件和基礎(chǔ)，這往往依賴于已實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)或者一已解決的問(wèn)題。前提關(guān)系表明了知識(shí)和技能的脈絡(luò)結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)，給出一個(gè)清晰的漸增過(guò)程。例如在C/C++課程中，一個(gè)IVS目標(biāo)是“如何用函數(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)單向整數(shù)鏈表”，應(yīng)說(shuō)明“函數(shù)”、“結(jié)構(gòu)”、“指針”作為其前提，而像變量說(shuō)明、循環(huán)語(yǔ)句就不適合作為其前提。

細(xì)化。一個(gè)抽象描述的IVS表可細(xì)化為多個(gè)具體表。對(duì)于一個(gè)IVS表，如果有一個(gè)問(wèn)題不能簡(jiǎn)單用一輪QDeV過(guò)程來(lái)解決，那么這個(gè)IVS表就是一個(gè)“抽象表”，它需要將一項(xiàng)QDeV細(xì)化為一個(gè)具體的IVS表。例如，在J2EE課程中建立一個(gè)抽象的IVS表，目標(biāo)是“如何構(gòu)建Jt2EE應(yīng)用系統(tǒng)”，第1個(gè)問(wèn)題是“如何搭建一個(gè)J2EE基礎(chǔ)平臺(tái)”，而要解決此問(wèn)題，并非一輪QDeV能完成。一種合理的方法是細(xì)化：以此問(wèn)題為目標(biāo)，另建一個(gè)具體的IVS表，用幾輪QDeV來(lái)說(shuō)明如何逐步安裝、配置、驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫(kù)、Java虛擬機(jī)、Web服務(wù)器等過(guò)程。表示這種細(xì)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(gè)IVS表之間還可能存在其他關(guān)系，但建議不要將關(guān)系復(fù)雜化。

3 IVS應(yīng)用及特色

應(yīng)用IVS的目標(biāo)是“將學(xué)生納入良性循環(huán)的軌道，推一把，讓學(xué)生自己去做”，具體如下：

1.“將學(xué)生納入良性循環(huán)的軌道”：對(duì)一個(gè)IVS表確定一個(gè)中等難度的目標(biāo)，并給出前3個(gè)問(wèn)題。

2.“推一把”：教師對(duì)第1個(gè)問(wèn)題給出設(shè)計(jì)、執(zhí)行和確認(rèn)全過(guò)程，對(duì)第2個(gè)問(wèn)題僅給出設(shè)計(jì)，讓學(xué)生執(zhí)行和確認(rèn)。第3個(gè)問(wèn)題由教師提出。

3.“讓學(xué)生自己去做”：對(duì)第3個(gè)問(wèn)題由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、執(zhí)行和確認(rèn)，而后要求學(xué)生提出第4個(gè)問(wèn)題，自行設(shè)計(jì)、執(zhí)行和確認(rèn)，如此循環(huán)下一個(gè)問(wèn)題。

在編程語(yǔ)言教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用IVS，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1.在課程開(kāi)始時(shí)，向?qū)W生說(shuō)明這種新的教學(xué)實(shí)踐方式，使學(xué)生能理解IVS表和QDeV過(guò)程，使多數(shù)學(xué)生能理解其作用。

2.在課程進(jìn)行中，用IVS表來(lái)改進(jìn)講義或教案，使學(xué)生目標(biāo)明確、思路清晰。可將未完成的IVS表交學(xué)生完成，并鼓勵(lì)學(xué)生提出新問(wèn)題，然后自行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。教師可檢查學(xué)生提交的IVS表來(lái)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的缺陷和不足之處，給學(xué)生提供及時(shí)對(duì)癥的指導(dǎo)。

3.在課程復(fù)習(xí)時(shí)，向?qū)W生提供本課程全部IVS表，主要是列出全部的目標(biāo)和問(wèn)題，要求學(xué)生對(duì)照檢查，以發(fā)現(xiàn)缺陷和不足，也方便教師選擇重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4.在課程考核時(shí)依據(jù)IVS表，方便教師命題，既可考核基本概念，也可對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行考核。

IVS方法的特色總結(jié)如下：

·目標(biāo)驅(qū)動(dòng)。要達(dá)到的目標(biāo)和要解決的問(wèn)題必須先明確，有助于學(xué)生集中注意力，保持思路清晰。

·持續(xù)改進(jìn)提高。從簡(jiǎn)單入手，注重過(guò)程訓(xùn)練，使學(xué)生不畏懼復(fù)雜性，對(duì)克服困難有自信，也提高學(xué)生自學(xué)能力。

·提早實(shí)踐新方法.將迭代式開(kāi)發(fā)、漸增式開(kāi)發(fā)、軟件重構(gòu)等新方法提早引入到編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)階段，使學(xué)生盡早地實(shí)踐新方法，有助于將來(lái)從事大型復(fù)雜軟件研發(fā)。

·簡(jiǎn)便易行.可理解、可跟蹤、可指導(dǎo)，在教師與學(xué)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(yǔ)

進(jìn)一步的工作包括基于IVS如何引入“測(cè)試優(yōu)先”、“結(jié)對(duì)編程”等新方法；研究多門課程間IVS的關(guān)系，以推動(dòng)多語(yǔ)言多平臺(tái)的漸增式教學(xué)實(shí)踐；也包括基于WS的教材編寫。