基于分组合作的程序设计类课程实验教学

2021-11-28熊启军程格平谷琼

电脑知识与技术 2021年28期

关键词：分组合作程序设计实验教学

熊启军程格平谷琼

摘要：针对程序设计类课程实验教学的现状，提出了分组合作实验教学模式。通过与项目式实验教学模式的比较，阐述了其优势、具体实施步骤和方法。实践证明分组合作实验教学模式可有效提高学生学习的参与度、积极性，从而显著提高实验效率和成绩。

关键词：分组合作;程序设计;实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）28-0250-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

目前，各级各类高校日益重视实验实践教学，从校院两级管理机构的主导措施来看，主要有增大校内实验室硬件建设投入、增加实验学时、增多实验类型（验证型、设计型、综合型、创新型等）、增强实验项目的趣味性和实用性、改革实验考核和评价方式、与企业合建校外实训实习基地、引进企业实际案例、培养和引进双师型教师等[1];从教师的日常教学角度来看，更多的则是改革教学模式，如普遍采用案例式、演示式、启发式、项目式、平台式、竞赛式、导师制等[2][3]。

虽然学校、教师都在不断完善和实施多种实验教学改革措施，即求变;但部分学生、特别是地方院校的学生似乎“任凭风吹雨打我自岿然不动”，即不变，导致教学效果“理想很丰满、现实更骨感”。因为都明白：前者只是外因、只起辅助作用，后者才是内因、起决定作用。

对于特别强调计算思维和动手能力的程序设计类课程来说，在完成实验作业时，部分学生要么毫无头绪、要么错误连篇、要么百度、要么拷贝……极易滋生和蔓延拖沓、抄袭、堕落、放弃等现象。问题的症结在于学生缺乏学习的主动性、积极性，如何解决这一难题则是提高教学质量的关键。

2分组合作实验教学模式

“项目式”是一些设计类、实践类课程常采用的教学或考核方式，其主旨上是引进公司项目开发流程和管理策略、实行角色分工以及各司其职、通过团队协作最终完成项目设计与开发，呈现出通过分组来实现项目式教学。该模式在实际实施过程中，存在两个明显缺陷：一是因角色分工而职责固定，不能达到全面训练和锻炼学生能力的效果;二是团队内只有部分成员在踏踏实实地进行设计与开发，个别人则滥竽充数或充当添头，根本没有实质性参与、根本达不到团队合作的效果和目的。

“分组合作”虽与“团队项目式教学”有些相近，但更存在不同。

“分组合作”，首先是分组。以一个寝室作为一个实验组，一个寝室内通常有4～6名学生，他们朝夕相处，在生活习惯、个人爱好等方面一般具有共性，且寝室为沟通交流提供了更为便捷的场所;或者志趣相投的4～6名学生组成一组，这样的自愿组合为问题的深入探讨提供了强大的基础和凝聚力。

其次是轮流主持。即组内每次实验研讨的主持人实行轮流坐庄，“庄主”负责主持、记录每人的发言（纸质记载和手机录音录像）。研讨只涉及算法设计、疑难讨论，不涉及具体编码，每人都必须发言、极力避免一言堂或大包大揽、以及出工不出力等现象。

第三是独立编码。即根据上一步研讨得出的算法，组员各自独立完成实验题的编码、调试，出现个人不能解决的问题，可以再次组织讨论和寻求帮助。

第四是答辩和评价。各组派主持人阐述本组解题算法、特点、优势或创新，全组成员回答其他小组的提问和质疑、甚至刁钻或拓展性的问题等。在阐述、回答、辩论、评比过程中，教师可以适时地进行点评、启发、拓展等，这就是实验翻转。

第五是撰写实验报告。根据个人、组内和组间的发言、教师的意见等，撰写个人的实验报告。实验报告的重点是实验项目解决方案及其优缺点、程序调试心得、启发、感悟等。

第六是教师评分。教师根据阐述、问答、辩论、评比、实验报告等对各小组及其组员进行综合评分、评语，从而调控分组合作教学的全过程。

“分組合作”常态化、贯穿于实验教学过程之中，它虽存在分组、但更强调合作，组内成员全程参与实验设计、讨论，最重要的是实行轮流主持，从而提高实验参与率;组间通过分享实验成果、评比、相互借鉴和吸收，从而提高实验质量。

3 分组合作的实例

3.1 实验题设计

分组合作实验模式以志同道合的学生分组、恰如其分的实验题设计为基础而展开。譬如，在学习了《C语言程序设计》中的数组、函数之后，围绕运用数组和自定义函数求最值，设计了如下实验题：

（1）求最大值的下标;

（2）求最大、最小值的下标;

（3）歌咏比赛中若干评委给一名歌手打分，求歌手的最后得分。评分方式是：去掉一个最高分和一个最低分后的平均值就是该选手的最后得分;

（4）求最大、次大值的下标;

（5）求最大值出现的位置及次数（若存在多个最大值，它们必然相等）;

（6）实现类似于考试成绩排名的输出效果（成绩相同则名次相同）;

（7）实现数字黑洞[4]（查阅资料了解什么是数字黑洞）;

（8）在一个整型数组中，求和最大的连续子序列[5]（求得和及其起始位置）。例如：在{-2，11，-4，13，-5，-2，3}中，和最大的连续子序列是{11，-4，13}，和是20，起止位置分别是1和3。

3.2小组讨论

学生在小组讨论时，主要围绕函数参数的选取、算法设计及其效率、测试数据的设计、算法有无Bug、算法改进等方面进行讨论。

3.2.1讨论实验题特点

一组内的同学围坐在一起进行讨论：对这些题目进行归类分析，可以确认它们涉及的知识点、性质、难度。下面是某一小组经讨论后确认的实验题特点，如表1所示。

由此可见，这批题目按照由易到难、由简入繁、逐步加深、拓展应用的思路进行设计。这种循序渐进的设计思路有利于发现知识点的雏形、有利于巩固基本原理、有利于扩展知识应用范围、有利于开拓解题思路、有利于引导创新思维等。

3.2.2討论模块化

结构化程序设计的基本原则是“模块化”。模块化通过函数来实现，重点考虑模块的划分、从而体现函数的重用性，尽量不要将函数需要的数据固化在代码之中;还需考虑函数内的高内聚、函数间的低耦合。

3.2.3讨论函数原型设计

如何设计函数的参数个数和类型是初学者使用函数面临的重点、难点，因为函数的参数个数和类型这两个问题相互交织、相互影响。函数的参数个数取决于题目的已知条件和求解结果（返回值）的个数;函数的参数传递可分为传值和传址，什么情况下使用普通值作为参数、什么情况下使用指针作参数，是初学者常常困惑的问题。上述这批题目都需要使用指针作为函数参数、且指针型参数可能有多个。如第一题的函数原型可以设计成下面几种形式：

intcalMax（int array[]，int n）;

intcalMax（int *array，int n）;

voidcalMax（int *array，intn，int *pMaxNo）;

通过实验可以回顾和巩固课堂知识、总结规律。譬如，对于函数形参设置的规律性结论：若需要通过函数运算得到多个返回值，则应该通过函数参数来解决、且对应参数必须使用指针型的;凡是涉及到数组的问题，相关自定义函数至少包括两个参数：一是数组的首地址（指针），二是数组的元素个数。

3.2.4讨论算法及其效率

在程序设计之中，对于简单的问题应讲究效率第一、清晰第二，对于复杂的问题应遵循清晰第一、效率第二的原则。

譬如，实验题中的（2）、（4），应该使用一个循环中包含if-else的嵌套来实现，而不是使用两个独立的循环或者单分支的if来分别求解。

3.2.5讨论测试数据

对于任意一个程序，仅仅使用一组测试数据不足以检验其正确性。

譬如，实验题中的（4），在测试时至少包含四组数据：递增序列、递减序列、杂乱序列、重复序列，否则很难发现代码中可能存在的Bug。

在选择测试数据时，数据相差太大、毫无规律将会给人工判断结果、辨别程序的正确性带来困难和不便、从而花费较多的人工时间。因此，测试数据的选择应该遵循简单但不失一般性的原则。

3.2.6 讨论Bug