编程语言教学实践中渐增式验证序列IVS探讨

摘要：本文针对当前编程语言教学实践过程中出现的问题，以QDeV过程为基础，结合迭代式、渐增式开发和软件重构的思想，尝试一种渐增式验证序列IVS方法。

关键词：QDeV；IVS；编程语言教学；渐增式；迭代式

中图分类号：G642　文献标识码：B

1 引言

编程语言在计算机专业课程中占很大比重，学生要学习汇编语言、C/C++、Java、数据库SQL、J2EE等多门课程。但是在教学实践过程中出现了诸多问题，“重结果、轻过程”是一个普遍存在的问题。教师往往直接拿出事先准备好的程序进行演示，并不解释设计过程的细节，这导致学生理解困难、难以及时求证、缺乏兴趣。另一方面，教师考核学生往往仅检查程序运行的结果，而对学生设计过程缺乏了解，导致教师难以对求解过程进行深入指导。“重理论解析、轻实践指导”也是一个普遍的问题。在教师看来，每个语言元素的语义、语法和语用都有必要解析清楚，‘而且这种重复解析简单轻松。实际上，能使学生将。编程语言作为问题求解的有效工具才是我们的目标。要达到此目标，实践是必不可少的重要环节，而且应达到一定的比例。西方一些知名院校的实践考核比例高达60％，而我们的实践比例普遍低于25％。编程语言学习实践中应该融入开发方法的指导和训练，使学生能应对将来的激烈竞争。

敏捷方法学提倡极限编程、迭代式渐增式开发、软件重构、测试优先、结对编程等新方法，我们能否提早引入到编程语言学习实践过程中，尽早培养学生良好的思维和实践习惯，这是一个值得探讨的问题。

以上问题对目前的编程语言教学实践提出了挑战，本文尝试一种渐增式验证序列IVS方法，希望有助于改进当前的编程语言教学实践。

2　渐增式验证序列IVS

2.1　QDeV过程

先简单介绍QDeV过程，结合迭代式、渐增式开发和软件重构，介绍渐增式验证序列IVS(Incremental Verification Sequences)，并探讨多个IVS之间的关系。针对一个问题的求证，QDeV过程包含4个环节：Question质疑、Design设计、execution执行和Validation确认。此过程贯穿于每个关键性语言元素所涉及的每个问题，即对一个问题贯穿如下4个环节：

1.“质疑”：明确提出一个问题。

2.“设计”：根据问题需要，给出简单编程，也可能重构已有设计或更改配置。

3.“执行”：运行程序以得到可观察结果。

4.“确认”：对该问题给出结论。

QDeV(隐含着快速开发Quick Development之意)特色是质疑驱动、以验证性设计为核心、个性化和实践性。

2.2　IVS表

在QDeV实践过程中我们进一步认识到，对一个问题给出结论之后又会引出新问题。此时添加少量新设计(称之为渐增increment)，或者少量改进已有设计(称之为重构refactoring)，就能很容易地验证新问题或更复杂的问题，如此周而复始(称之为迭代iteration)。当教师和学生都不能提出新问题，或者已有设计不能再改进，或者到达学生当时能理解的极限时，迭代暂停。而当学习过新元素之后，这样的过程还可再继续。这种迭代式渐增的过程可描述为图1的螺旋曲线。

经实践，我们总结如下规律：

・ 持续改进已有设计具有更好的教学效果。

・ 迭代式渐增可验证多个相关问题，具有更高效率。

・ 渐增式验证和求解能表达更多的过程细节，简化了复杂性。

・ 作为一种良性循环，是对当前软件工程的一些新方法的实践。

为了推广应用这种教学实践方法，本文尝试IVS来改进编程语言的教学和实践，表示为一种IVS表的形式，如表1所示。

IVS表由两部分组成：表头和表体。表头主要描述编号、目标和前提。

编号：一门课程需要一系列的IVS表，按教学过程对每个IVS表确定一个序号，以确定该表的教学次序，也方便其他表的引用。

目标：用简短文字描述要达到的目的。通常是一个具体的实例，例如，“如何用模板类设计一个单向链表”，“如何用模板类实现一个堆栈/队列”等。也可能是一个教学单元的描述，例如“数组如何定义与应用”、“函数/方法如何定义与应用”等。一个IVS目标往往是一个较“大”或者较“抽象”的问题，解决此问题要求进行多轮的QDeV过程。

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前提：即“前继目标或问题”。要达到本目标需利用前面已实现的目标或已解决的问题，以明确已有的条件和基础。此处可引用其他IVS表的编号或表编号加序号，可说明多个前提。在表头，教师可按需扩展新内容，如“难易程度”、“时间安排”等。

表体包含由多轮QDeV构成的序列，一行表示一轮QDeV过程。

序号：从1开始按序排列，以确定每一轮QDeV的次序，也方便引用。被引用的方式是“表编号：序号”。一般来说，后一轮以前一轮为基础。如果前后两个QDeV之间没有严格的前后次序，可加小写字母来区分，如2a、2b，表示两者之间无严格次序。

问题：用简短文字描述一个问题。

设计：文字说明设计要点，仅需以提示方式来说明添加或重构的要点，避免大幅源码出现。如果需要的话，可用超链接来关联一个或一组文件。

执行&确认：说明执行效果和结论。表中将执行和确认合并为一栏，原因是“确认”描述往往很简单。

备注：主要用于教师扩展新的内容。例如，总结当前验证的结论、引出下一个问题、引用另一个更具体的IVS表或引用教材中的相关章节等等。

2.3　IVS间的关系

一门课程需要多个WS表，多个IVS表之间可能存在多种关系。明确表示这种关系，可使学生的知识技能的体系更趋完善，也可方便教师备课和实施。IVS表之间主要有3种关系：“表序”表示课序前后；“前提”表示基础与条件；“细化”表示具体实施。下面分别介绍这3种关系。

表序。多个IVS表的序号从小到大表示了多个课程单元的大致前后次序，这样将一门课的多个IVS表形成一个序列，这类似我们的教学实施计划。

前提。每个IVS表都可说明要实现本目标所需要的若干相对重要的条件和基础，这往往依赖于已实现的目标或者一已解决的问题。前提关系表明了知识和技能的脉络结构，从简单到复杂，从低级到高级，给出一个清晰的渐增过程。例如在C/C++课程中，一个IVS目标是“如何用函数实现一个单向整数链表”，应说明“函数”、“结构”、“指针”作为其前提，而像变量说明、循环语句就不适合作为其前提。

细化。一个抽象描述的IVS表可细化为多个具体表。对于一个IVS表，如果有一个问题不能简单用一轮QDeV过程来解决，那么这个IVS表就是一个“抽象表”，它需 要将一项QDeV细化为一个具体的IVS表。例如，在J2EE课程中建立一个抽象的IVS表，目标是“如何构建Jt2EE应用系统”，第1个问题是“如何搭建一个J2EE基础平台”，而要解决此问题，并非一轮QDeV能完成。一种合理的方法是细化：以此问题为目标，另建一个具体的IVS表，用几轮QDeV来说明如何逐步安装、配置、验证数据库、Java虚拟机、Web服务器等过程。表示这种细化关系是在抽象表中的“备注”中引用具体的IVS表。

除了上述3种关系之外，多个IVS表之间还可能存在其他关系，但建议不要将关系复杂化。

3　IVS应用及特色

应用IVS的目标是“将学生纳入良性循环的轨道，推一把，让学生自己去做”，具体如下：

1.“将学生纳入良性循环的轨道”：对一个IVS表确定一个中等难度的目标，并给出前3个问题。

2.“推一把”：教师对第1个问题给出设计、执行和确认全过程，对第2个问题仅给出设计，让学生执行和确认。第3个问题由教师提出。

3.“让学生自己去做”：对第3个问题由学生自行设计、执行和确认，而后要求学生提出第4个问题，自行设计、执行和确认，如此循环下一个问题。

在编程语言教学实践中应用IVS，应注意以下几个问题：

1.在课程开始时，向学生说明这种新的教学实践方式，使学生能理解IVS表和QDeV过程，使多数学生能理解其作用。

2.在课程进行中，用IVS表来改进讲义或教案，使学生目标明确、思路清晰。可将未完成的IVS表交学生完成，并鼓励学生提出新问题，然后自行设计验证。教师可检查学生提交的IVS表来发现过程中的缺陷和不足之处，给学生提供及时对症的指导。

3.在课程复习时，向学生提供本课程全部IVS表，主要是列出全部的目标和问题，要求学生对照检查，以发现缺陷和不足，也方便教师选择重点和难点。

4.在课程考核时依据IVS表，方便教师命题，既可考核基本概念，也可对实践环节进行考核。

IVS方法的特色总结如下：

・目标驱动。要达到的目标和要解决的问题必须先明确，有助于学生集中注意力，保持思路清晰。

・持续改进提高。从简单入手，注重过程训练，使学生不畏惧复杂性，对克服困难有自信，也提高学生自学能力。

・提早实践新方法.将迭代式开发、渐增式开发、软件重构等新方法提早引入到编程语言学习阶段，使学生尽早地实践新方法，有助于将来从事大型复杂软件研发。

・简便易行.可理解、可跟踪、可指导，在教师与学生之间有效沟通。不需要特别的工具支持，

PowerPoint、Word或Excel通常够用。

4　结束语

进一步的工作包括基于IVS如何引入“测试优先”、“结对编程”等新方法；研究多门课程间IVS的关系，以推动多语言多平台的渐增式教学实践；也包括基于WS的教材编写。