地球物理学专业Visual C+ +教学模式的探讨

【摘要】Visual C++程序设计已经成为理工科学生的重要课程之一。探讨了地球物理专业该课程的教学问题，提出了基于建构主义的教学模式，该教学模式既发挥教师主导作用，又能充分推动学生学习的主观能动性。基于该教学模式，学生不但可以掌握比较熟练的实际程序设计能力，而且可以学到更多的专业知识。通过实际教学验证取得了一定成效。

【关键词】Visual C++ 建构主义 教学模式 地球物理

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）08-0248-03

1.引言

Visual C++（以下简称VC）是C++面向对象语言的一个主流集成开发工具，同时也已成为一种重要的程序设计语言。根据其提供的丰富开发库和代码管理、资源编辑等可视化功能，可以快速构建出一套专业应用的计算机软件。《Visual C++程序设计》是非计算机类理工科专业一门比较重要的课程，其目的是培养学生利用先进计算机手段解决和验证专业领域的问题。然而实际教学中，VC课程往往采用计算机专业教学特点，与专业结合较少，一方面影响了学生对课程的兴趣和教学效果，另一方面学生也无法体会该课程在其专业教学体系中的作用。

同时，VC是一门理论和实践设计并重的课程，作为非计算机专业的课程教学，如何结合专业进行教学模式改革是任课教师需要思考的一个重要问题。本文结合所教地球物理专业VC程序设计，探讨教学模式，也希望对其他专业有借鉴作用。

2.地球物理专业VC课程教学的现状与问题

2.1专业特点

地球物理专业教学目标之一是培养学生具有较强的地球物理信息现场采集、数据处理和解释的实践能力。因此，中国矿业大学（北京）在制定该专业培养方案和课程体系建设中非常重视数理基础和计算机水平。这也使得该专业学生相对具有扎实的数理基础和计算机水平。

VC课程是该专业学生的第三门计算机类课程，也是继《C语言程序设计》课程之后又一重要的程序设计课程，共计32学时，上机10个学时。这门课程安排在大二下学期，学生对计算机知识和简单程序设计已经有了一定认识，也对地球物理主要原理进行了学习，对专业知识有了初步的掌握。因此，VC课程所面对的学生已不是基础知识教学阶段，而是到了提高专业技能、掌握和初步应用专业知识的阶段。基于此，VC课程的目标应是通过学习C++面向对象程序设计理论方法，掌握利用VC++实现解决专业问题的初步能力。这要求任课教师有意识地结合专业来进行课程教学设计，帮助学生进行整个知识体系的串接。

2.2 现有教学模式与问题

教学模式是指教师、学生、教学内容和教学媒体四元素在教学过程中相互联系、相互作用所形成稳定的结构形式[1]。现在大学教育模式主要采用以教师为中心的教学模式。这种教学模式建立在“传递-接受”教学理论和行为主义的“刺激―反应”学习理论基础之上，教师利用讲解、板书和各种媒体作为教学的手段和方法向学生传授知识，学生则被动地接受教师传授的知识。在这种模式中，教师是主动的施教者，学生是外界刺激的被动接受者、知识灌输的对象；教材是教师向学生灌输的内容；教学媒体则是教师向学生灌输的方法、手段。教师、学生、教材四要素各自的作用清楚， 彼此之间的关系明确。

然而， 以教师为中心的教学模式用于VC课程教学往往出现如下问题：

一是教学方法方面，由于课时有限，教师要在规定的课时内完成教学计划，在课堂基本上都是“满堂灌”，教师是教学的主体，学生在被动地接受。师生互动也很少，课堂氛围沉闷，学生的学习兴趣不高，缺少自主性和积极性，听课效率不好。以教师为主体的教学方法也造成了学生对教师和教材的依赖性，知识仅仅限于教材规定范围，稍有超出，学生就产生畏难情绪，不会主动查找资料和借阅书籍，很难达到培养学生个人能力的目标，教学效果不显著。

二是理论教学方面，VC课程兼顾C++面向对象程序设计、Visual C++集成开发环境、MFC以及图形、数据库开发等内容，知识覆盖面广、理论概念多、内容繁杂。教师的教学内容如果局限于教材的纯粹语法讲解，概念枯燥抽象，很容易导致学生学习兴趣下降。

三是课程实践严重不足，本门课程的实践性和应用性非常强，对于大多学生来说，许多知识只有通过实践教学才能真正的理解。但是，由于实践时间、教学方式等限制对实践教学环节的重视不够，导致学生在实践环节都是以抄写程序进行实际操作练习，针对实际问题往往束手无策，不会变通，也缺少团队项目的训练，导致沟通能力较弱，团队合作意识不强。因此，必须考虑课程教学中实践环节的教学方式改革，尤其在当今大力提倡素质教育和创新能力培养，为国家培养合格的人才目标的教学理念下，必须重视实践教学的作用，改进教学内容，把实践教学放到和理论教学同等的地位。

四是专业性特点不强，地球物理专业学生和计算机专业学生在课程设置和教学方式上差别很大，学生在学习知识的时候已经有意识的和自己专业进行结合和思考。尽管教师反复强调本课程在后续课程学习以及今后实际工作中的重要性。但是，教学内容和专业知识联系不紧密，再加上课程知识点多和初学程序调试中的种种问题，许多学生反映一些学到的计算机知识和实践内容在后续的学习和工作中无法具体实施。学生仅仅为了应付考试，对理论方法进行死记硬背，忽视对自己动手能力的培养，从而使学生处于被动接受的地位，无法发挥学生的主动性。

3.基于建构主义的教学模式改革

3.1建构主义理论

建构主义（constructivism）也译作结构主义，其最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰（J.Piaget）[2，3]。建构主义认为：知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定情境即社会文化背景下，借助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获取的[4]。在整个教学过程中，教师起组织者、倡导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创造精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。在这种模式中，要求既发挥教师的主导作用，但并不是像“教师中心模式”中那样发挥“主宰”作用，又要充分体现学生的认知主体作用。这就要求在基本保留“传递―接受”教学活动进程的条件下，要对这种“进程”加以认真的改造，在此进程中让学生更多地去主动思考、主动探索、主动发现。教学进程中，教师有时处于中心地位，以便起主导作用，但并非自始至终；学生有时处于接受学习状态，但更多的时候是在教师帮助下进行主动思考与探索；教学媒体有时作为辅助教学的工具，有时作为学生自主学习的认知工具；教材要素也各自有不同的作用，彼此之间有不同的联系。

3.2 四要素的重新认识

基于建构主义的教学模式对教师和学生都提出了更高的要求，已经不同于基本的“传递―接受”VC课程教学活动，而是更加符合该阶段学生特点的教学活动，是对学生进行实践能力培养的新方法。在该理论的框架下，VC教学四要素需要进行重新认识。

（1）教师是不仅仅要备好课，上好课，更重要的是承担整个教学过程的组织者、指导者和促进者。这就要求任课教师一方面对繁杂的VC课程内容进行梳理、优化，以最主要的核心内容和基本方法、基本操作进行课程教学，将过于技术和操作复杂的内容留在实践教学，让学生主动思考和操作。另一方面要跳出课程教学，利用各种资源为学生创建学习和实践的环境。

比如，VC++的调试内容和错误处理，给学生讲解是枯燥的，也是很难理解的。但是，VC调试错误类型很多，学生刚开始接触也很害怕错误出现，此时教师一方面要教给学生查看错误的基本方法，另一方面教师需要对错误按类型进行归类，形成一个错误对照表，便于学生分析错误的原因。学生很容易接受主动查找方式，老师也不会疲于为学生讲解而烦累。而且，这种方式促进了学生之间的学习交流，掌握快的同学可以帮助慢的同学，达到互助教学、协同学习的目的，发挥了学生的主观性、并提高了其学习积极性。

（2）学生的学习是以兴趣为导向的，尤其当今大学生对知识有很强的主动建构意识。因此，利用学生这个特点，一方面要为学生提供快速获取知识的媒介，比如学习资源。目前大学生上网或者手机阅读已成为日常生活的一部分，可以让学生自己主动参与一些VC的学习网站和社区，比如VC知识库、MSDN等。另一方面，学生有对专业学习的认识和思考，希望所学课程能对其专业学习有所帮助，学生经常主动将VC和地球物理其他专业课程的内容进行联系，试图分析解决一些地球物理现象，加强对地球物理知识的理解。所以，教师的教学内容应与学生的学习特点进行联系，需要与专业知识进行结合。

（3）教材应回归工具参考书的作用，教师引导学生重点地选择一到两本教材，所涉及的知识可能是教师传授的内容也可能是扩展性的知识，让学生自己有主动选择参考书和资料的过程。目前来说，适合本专业的VC教材是没有的，教师应该给学生说明原因和教材选择的方法，学生根据自己对认识的理解选择教材或者查阅资料。

（4）媒体也不仅仅是帮助教师传授知识的手段、方法，还可以用来创设情境、进行协作学习和交流，作为学生主动学习、协作式探索的认知工具。课件、网络通信工具（MSN，QQ，微博，微信）等都可以用来学习和互动交流，延伸了传统课堂。

显然，在这种教育模式下，突出了VC课程对学生的能力培养和专业教育，教师、学生、教材和媒体等四要素与传统教学相比，教与学不是独立的，而是必须成为一个有机的整体才能够实现，这对教学过程的实施提出了更高的要求。

3.3 教学过程实施

根据采用基于建构主义的教学模式授课实施方式，可以将主要方法总结如下：

（1）优化课程内容

VC课程内容多，学时非常有限，合理安排课程内容是实现建构主义教学模式的前提。VC课程主要涉及的讲述内容包括C++面向对象程序设计、VC集成开发环境和MFC界面开发，数据库和图形开发等，针对地球物理专业对程序设计的要求，课程主要目标可以定为掌握C++面向对象程序设计基础理论、掌握VC集成开发环境、熟练应用简单MFC界面开发（View/Document/Frame结构的单文档和多文档框架、菜单、工具栏、对话框）、掌握基本图形绘制，了解数据库开发。课程内容安排上以“重视基础，培养技能，专业结合”为遵旨，将面向对象程序设计基础理论讲述为重点，VC集成开发和调试环境操作为实践手段，重视与专业结合紧密相关内容的讲解，比如地球物理数据分析中，图形绘制是必需内容，适当安排课程章节，而数据库开发对于地球物理专业应用较少，可以弱化或者不讲解。

（2）强调VC课程整体知识体系的建构

基于建构主义的教学模式最主要是发挥学生的主观能动性。优化好课程内容后，对于教学方法也需要进行调整，不能按传统教学模式，按章节讲解。而是根据VC课程的特点，使学生能够进行整体到局部的知识建构。这里主要针对课程核心内容C++面向对象程序设计部分为例进行说明。

C++面向对象程序设计的理论部分是整个程序设计的基础，掌握这些基本理论和方法对于分析任何VC++程序都是有帮助的。

谭浩强老师[5]编写的《C++面向对象程序设计》一书已经强调了先讲述C++语言整体特点，然后再分章节讲述各个部分。但是由于C++面向对象程序比起C语言等结构化程序设计语言的理论和概念更多，学生在学习中还是把握不住核心。所以，从整体到局部进行知识体系建构必须梳理出比较清晰、简洁的层次关系。

面向对象程序设计语言最核心特征是抽象封装、继承和多态，所有内容是围绕这三个关键特征进行展开，而C++语言是围绕这三个主要特点进行具体规则的编码语言。根据这三个特点进行面向对象程序设计教学内容的层次化构建如图1所示。

这个知识结构的构建不仅对老师优化备课有帮助，也对学生课前预习、进行整体知识建构有帮助。在课堂讲解时，将这个层次结构不断进行重复，帮助学生进行知识体系建构，同时鼓励学生按这些关键字进行教材的快速阅读和反复阅读。学生对整个知识体系有所了解后，查阅任何类似书籍都可以帮助加深面向对象程序设计的学习和实践。

（3）利用信息技术有效开辟第二课堂

这是对教材和媒体要素的具体延伸。主要是利用各种信息技术来支持学生“学”。为了支持学生主动探索VC相关内容，为学生提供了各种信息资源，其中包括各种类型的教学媒体、教学资料和网络资源。但是。VC教学中有一个问题是必须面对的，即每一个程序初学者在进行程序的调试过程中，面对大量的错误不会分析、调试、往往造成灰心厌学。针对这个问题，现在的即时通讯工具比如QQ能为该问题提供有效的解决手段，为教师和学生之间提供了互动平台，学生的主动性也能够进行发挥。

主要方法是：

①构建一个QQ群，鼓励学生在上面进行学习经验交流和讨论，教师进行引导和一些问题的回答。教师对一些常见问题，比如重要知识点和调试问题进行整理归档，共享在群资料库内，学生也可以将自己的学习心得和一些有用资料共享在资料库内。

②针对初学者的调试问题（这里主要指实验课外的练习），可以利用QQ远程协助工具，帮助学生进行在线的错误查找和调试演示。随着学生调试方法的掌握和程序的正确执行，学生学习的信心和兴趣会逐步增强，而且会根据自己的想法加入更多的变化，带动了创新能力培养。

（4）充分重视实践教学中的课题选择和管理

1）课题选择

VC课程是实践性强但又相对枯燥的一门课程。如果只是编写几个简单的验证程序，程序之间也缺少联系，那么学生的学习积极性也无法提高，同时也很容易使学生产生课程学习与地球物理专业无关的想法。因此，实践教学中的课题选择和管理是非常重要的，既影响着学生学习兴趣，又对教学内容和课程教学起到优化作用。本课程课题选择坚持如下几个原则：

第一、实践课题应当与教学大纲的要求相一致，使用教学中的基本内容，难易程度应当在本年度教学计划规定的要求之内。

第二、课题应当有明确的评价标准，明确的评价标准使学生有了设计目标和努力的方向。评价标准要实事求是、难度恰当，符合程序设计的基本精神和本质内涵，评价标准应当是对学生的实践结果明确地、全方位地考察。有了评价标准，学生在程序设计过程中可以随时调整其实现方向，以务实的态度面对程序设计。

第三、课题设计具有明显的专业特点和可操作性，能够与学生已经学习的地球物理专业知识结合起来。

第四、课题具有明显的程序模块划分特点，可以通过成立实践小组，通过学生之间协作共同学习完成课题内容。

根据以上原则，从学生已经开设的专业课程中挑选一些题目进行实践，比如从《地震勘探原理》挑选了题目：简单水平层地震波射线追踪正演模拟。该课题主要利用几何地震学原理，演示和分析波在简单层状介质中的传播情况，进行数据采集和解释，如图2。

课题的实现核心是利用VC图形绘制方法描述出观测系统，然后利用地震学反射原理计算波从炮点和检波点之间路程，得出传播时间，最后绘制出波形结果即可。该课题既运用了本课程编程知识，又展示了反射波地震勘探数据采集的基本过程。课题给出了明确的评分标准，如表1。

2）过程管理与结果陈述

为了使学生顺利完成实践课题内容，首先要重视过程管理。一是课程内容和实验过程中，围绕课题实现进行课程内容的讲解，让学生提前进行状态。比如，上机实验中可以将课题中一些内容作为练习题目，比如绘制水平地层结构和观测系统，就可以练习画线、三角形和圆形以及颜色设置，然后集成在一起成为一个完整的观测系统。二是过程中，让学生定期的反馈进度和遇到问题，及时解决。

最后，做好结果陈述，这是课题练习的最后一个阶段，但也是至关重要的内容之一。陈述的过程就是要求学生在程序设计全部完成后，把自己对问题的处理方法、设计构想、过程及结果在几分钟内表达清楚，然后由教师提问，陈述者回答问题，最后再由教师指出程序的可取之处、存在的问题以及解决方向。结果陈述的意义如下：第一，学生感觉自己的劳动成果受到尊重，产生自豪感和学习动力；第二，培养了学生的口述表达能力、自信心及组织能力；第三，陈述可以避免教师评分过于主观的倾向，陈述中提问可以发现学生协作中的问题以及团队内成员的工作量，对于“偷懒”学生进行惩戒。

3.4 教学效果评估

在2012-2013学年，在对2010级地球物理本科生的VC课程教学中采用了该教学模式，学生学习兴趣高，课间和课后与教师互动多，尤其实践课题学生参与积极性高，完成情况很好。课程考核方式为理论考试（闭卷）、平时成绩和实践成绩相结合，综合考试结果为：学生共33人，其中不及格的0人，60―69分的5人，70―79的10人，80―89的13人，90分以上5人，取得了较好的效果。

4.结束语

VC是一门理论和实践设计并重的课程，本文针对当前非计算机类专业该课程教学中的问题，结合地球物理专业探讨了基于建构主义的教学模式。该教学模式既发挥教师主导作用，又能充分发挥学生学习的主观能动性作用，学生不但可以学到更多的专业知识，而且可以掌握比较熟练的实际操作能力。该教学方法与培养掌握专业理论技能和具有较强综合能力复合型人才的目标一致，使学生可以在以后工作中具有较强的竞争实力。同时，本文所探讨教学模式，对其他专业也具有借鉴作用。

参考文献：

[1]乔伊斯.荆建华，宋富钢，花清亮译.教学模式[M].中国轻工业出版社，2002

[2]何克抗.建构主义――革新传统教学的理论基础[J].电化教育研究，1997（3）：3-9

[3]王竹立.新建构主义与知识创新[J].远程教育杂志，2012，（2）：36-43

[4]陈旭.艺术设计教学模式改革与思考[C].2008国际工业设计研讨会暨第十三届全国工业设计学术年会（Proceedings of the 2008 International Conference on Industrial Design）. 2008，1：372-375

[5]谭浩强.C++面向对象程序设计[M].清华大学出版社.2006