大學(xué)編程語言課實(shí)例教學(xué)探討

張靜華

文章編號：1672-5913(2009)08-0072-03

摘要：本文以“C++程序設(shè)計”課程為對象，探討了大學(xué)編程語言課的實(shí)例教學(xué)方法，進(jìn)行了C++程序?qū)嵗O(shè)計，并提出構(gòu)建一個基于Web的程序?qū)嵗詫W(xué)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了課堂教學(xué)實(shí)例數(shù)量不足的問題，同時在系統(tǒng)中提供了自適應(yīng)實(shí)例學(xué)習(xí)控制策略作為學(xué)生實(shí)例學(xué)習(xí)的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：實(shí)例教學(xué)；實(shí)例設(shè)計；自適應(yīng)；實(shí)例學(xué)習(xí)策略

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1引言

在編程語言課的教學(xué)中，程序?qū)嵗哂蟹浅Ｖ匾囊饬x。好的實(shí)例設(shè)計有助于學(xué)生對內(nèi)容的理解；大量實(shí)例的累積可以達(dá)到量變到質(zhì)變的作用，使學(xué)生從看懂到領(lǐng)悟。在教學(xué)過程中，實(shí)例的選擇和對學(xué)生實(shí)例學(xué)習(xí)的指導(dǎo)都將對編程語言課的學(xué)習(xí)有很大幫助。本文以“C++程序設(shè)計”課程為例探討了實(shí)例教學(xué)方法。首先確定基于實(shí)例教學(xué)的總的思想和方法，然后重點(diǎn)探討實(shí)例的設(shè)計和一個基于Web的自適應(yīng)實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)。

2基于實(shí)例的教學(xué)

C++課程基于實(shí)例的教學(xué)從兩方面入手。其一為教學(xué)中恰當(dāng)?shù)膶?shí)例選擇運(yùn)用；其二為課余時大量的實(shí)例提供與自學(xué)指導(dǎo)。具體包括：

(1) 實(shí)例運(yùn)用上注意實(shí)例的連貫性，若知識點(diǎn)相關(guān)，則采用同一系列實(shí)例進(jìn)行擴(kuò)展，即題目內(nèi)容相近，但針對不同知識點(diǎn)做局部改變擴(kuò)展，使能快速理解實(shí)例，并專注于教學(xué)點(diǎn)。

(2) 適當(dāng)采用實(shí)例的歸納、對比、類比等方法。如窮舉法，通過多種實(shí)例類比，說明什么問題可以用窮舉法解決；又如面向?qū)ο蟪绦蚣軜?gòu)與程序設(shè)計思想，通過對同一問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計和面向?qū)ο笤O(shè)計的對比。

(3) 伴隨教學(xué)進(jìn)度分解一個復(fù)雜的綜合實(shí)例，逐步講解程序設(shè)計方法思想。采用問題引導(dǎo)的方法，由綜合實(shí)例的某個步驟提出問題，引出新知識點(diǎn)，改進(jìn)程序，層次推進(jìn)至最終完成問題。

(4) 每講完一次課程后，為學(xué)生總結(jié)本次課程的語法知識點(diǎn)和程序設(shè)計思想。提示下堂課將會涉及的前序知識點(diǎn)，以及與下堂課有直接關(guān)系的前序?qū)嵗⑻岢鲱A(yù)備問題。布置與課堂實(shí)例的算法相似的程序作業(yè)，學(xué)生能通過知識的直接遷移來完成作業(yè)。

(5) 要求學(xué)生在課余根據(jù)相應(yīng)知識點(diǎn)通過實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)學(xué)習(xí)并練習(xí)相應(yīng)實(shí)例來達(dá)到進(jìn)一步的練習(xí)和提高，系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生在實(shí)例庫中的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行相應(yīng)的控制指導(dǎo)。

3C++程序?qū)嵗O(shè)計

程序?qū)嵗脑O(shè)計是實(shí)例教學(xué)的重點(diǎn)，通過對領(lǐng)域知識點(diǎn)的分析總結(jié)，有針對性的進(jìn)行實(shí)例設(shè)計。同時實(shí)例之間并不是孤立的，有意識的設(shè)計了有聯(lián)系的各種實(shí)例組，形成系統(tǒng)的全面的實(shí)例庫。

3.1領(lǐng)域知識點(diǎn)總結(jié)

對于“C++程序設(shè)計”課程，領(lǐng)域知識點(diǎn)涉及兩個方面，其一為C++語法理解與應(yīng)用，其二為如何應(yīng)用程序設(shè)計思想解決實(shí)際問題。

首先從語法角度開始，每個語法考察點(diǎn)都是一個領(lǐng)域知識點(diǎn)。如：各種基本數(shù)據(jù)類型的長度、文字常量表示、符號常量表示、變量定義和類型轉(zhuǎn)換等。

從程序設(shè)計角度講，程序設(shè)計相關(guān)理論方法技巧都是一個領(lǐng)域知識點(diǎn)。程序設(shè)計思想涉及遞歸、迭代、窮舉和分治等。程序設(shè)計方法與技巧包括數(shù)據(jù)設(shè)計、算法設(shè)計和程序架構(gòu)設(shè)計。數(shù)據(jù)設(shè)計包括簡單數(shù)據(jù)設(shè)計、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用和結(jié)構(gòu)體應(yīng)用等；算法設(shè)計包括分支算法、循環(huán)算法、循環(huán)嵌套和循環(huán)與條件語句的嵌套等多種程序設(shè)計技巧；程序架構(gòu)設(shè)計包括函數(shù)設(shè)計和程序架構(gòu)組織。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想包括類的抽取與設(shè)計(屬性設(shè)計、方法設(shè)計、構(gòu)造方法設(shè)計、訪問控制設(shè)計)、應(yīng)用類屬性與類方法解決問題，應(yīng)用類的聚合解決相應(yīng)問題和應(yīng)用類間的消息連接解決相應(yīng)問題等。

3.2基于領(lǐng)域知識點(diǎn)的實(shí)例設(shè)計

將C++程序?qū)嵗譃槿齻€層次：

(1) 純語法實(shí)例：用于演示基本語法，可以沒有實(shí)際含義；

(2) 算法實(shí)例：有一定實(shí)際意義的算法思想實(shí)例，用于演示程序設(shè)計思想和方法技巧；

(3) 綜合實(shí)例：需要多個知識點(diǎn)的綜合設(shè)計實(shí)例，重點(diǎn)演示解決問題的思維方式和程序架構(gòu)。

純語法實(shí)例設(shè)計中，為每個語法知識點(diǎn)都設(shè)計若干相應(yīng)的語法實(shí)例程序，一個實(shí)例會涉及多個語法知識點(diǎn)，但會有重點(diǎn)演示的語法知識點(diǎn)。將設(shè)計好的程序進(jìn)行題目設(shè)計，通過總結(jié)學(xué)生作業(yè)、考試中的問題，找出相應(yīng)語法容易出錯的形式，設(shè)計了相應(yīng)的問題形式，如讀程序?qū)懡Y(jié)果，程序填空，錯誤辨析等。

算法實(shí)例一般都是解決實(shí)際問題的題目，針對每個程序設(shè)計方法知識點(diǎn)設(shè)計算法實(shí)例。每個實(shí)例涉及一個或多個重點(diǎn)演示的設(shè)計知識點(diǎn)。如雞兔同籠問題，水仙花數(shù)問題應(yīng)用的是雙重循環(huán)技巧，也是窮舉設(shè)計思想。

綜合實(shí)例都是有一定意義的較復(fù)雜的實(shí)際問題，如我們設(shè)計的學(xué)生成績分析系統(tǒng)，模擬停車場輔助系統(tǒng)，模擬選課系統(tǒng)等。綜合實(shí)例只給出問題描述，而不是具體要求設(shè)計哪些類，哪些函數(shù)，鍛煉學(xué)生對復(fù)雜問題的整體分析設(shè)計能力。每個實(shí)例都盡量將多個知識點(diǎn)應(yīng)用進(jìn)來。如學(xué)生成績分析系統(tǒng)涉及類、對象、類的組合、模板、排序算法、文件操作和運(yùn)算符重載等。模擬停車場系統(tǒng)也涉及類對象、繼承、多態(tài)、類的組合、數(shù)組和搜索算法等。并且將每個綜合實(shí)例分解為若干階段，多個子問題，隨著教學(xué)進(jìn)度不斷擴(kuò)展引入新問題，通過不斷修改程序來解決新的問題。

3.3實(shí)例的組織

在實(shí)例設(shè)計中，每個知識點(diǎn)都設(shè)計若干個實(shí)例。除了針對知識點(diǎn)外，還根據(jù)知識點(diǎn)之間的相關(guān)關(guān)系，遞進(jìn)關(guān)系，有意識的設(shè)計有各種聯(lián)系的實(shí)例，創(chuàng)建多種形式的實(shí)例組。如：類比實(shí)例組(題目不同，算法相同)；對比實(shí)例組(題目相同，算法不同)；擴(kuò)展實(shí)例組(基于知識點(diǎn)的遞進(jìn)關(guān)系，不斷擴(kuò)展的系列實(shí)例)等。

4基于Web的自適應(yīng)實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)

課余時大量的實(shí)例提供與自學(xué)指導(dǎo)是實(shí)例教學(xué)設(shè)計的一個重點(diǎn)。如何能達(dá)到這個目的，我們探討了一個基于Web的實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)目標(biāo)知識點(diǎn)，教學(xué)進(jìn)度，實(shí)例的難易程度，實(shí)例之間的關(guān)聯(lián)，以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況為學(xué)生選擇實(shí)例，指導(dǎo)學(xué)生對實(shí)例的學(xué)習(xí)。

實(shí)例學(xué)習(xí)的指導(dǎo)策略為：由語法到算法，由易到難；根據(jù)學(xué)習(xí)情況優(yōu)先選擇擴(kuò)展實(shí)例，若當(dāng)前實(shí)例不理解則選擇類比實(shí)例，若還不理解選擇前序知識點(diǎn)實(shí)例，若實(shí)例理解選擇知識點(diǎn)的其他實(shí)例，適當(dāng)選擇對比實(shí)例，達(dá)到一定程度增加難度；追蹤一個綜合實(shí)例。保證選擇的任何實(shí)例都不含未學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)。

4.1創(chuàng)建程序?qū)嵗龓?/p>

實(shí)例庫不是實(shí)例的簡單集合，為了與教學(xué)順序和教學(xué)目標(biāo)配合，并且在學(xué)生進(jìn)行實(shí)例學(xué)時時提供相應(yīng)的控制，需要設(shè)計實(shí)例庫的組織形式。

首先保存設(shè)計好的所有實(shí)例。三種程序?qū)嵗枰幚淼膬?nèi)容不同，故分別構(gòu)建語法實(shí)例表(實(shí)例編號，題目描述，題目內(nèi)容，問題講解，難度等級)、算法實(shí)例表(實(shí)例編號，題目描述，分析，程序，講解，難度等級)、綜合實(shí)例表(實(shí)例編號，題目描述，實(shí)例分解步驟)以及綜合實(shí)例步驟表(實(shí)例編號，步驟編號，問題描述，程序，講解，難度等級)。

保存總結(jié)出來的領(lǐng)域知識點(diǎn)。由語法知識點(diǎn)表(知識點(diǎn)編號，標(biāo)題，語法描述)和設(shè)計方法知識點(diǎn)表(知識點(diǎn)編號，標(biāo)題，算法思想描述)描述。

構(gòu)造實(shí)例與領(lǐng)域知識點(diǎn)之間的關(guān)系。每個實(shí)例都涉及一個或多個語法知識點(diǎn)，語法實(shí)例一般會有一個(或多個)主語法知識點(diǎn)，算法實(shí)例與綜合實(shí)例的分步實(shí)例會有一個(或多個)主設(shè)計知識點(diǎn)。建立實(shí)例與知識點(diǎn)之間的關(guān)系表(實(shí)例類型，實(shí)例編號，相關(guān)知識點(diǎn)編號，相關(guān)知識點(diǎn)類型，是否主知識點(diǎn))，標(biāo)識出實(shí)例涉及的所有語法知識點(diǎn)，并標(biāo)出語法實(shí)例的主語法知識點(diǎn)，和其他實(shí)例的主設(shè)計知識點(diǎn)。表結(jié)構(gòu)為。

建立實(shí)例之間的關(guān)系。由實(shí)例關(guān)系表(關(guān)系類型，關(guān)系編號，實(shí)例編號，備注)構(gòu)建不同的實(shí)例組。

一般教學(xué)領(lǐng)域知識點(diǎn)間有固定的前序關(guān)系。但程序?qū)嵗g卻沒有先序關(guān)系，每個實(shí)例都是獨(dú)立的。但一個實(shí)例一般會涉及多個語法知識點(diǎn)，雖然許多語法之間是沒有先序關(guān)系的，但教學(xué)進(jìn)度卻使這些知識點(diǎn)有了先序關(guān)系。故實(shí)例使用的先后順序與教學(xué)順序有關(guān)。為了能正確的提供學(xué)生適宜的實(shí)例，除盡量提供一些僅涉及當(dāng)前知識點(diǎn)的實(shí)例外，還要將每個實(shí)例涉及的知識點(diǎn)都詳細(xì)指出，同時構(gòu)建教學(xué)進(jìn)度表，在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中屏蔽沒學(xué)過內(nèi)容的相關(guān)知識點(diǎn)。教學(xué)進(jìn)度表將相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)知識點(diǎn)表的知識點(diǎn)按教學(xué)進(jìn)度標(biāo)識出順序關(guān)系，可直接在教學(xué)目標(biāo)相關(guān)的兩個表中增加一個字段標(biāo)識順序號。

4.2學(xué)生信息庫

課程的每個學(xué)生都是系統(tǒng)允許的用戶，為每個學(xué)生提供學(xué)習(xí)狀況記錄，這里稱為學(xué)生模型。學(xué)生模型由三個表組成，分別記錄學(xué)生的能力程度、學(xué)習(xí)過程和學(xué)生當(dāng)前追蹤的綜合實(shí)例及當(dāng)前步驟。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程情況浮動學(xué)生的能力值。學(xué)習(xí)過程記錄所學(xué)的實(shí)例編號，實(shí)例類型，實(shí)例難度等級，實(shí)例關(guān)系編號，學(xué)習(xí)狀況。學(xué)習(xí)能力程度記錄當(dāng)前的能力，用一個0～100之間的數(shù)表示。

4.3自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制策略

學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，若讓學(xué)生隨意選擇實(shí)例學(xué)習(xí)，那么眾多的實(shí)例會使學(xué)生無所適從，故系統(tǒng)設(shè)計了自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制策略，其結(jié)合教學(xué)順序，教學(xué)目標(biāo)，實(shí)例難度，實(shí)例關(guān)系，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況提供適于學(xué)生的實(shí)例建議。其控制流程如圖1所示。根據(jù)學(xué)生模型選中恰當(dāng)實(shí)例，學(xué)生學(xué)習(xí)一個實(shí)例時，學(xué)習(xí)完后由學(xué)生選擇對實(shí)例的學(xué)習(xí)情況：不理解，理解，能編程。記錄學(xué)生模型，從新計算學(xué)生能力值，然后根據(jù)學(xué)生能力和學(xué)生在當(dāng)前實(shí)例的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)約定的策略推薦下個實(shí)例(屏蔽掉當(dāng)前不適于學(xué)習(xí)的實(shí)例)。

圖1 自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制流程

(1) 實(shí)例選擇策略。

將學(xué)生能力分為5個等級，分別為(bad，lower，low，middle，high)。若學(xué)生能力為lower則選擇語法實(shí)例，否則進(jìn)入算法實(shí)例與綜合實(shí)例；若學(xué)生能力為low，則選擇初級實(shí)例；若學(xué)生能力為middle，則選擇中級實(shí)例；若學(xué)生能力為hign，則選擇高級實(shí)例；若學(xué)生能力為bad，則回溯。回溯方法為查看當(dāng)前所有不理解的實(shí)例，根據(jù)實(shí)例包含的知識點(diǎn)，找出使用最多的知識點(diǎn)，選擇其教學(xué)實(shí)例，若有與本實(shí)例呈系列的實(shí)例優(yōu)先選擇。

若學(xué)生當(dāng)前實(shí)例學(xué)習(xí)狀況為不理解，且能力沒降級，則選擇類比實(shí)例，若能力降級則選擇低一級難度實(shí)例。若當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)為理解，則選擇類比實(shí)例(并專注設(shè)計程序)，若能力升級也可選擇高一級實(shí)例。若學(xué)習(xí)狀態(tài)為會編程，且能力沒升級，則進(jìn)入其他實(shí)例，否則提供更高一級實(shí)例。

(2) 學(xué)生能力計算。

學(xué)習(xí)過程中，初次進(jìn)入系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力程度設(shè)為50，每學(xué)習(xí)一個實(shí)例，若狀況為不理解則能力程度降低，若為理解則能程度上升，若為可編程則上升幅度更大，能力程度升降分值具體如表1所示。依據(jù)量變到質(zhì)變的原理，能力值累積到一定程度，在學(xué)生的能力進(jìn)入新的等級。學(xué)習(xí)能力值與能力等級的關(guān)系通過一個映射關(guān)系描述：<50，能力等級為bad，50~60之間lower，60~70直接low，70~90之間middle，90以上為high。

系統(tǒng)當(dāng)然也允許學(xué)生自主控制策略選擇。尤其在課程學(xué)完進(jìn)行總復(fù)習(xí)的時候。提供了多種查詢方式。如查詢包含某知識點(diǎn)的所有實(shí)例。可以按步驟查看綜合實(shí)例，按系列查看相關(guān)實(shí)例等。

5結(jié)束語

在編程語言課教學(xué)中很多學(xué)生反映，課堂上的有些例子來不及細(xì)想就過去了，有些內(nèi)容僅用了一個例子講解印象不夠深刻，多數(shù)學(xué)生表示希望多看一些實(shí)例，只是沒有來源，也有些學(xué)生看了很多參考書的實(shí)例，但反映還是不懂或不會編程序。程序?qū)嵗詫W(xué)系統(tǒng)的形式可以提供大量實(shí)例，并指導(dǎo)學(xué)生慢慢體會，逐步深入。在有限的學(xué)時下，課堂教學(xué)實(shí)例需要精心設(shè)計，同時要提供大量實(shí)例供學(xué)生課下自學(xué)，本文正是針對此問題探討的解決方法。

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Discussion about Example Teaching for Programming Language Course

ZHANG Jing-hua

(School of Computer Science of Technology, North China Electric Power University, Baoding, 071003, China)

Abstract: This paper based on C++ Program design course, discussed the example teaching method for programming language course, gave the program example design method and designed a web based program example self-learning system, which remedied the shortage of example in classroom teaching, and instructed the students studying examples on the system by providing a adaptive learning control strategy.

Key words：example teaching; example design; adaptive; example learning strategy