基于工程的面向對象程序設計課程教學的求索與實踐

楊旺明

三峽大學 計算機與信息學院, 宜昌 443002

基于工程的面向對象程序設計課程教學的求索與實踐

楊旺明

三峽大學 計算機與信息學院, 宜昌 443002

面向對象程序設計是工科學生必修專業基礎課程。但由于其在面向對象思想和方法上的復雜性和抽象性，導致面向對象的教學效果不佳，存在著理論與實際應用相脫節的問題。本文在教學中通過工程實例系統講解，解決了面向對象技術難于系統應用的實際問題，為面向對象程序設計教學提供了一種新的方案，取得很好的教學效果。

面向對象；工程實例；系統教學

object-oriented; engineering examples; system teaching

引言

近年，面向對象技術覆蓋領域廣泛,面向對象技術已經成為程序設計的主流。鑒于此，面向對象程序設計已成為計算機應用類高年級學生及研究生必修的一門專業。我國高校開設C++、Java等面向對象技術語言設計課程。這些課程的主要教學目標希望實現學生從面向過程編程思想向主流面向對象(OO)思想的轉變，掌握面向對象編程思想和方法。然而，多年教學實踐表明，很多學生學完該課程后未能達到預期教學目標。一些學生可能在筆試中可以考出不錯成績，但在課程設計和項目實習等一些實踐環節中，面對一些實際問題時，很多學生搞不清該如何下手，實踐動手能力差。 結果，面向對象技術市場需求日益增多的同時，企業卻抱怨招聘不到合適的掌握面向對象技術的學生。究其原因，主要有以下幾點：其一，教師在講授程序設計課程時喜歡照本宣科，缺少對學生動手能力的培養教學實例，學生也就成了“紙上談兵”；其二， 教材缺少系統教學實例。很多學生在學習過程中能理解及掌握教材中的一些教學案例，但這些教學實例無法成為一個系統體系，導致所學知識無法結合實際項目加以融會貫通。如何能使用面向對象技術解決實際問題是許多高校老師的研究課題。本文以教研項目為背景，創造性的利用工程應用實例來進行教學，在面向對象程序設計的教學中進行嘗試和實踐,取得了很好的效果。

1 相關知識點

面向對象程序設計課程包含的知識點非常多且比較抽象化。其中，有I/O流、Vector容器以及運算符的重載等一些知識點的教學，絕大多數的教材中一般是針對性的設計一些簡單的實例。這樣，學習這些實例難以解決實際問題。那么，如何使得學生能靈活運用所學的知識呢？針對這個知識點教學，本文創新性的結合工程實例，提出了如何利用面向對象（OO）的思想和方法去解決工程應用問題，從而使學生能運用所學的OO技術，結合I/O流、Vector容器以及運算符的重載等知識點，很順利的編寫程序實現工程問題中的相應功能。

2 實例的引入

為了便于學習和討論，我們將學生劃分成幾個小組，每個小組由一名組長負責。首先，在提出問題階段，我們給出了工程實際中的原型數據。對于該原型數據，我們首先讓學生對原型數據進行分析和討論。通過討論和學習，學生逐漸就明白對該原型數據進行格式化，理解了如何利用OO中類的設計來實現該原型數據中基礎元素。在提出問題階段，教師一定要把問題的正規化條理化。正規化要求教師把提出的問題做成幻燈片，在講解的時候，學生便于清晰閱讀，更重要的是它可以作為學生課后查閱資料的依據；條理化要求教師把所需要用到知識點列舉出來，便于學生對所提出的問題結合相關的知識點。接著，通過相關理論及教材實例學習，再結合實例數據，做到理論聯系實際。最后，學習完相關知識后，要求學生利用一周的課余時間，通過查閱相關資料，認真學習，實現相應功能。具體工程問題的描述為：給定工程原型數據集如表1所示。

在分析問題階段，要求每個小組于每周固定時間的集中討論匯報本小組對問題的理解。如何從該數據集文件中讀數據，如何存放數據，如何處理數據等。帶著對對問題存在的疑惑去尋找解決問題方法取得了不錯的效果。

在解決問題方法，為了保證教學點與實例一致連貫性，采用問題與教學相關引導的方法。若知識點相關，則采用同一實例進行擴展，即程序代碼相近，但針對不同知識點做局部改變擴展，使學生能快速理解實例，并專注于新的教學點。接著適當地對實例的歸納、對比、類比等方法去闡述教學知識點。每講完一次課程，都為學生總結本次課程所學的知識點，提示下次課涉及的前序知識點，以及與下堂課有直接關系的前序實例，并布置與課堂實例的算法相似的程序作業，要求學生在課余根據相應知識點進行實例自學，讓學生能通過所學的知識的直接遷移來完成作業。這樣通過系統學習并練習相應實例，達到鞏固和提高的目的。最后，也是最關鍵的，將前面所學的實例按提出問題、分析問題及解決問題步驟，將知識點進行貫通和連接，改進程序，層層推進至最終完成問題。

表1

這樣伴隨教學內容和進度，通過對同一問題進行按階梯進行深化，一個復雜的綜合實例分解成為若干個教學內容相關的小實例，最后又組裝成一個大的應用系統程序，從而讓學生系統全面地學習和掌握面向對象程序架構與程序設計思想。

3 解決方案

研究性學習是以問題為載體的一種全新的學習方式。它著力于學生的學，鼓勵學生以類似科學研究的方式，進行主動探索[1]。

3.1 數據的格式化

經過對上述原型數據集的分析和討論，為了便于文件的讀入和數據的處理，我們將上述文件格式化為相應的三個文件，并且對文件的數據進行規范化處理。其基本規范化操作是去掉多余的符號，空行等一些無用的數據，這樣做的目的是便于程序編寫。

3.2 類的設計

針對教材的定義和講解，我們根據原型數據的分析，我們可以定義三個基類：class BaseValue;class Substation;class Unit;這些類的數據成員可以參照文件中數據字段來進行設計。通過這樣的分析和引導，學生對類的分析和設計就有明確認識和理解。

3.3 文件的讀入及Vector的應用

為了能方便的從文件中獲取數據，需要利用Vector及對象的思想方法。為此，我們使用3個對應的的vector容器：vector vbv；vector vss；vector vu；之后我們利用流對象，結合vector，從文件中獲取數據后存儲在相應的vector中。代碼如下：

圖1

為了能順利將讀的數據對象化，我們需要在對應的類中設計構造函數，以實現對象的創建。代碼如下：

圖2

3.4 文件的寫出及Vector的應用

在程序中對數據進行處理完畢后需要對結果進行保存。為了讓結果可以按自己設計的格式進行保存，我們引入靜態多態知識點，講解運算符重載，結合該實例，需要對析取運算符進行重載。通過該運算符的重載，學生在該實例實踐中明白了靜態多態的含義和作用。我們引導學生進行編碼測試，代碼如下：

圖3

確定好輸出格式后，就可以用輸出流輸出到文件中了。由于重載了插入運算符》》，所以在程序就能很方便的對數據進行輸出。主要代碼如下：

圖4

4 教學效果

工程實例雖然著眼點在于轉變學生學的方式,但卻是通過轉變教師教學的觀念和教學行為的方式來實現的。在本課程中進行的工程實例學習過程中，教師主要是學習的組織者、參與者和引導者，通過該實例來激發學生的學習本課程的興趣，培養他們的創新意識和動手能力。在學習過程中，每一位學生都是通過親身實踐，運用書本上的理論知識及課堂上所講授知識，結合實例進行編碼并獲取直接經驗。經過一個學期的訓練，參加實例學習的學生，其編程技能特別是系統開發能力明顯得到提高。

這樣的教學，不僅同學們編程能力逐步得到了提高，而且也逐漸表現出極大興趣和熱情。并且，在相互學習和討論的過程中，大家也逐漸認識團隊作用。團隊成員之間如何有效合作與交流也得到了很大的鍛煉。大部分同學經過訓練，現在不僅能編寫出結構清晰、可讀性好的代碼，還能將自己實踐中的經驗與心得與他人分享和探討。此外，通過實例教學法在期末考試中的程序設計題答起來也得心應手，進入學院工作室也能更快的融合到工作室的團隊中去。

5 結語

面向對象程序設計作為我們計算機學院及兄弟學院各相關專業必修的一門專業基礎課，對各相關專業學生后續專業課程的學習乃至培養應用型人才的目標都起著至關重要的作用。本文研究目標旨在改革現有的面向對象程序設計課程教學內容與模式，以培養高素質的創新型人才為出發點，切實提高學生的OO開發能力和動手實踐能力，進而保證該課程教學的高質量并保持高校培養人才面向市場的特色。為達到這個目的，我們采用工程實例教學模式。工程實例教學法將教學內容與工程實際緊密結合，采用當今工程中的實例數據集，結合相關教學內容及知識點，對教材知識點進行適當的調整和擴充。這種教學模式極大地使學生學習興趣極大化，將充分調動學生的主觀能動性，進而提高學生的動手能力和創新能力，力求使學生符合當今崗位需求，并為后續課程的學習和研究打下基礎。改進教學方法。實踐證明，工程實例教學法適合面向對象程序設計教學，可以在今后的教學中大力推廣。并且，教師還可以借助面向對象程序設計課程這個平臺，采用工程數據集，鼓勵更多的學生團隊參與，加大力度實施實例系統。我們認為，該教學模式還可以廣泛應用于其他實踐性較強課程，以全面提升學生的整體素質。

[1]賈曉霞,吳際,李郭歡.面向Java的對象行為建模及可視化方法.計算機工程,Vol.33 No.18;2007: 48～50.

[2]朱振元,朱承.對象技術與抽象數據類型的實現.計算機工程, Vol.33 No.15.,2007.88-90

[3]張席,王志強. 國內外Java教學模式的比較和探討. 計算機教育, 2007.1.44～47.

[4]周啟海.論對象程序設計同構化教學教改與教育創新.計算機科學,2003vol.30,183-184

Quest and Practice Based on Engineering in Teaching Object-Oriented

Yang Wangming
Collage of Computer and Information Technology, China Three Gorges University, Yichang 443002, China

Object-oriented programming is the foundation courses of engineering students in compulsory professional. But, Due to its complexity and abstraction of think and methods in objectoriented, resulting in ineffective teaching objectoriented, there are theoretical and practical application of disjointed. Teaching engineering examples to explain practical problems to solve difficult systems application of object-oriented technology, a new program to provide for the teaching of object-oriented programming, made a very good teaching effect.

TP393

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.117