C++程序設(shè)計課程案例教學(xué)探索*

吳舜歆　梁寶蘭（電子科技大學(xué)中山學(xué)院，廣東中山528402）

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C++程序設(shè)計課程案例教學(xué)探索*

吳舜歆梁寶蘭
（電子科技大學(xué)中山學(xué)院，廣東中山528402）

摘要：針對目前C++程序設(shè)計課程普遍存在的問題，提出了案例教學(xué)法。通過精心設(shè)計5個實用、有趣的案例，分階段引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)小軟件。從而提高學(xué)生靈活運用所學(xué)知識解決問題的能力，增強(qiáng)動手能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。實踐證明，這些案例能夠極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；C++程序設(shè)計；教學(xué)方法

Abstract:Case teaching method is presented based on the problems in current teaching of C++ programming course. 5 practical and interesting cases are carefully designed to guide students to develop small software in stages, which improves students' ability of using knowledge to solve problems and enhances practical ability for the followup professional courses. Practice has proved that these cases can greatly improve students' learning interest and enthusiasm.

Keywords:case teaching; C++ programming; teaching method

一、概述

在目前國內(nèi)，C++程序設(shè)計課程是很多計算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門程序設(shè)計課程。該課程的重要性毋庸置疑，它將引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入計算機(jī)專業(yè)的殿堂。學(xué)好該課程，不但有助于掌握程序設(shè)計的方法、為后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，而且能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好計算機(jī)專業(yè)的信心。

從目前來看，不少學(xué)生學(xué)習(xí)的情況并不理想，以至于對程序設(shè)計談虎色變、望而生畏，進(jìn)而對本專業(yè)的學(xué)習(xí)喪失了信心。

二、當(dāng)前存在的問題

一般的C++程序設(shè)計課程普遍存在以下一些問題：

1.過于強(qiáng)調(diào)語法教學(xué)。課堂教學(xué)的重心在于介紹各種C++的語法、規(guī)則，不注重解題思路、解題方法的培養(yǎng)。

2.解決的問題過于簡單，沒有采用案例教學(xué)，或所采用的案例缺乏真正的實用性、趣味性。平時只是零星地寫了一些小程序，并沒有引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計功能較多的軟件。這樣一來，學(xué)生難以對課程產(chǎn)生興趣，信心也不足。他們并不懂得一個較大的程序是如何實現(xiàn)的。

3.缺乏正確的程序設(shè)計方法的引導(dǎo)。

三、案例教學(xué)方法探討

針對傳統(tǒng)的C++程序設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合多年的實際教學(xué)實踐，介紹在C++程序設(shè)計課程中案例教學(xué)法的運用。

（一）案例教學(xué)的重要性、必要性

傳統(tǒng)的C++程序設(shè)計教學(xué)中往往過于強(qiáng)調(diào)語法教學(xué)，課堂所舉的例子往往都是比較簡單，一般用于說明相關(guān)的C++語法、規(guī)則。這樣一來，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)之后，往往只是掌握了C++的一些語言特性，所寫的程序一般不超過100行。通過在本課程中引入案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)一些有趣、實用的小軟件，能夠增強(qiáng)學(xué)生的編程能力、綜合運用所學(xué)知識解決問題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（二）一般案例教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)的C++程序設(shè)計課程中的案例教學(xué)所采用的例子往往對學(xué)生沒有足夠的吸引力。比如開發(fā)通訊錄、銀行賬戶管理系統(tǒng)、成績管理系統(tǒng)等。誠然，這些例子確實有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合編程能力。但這些例子存在的問題是缺乏“真正的”實用性和趣味性。哪怕是成績管理系統(tǒng)，像這樣的系統(tǒng)開發(fā)出來后，也不大可能真的會被派上用場，缺乏“真正的”實用性。趣味性更無從談起。所以，這些傳統(tǒng)的案例往往不容易真正引起學(xué)生的興趣。

當(dāng)然，也有在本課程教學(xué)中將游戲作為案例來開展教學(xué)工作，但常見的類似貪吃蛇這樣的游戲，往往涉及到圖形接口，超出本課程的要求，學(xué)生往往望而生畏。

針對傳統(tǒng)C++程序設(shè)計課程案例教學(xué)中存在的以上問題，通過多年的探索，我們在教學(xué)中通過引入一系列的案例來引導(dǎo)學(xué)生綜合運用程序設(shè)計知識編寫實用、有趣的軟件，從而大大提高學(xué)生的程序設(shè)計能力、專業(yè)素養(yǎng)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（三）總體實施方案

本課程通過精心設(shè)計、引入5個案例，分階段實施案例教學(xué)。通過在不同章節(jié)引入相應(yīng)的案例來教授學(xué)生靈活運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，提高學(xué)生的編程技能、學(xué)習(xí)興趣。這5個案例分別為萬年歷、猜數(shù)字游戲、打字游戲、井字游戲和二十一點。各案例介紹如下。

1.萬年歷：功能為顯示某年某月的月歷（陽歷信息）。這個案例分為4個版本。分別用于控制語句、函數(shù)、數(shù)組和面向?qū)ο笾蓄惖慕虒W(xué)過程。

2.猜數(shù)字游戲：既有傳統(tǒng)的機(jī)器隨機(jī)生成一個4位數(shù)，然后玩家來猜。又可以玩家隨機(jī)出一個數(shù)，機(jī)器來猜。用于函數(shù)、數(shù)組的教學(xué)。

3.打字游戲：屏幕隨機(jī)在一個位置掉下一個字符，讓玩家輸入該字符，直到正確或觸底為止。用于數(shù)組的教學(xué)。

4.字游戲：在3*3格子上進(jìn)行的連珠游戲。機(jī)器和玩家輪流在格子留下O和X標(biāo)記，由最先在任意一條直線上成功連接三個標(biāo)記的一方獲勝。用于指針和引用的教學(xué)。

5.二十一點：玩家的目標(biāo)是使自己手中的牌的點數(shù)總和不超過21且盡量大。用于繼承和多態(tài)的教學(xué)。

以上5個案例，既有實用性，又有趣味性。后面的4個案例雖然也是游戲，但均不涉及圖形接口，并不會增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。這5個案例貫穿整個課程的教學(xué)，分階段地實施，能夠?qū)W(xué)生在整個課程的學(xué)習(xí)中隨時調(diào)動起來。通過教會學(xué)生開發(fā)出一個個實用的、有趣的小軟件，大大提高他們學(xué)習(xí)的興趣。

下面結(jié)合前兩個案例，詳細(xì)介紹實際教學(xué)環(huán)節(jié)中的處理。

（四）萬年歷案例教學(xué)探討

萬年歷是一個典型的案例，它的功能為顯示某年某月的陽歷信息。如用戶要顯示2009年12月的月歷，則輸出如下：

對于這個案例，關(guān)鍵的問題是求出該月1號是星期幾。而我們知道，求某一天是星期幾存在如下公式：year-1+(year-1)/4-(year-1)/100+(year-1)/400+c。其中，year為所求的月所在的年份，c為該天是當(dāng)年的第幾天。這個案例需要解決幾個關(guān)鍵的問題：

1.判斷某一年是否為閏年。

2.求某年某月共有多少天。

3.求某一天是該年的第幾天。

在實際教學(xué)中，為了降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，可以先介紹一下軟件的整體框架。通過介紹這個框架，同時也可以將相關(guān)的軟件開發(fā)方法介紹給學(xué)生。因為對于這個問題，某個月的1號是星期幾只有7種可能，所以這里直接輸入，以便簡單化問題。有了這個框架，剩下的問題就是解決框架注釋中待解決的兩個問題就可以了。萬年歷的整體框架如下：

萬年歷這個案例一共分為4個版本，具體情況如下：

ROC曲線分析顯示，CURB評分≥3分、PCT-4＞1.33 ng/mL結(jié)合△PCT＞0.09 ng/mL預(yù)測老年SCAP 28 d死亡的效能高于單一指標(biāo)，AUC為0.856，靈敏度為 84.6%，特異性為91.5%，約登指數(shù)為 0.761。見表4。

1.第一版：用于控制語句的教學(xué)，從學(xué)習(xí)選擇語句開始，首先解決閏年判斷的問題。在此基礎(chǔ)上解決某年某月的天數(shù)。最后是求某一天是該年的第幾天，方法非常簡單，可以借助switch語句加以實現(xiàn)。通過這個案例，能夠一開始就吸引學(xué)生的眼球，讓他們動起來，既做出一個實用的小軟件，又提高了編程能力，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的自信心。

2.第二版：用于函數(shù)的教學(xué)。眾所周知，函數(shù)對于面向過程的程序設(shè)計非常重要，是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的關(guān)鍵。掌握好函數(shù)，不但是本課程后續(xù)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，同時有助于提高學(xué)生的實際編程技能。這一部分的案例教學(xué)很重要，因為傳統(tǒng)的C++教材中，這一部分基本介紹的就是關(guān)于函數(shù)的一整套規(guī)則。學(xué)生學(xué)習(xí)之后，盡管懂得定義函數(shù)的形式、參數(shù)傳遞的機(jī)制、形式參數(shù)、實際參數(shù)、返回值等。但在實際編程中，學(xué)生往往不知道該將問題中的哪些部分獨立出來成為自定義函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)應(yīng)該是什么，返回值應(yīng)該是什么？同時傳統(tǒng)的C++教材這一部分所舉的例子往往過于簡單，基本就是一個主函數(shù)，然后調(diào)用1-2個自定義函數(shù)，根本無法鍛煉學(xué)生的模塊化思想。在這一版本的萬年歷案例教學(xué)中，要求學(xué)生通過自定義如下4個函數(shù)來解決問題：

（1）判斷某年是否為閏年：int isLeapYear (int year)

（2）求某年某月共有多少天：int monthDays(int year，int mo nth)

（3）求某一天是該年的第幾天：int dayNumber (int year，int month，int day)

（4）求某一天是星期幾：int week(int year，int month，int day)

3.第三版：用于數(shù)組的教學(xué)。要求學(xué)生在第二版的基礎(chǔ)上，利用數(shù)組這一工具更好地解決問題。這一版本要求對第二版進(jìn)行改寫，具體情況如下：

（1）判斷某年是否為閏年：不變。

（2）求某年某月共有多少天：去掉，改由數(shù)組實現(xiàn)。

（3）求某一天是該年的第幾天：改寫，用數(shù)組實現(xiàn)。

（4）求某一天是星期幾：不變。

在第三版的案例教學(xué)中，通過引入如下數(shù)組來簡化問題的實現(xiàn)：

int days[]={0，31，28，31，30，31，30，31，31，30，31，30，31};

4.第四版：用于面向?qū)ο笾蓄惖慕虒W(xué)。通過設(shè)計一個日期類來解決問題，該案例有助于學(xué)生進(jìn)一步掌握類的設(shè)計。同時有助于體會同一問題在面向過程和面向?qū)ο笾刑幚矸椒ǖ牟煌瑸榻酉聛淼拿嫦驅(qū)ο髮W(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（五）猜數(shù)字游戲案例教學(xué)探討

猜數(shù)字游戲，又稱Bulls and Cows，起源于20世紀(jì)中期的英國，是一款益智游戲。該游戲有兩種模式，一種是機(jī)器隨機(jī)生成一個沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù)，然后讓玩家來猜。一種是反過來，玩家隨機(jī)記下一個沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù)，然后讓機(jī)器來猜。兩種模式要解決的問題完全不同。

對于第一種模式，關(guān)鍵是解決如何隨機(jī)生成一個沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù)，同時根據(jù)玩家的猜測給出xAyB的答復(fù)。下面的函數(shù)用于隨機(jī)生成一個沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù)：

//隨機(jī)產(chǎn)生一個沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù)，可以前導(dǎo)為0.

對于第二種模式，關(guān)鍵是如何為機(jī)器設(shè)計一種猜測的方法，同時根據(jù)玩家的回答進(jìn)行調(diào)整。在實際教學(xué)中，第二種模式的實現(xiàn)難度相對較大，有助于進(jìn)一步提高學(xué)生解決實際問題的能力。

四、結(jié)束語

通過在C++程序設(shè)計課程教學(xué)中引入上述5個案例，分階段引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計開發(fā)實用、有趣的小軟件，大大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：吳舜歆（1978-），男，漢族，廣東潮州人，講師，碩士，研究方向為機(jī)器學(xué)習(xí)、推薦系統(tǒng)。

*基金項目：2014年度廣東省高等教育教學(xué)改革資助項目（GDJG20142517）

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）08-0108-03