《面向結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)》高職教材改革思路與實(shí)踐

石光華

如何解決工程環(huán)境下的結(jié)構(gòu)化編程問題，是高職計(jì)算機(jī)類專業(yè)“面向結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)”課程改革的基本任務(wù)。四年來，作者一直在教學(xué)第一線進(jìn)行課程改革，深刻認(rèn)識(shí)到高職教材在指導(dǎo)思想、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)等諸多方面必須進(jìn)行大膽的改革與創(chuàng)新。本文具體論述了教材改革創(chuàng)新的思路與實(shí)踐。

創(chuàng)新的指導(dǎo)思想

高職計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)制短，技能要求高，而大部分學(xué)生的抽象思維能力較差，要達(dá)到“因材施教，提高技能”的目標(biāo)，《面向結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)》教材必須在如何裁剪知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化編程的工程應(yīng)用框架方面進(jìn)行創(chuàng)新。經(jīng)過四年的探索，我們確立了與傳統(tǒng)的《C語言程序設(shè)計(jì)》完全不同的定位，明確了高職教材的“四個(gè)特點(diǎn)”：

（1）高職的C語言不是“C語言語法大全”

傳統(tǒng)的C語言教材把C語言本身當(dāng)成研究的對(duì)象，總是試圖面面俱到地講解C語言的方方面面，不適合高職使用。我們本著一切以工程實(shí)用為原則，圍繞構(gòu)建結(jié)構(gòu)化編程的工程應(yīng)用程序框架的目標(biāo)，通過建立函數(shù)框架、主程序框架到應(yīng)用程序框架，以案例驅(qū)動(dòng)的方式，具體講解了工程應(yīng)用程序的編寫過程。

（2）高職的C語言不是“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”

傳統(tǒng)的C語言教材，把C語言的學(xué)習(xí)和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的內(nèi)容結(jié)合起來，這樣的結(jié)果是把C語言的學(xué)習(xí)引向解決抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題，對(duì)高職的學(xué)生來說，老師教得辛苦，學(xué)生學(xué)得痛苦，因此，我們?nèi)サ袅伺判颉㈡湵淼缺容^抽象算法的講解，增加了使用“狀態(tài)變量”控制程序功能、用戶身份識(shí)別、動(dòng)態(tài)數(shù)組使用、文件讀寫錯(cuò)誤處理等實(shí)用內(nèi)容。

（3）高職的C語言不是“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”

傳統(tǒng)的C語言教材承擔(dān)了講解“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的任務(wù)，這樣的結(jié)果是沒有時(shí)間講解C語言中比較深入的技能。因此直接從建立函數(shù)框架開講，強(qiáng)化用函數(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程的方法，可以讓學(xué)生學(xué)到工程應(yīng)用的技能。

（4）工程化的編寫風(fēng)格

對(duì)全書所有的案例和例題必須進(jìn)行通盤的考慮，在循環(huán)、數(shù)組、指針、函數(shù)和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)等單元，所有的例子都有前后的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的前后銜接，特別注意工程規(guī)范的引入，在變量的命名、程序格式方面，均按工程要求進(jìn)行。

適用的技能與內(nèi)容

根據(jù)在企業(yè)工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，把要求學(xué)生掌握的C語言的基本技能，歸納為“八個(gè)掌握”：掌握C語言程序的基本結(jié)構(gòu)；掌握編寫并使用自定義函數(shù)的方法，能夠使用系統(tǒng)函數(shù)；掌握一維數(shù)組在字符處理中的應(yīng)用；掌握對(duì)一維、二維數(shù)組進(jìn)行遍歷的方法；掌握使用指針進(jìn)行一維數(shù)組遍歷的方法；掌握使用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)組的方法；掌握使用文件保存數(shù)組數(shù)據(jù)的方法；掌握主程序中使用函數(shù)建立功能模塊的方法，能用流程圖描述簡(jiǎn)單問題的算法，能夠根據(jù)流程圖和算法，編制出相應(yīng)的C語言程序。

“八個(gè)掌握”構(gòu)建了學(xué)生使用C語言的基本技能，這些技能不是孤立的講解，而是貫徹到案例設(shè)計(jì)的“三結(jié)構(gòu)”、“四循環(huán)”中。

“三結(jié)構(gòu)”是指學(xué)生要學(xué)習(xí)三個(gè)成績管理軟件的編程，分別是基于一維數(shù)組、二維數(shù)組和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)組。選擇數(shù)組作為基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一方面是貼近學(xué)生的認(rèn)知水平，二是可以保持適當(dāng)?shù)倪B貫性。

“四循環(huán)”是指編寫基于“三結(jié)構(gòu)”的每一個(gè)成績管理軟件過程中，教材中提供四個(gè)以上的程序版本，引導(dǎo)學(xué)生改寫、增加函數(shù)，并采用工具軟件Beyond Compare,比較不同的程序版本之間的差異，讓學(xué)生直觀地看到軟件的功能是如何一步一步構(gòu)建起來的。通過不斷反復(fù)的比較，學(xué)生就可以掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的過程和方法。

為了幫助學(xué)生掌握C程序的基本結(jié)構(gòu)，在教材中還提出了兩個(gè)創(chuàng)新：

（1）通過定義預(yù)處理區(qū)、變量聲明區(qū)、執(zhí)行語句區(qū)“三大區(qū)域”為特色的C程序的基本框架，讓學(xué)生樹立正確的程序格式與規(guī)范。

我們提出把一個(gè)基本的C程序從上到下分成三個(gè)區(qū)域。預(yù)處理區(qū)域：用于書寫程序相關(guān)的預(yù)處理文件；變量聲明區(qū)域：用于書寫變量的聲明；執(zhí)行語句區(qū)域：用于書寫執(zhí)行語句。

這三個(gè)區(qū)域的順序不能交換，只能是按規(guī)定的順序書寫，而程序也是按這個(gè)順序執(zhí)行。

“三大區(qū)域”概念的提出，明確規(guī)定了程序的基本框架，讓學(xué)生從一開始就按固定的格式進(jìn)行編程，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。

【例1】程序的基本框架，如圖1所示。

通過在變量聲明區(qū)域定義要用的變量，在執(zhí)行語句區(qū)域書寫計(jì)算方法，程序就可以完成不同的功能，程序的基本結(jié)構(gòu)并沒有變化。事實(shí)上，我們要求學(xué)生以后寫程序，都要在這個(gè)基本框架上進(jìn)行改寫。

（2）提出了使用函數(shù)的“三大步九要素”的基本方法，讓學(xué)生掌握函數(shù)完整清晰的概念。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的核心是函數(shù)的使用，正確使用函數(shù)，特別是使用自定義函數(shù)涉及的知識(shí)要點(diǎn)很多，在C語言中函數(shù)的書寫又很靈活，這種靈活性對(duì)初學(xué)者來說并不是好事，往往讓人找不到規(guī)律。我們提出的使用函數(shù)的“三大步九要素”的基本方法，在教學(xué)中取得了很好的效果。

【例2】程序使用函數(shù)的基本框架，如圖2所示。

所謂“三大步”，是指我們?cè)谑褂米远x的函數(shù)時(shí)，應(yīng)該按【例2】所示的框架，對(duì)函數(shù)進(jìn)行聲明、定義和調(diào)用。三大步的順序不要搞錯(cuò)。

所謂“九要素”，是指函數(shù)聲明的三要素：返回值的類型、函數(shù)的名字、參數(shù)的類型和參數(shù)的個(gè)數(shù)。函數(shù)定義的三要素：參數(shù)、功能、返回值。函數(shù)調(diào)用的三要素：名字、參數(shù)、返回值。通過對(duì)“九要素”的理解掌握，學(xué)生能夠建立起使用函數(shù)的清晰框架。

在案例選擇上，全部采用工程實(shí)際和實(shí)際生活中的案例。例如，選擇執(zhí)行語句，在講解了條件的表達(dá)方式后，我們只講三種情況的處理：1）單項(xiàng)選擇語句 if (條件)語句;2) 雙項(xiàng)選擇語句if (條件)-else語句; 3) 多項(xiàng)選擇語句switch-case語句。講解條件的表達(dá)時(shí)，則強(qiáng)調(diào)把生活中的要求轉(zhuǎn)化為程序中的語句，不再是傳統(tǒng)的 if(a > b)。

例如：如果晚上6點(diǎn)（包括6點(diǎn)）以后或者氣溫低于18度，我就加衣服。

如果我們用time來表示時(shí)間，用temperature來表示氣溫，那我們可以這樣來寫：

if((time >= 18)||( temperature < 18))printf(“adding dresses!”);

經(jīng)過這樣的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生用程序來表述和解決生活中的問題。在教材的編寫中，始終抓住這一點(diǎn)：以教育心理學(xué)中的聯(lián)結(jié)學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)思想，采用不斷改寫程序的辦法，總是從實(shí)際問題入手，通過提出問題、討論解決方法、實(shí)際動(dòng)手解決、分析不同的解決方案來總結(jié)提高，各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，通過反復(fù)練習(xí)與強(qiáng)化，讓學(xué)生在舊知的基礎(chǔ)上探索新知，在新知的不斷探索中獲得學(xué)習(xí)的快樂。

工程化的實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中，如何讓學(xué)生建立起結(jié)構(gòu)化程序的框架，理解主函數(shù)和功能函數(shù)的不同作用是很困難的。一個(gè)簡(jiǎn)單的成績管理軟件，代碼就超過300行。對(duì)初學(xué)者來說，看懂超過100行的程序就需要很長時(shí)間，又如何在短短的課堂時(shí)間里，讓學(xué)生通過增加/改寫函數(shù)來增加功能？這也就是很多學(xué)生學(xué)完了C語言程序設(shè)計(jì)，依然不能編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序的主要原因。

我們按照案例設(shè)計(jì)的“三結(jié)構(gòu)”、“四循環(huán)”原則，設(shè)計(jì)了12個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目發(fā)布一個(gè)程序版本，并在教材附送的光盤里，提供了全部程序的電子版本和相應(yīng)的工具軟件Beyond Compare,學(xué)生可以方便地比較不同的程序版本之間的差異，直觀地看到軟件的功能是如何一步一步構(gòu)建起來的。程序的第一個(gè)版本，就是一個(gè)主函數(shù)，不超過10行，只顯示程序的幾項(xiàng)功能菜單，學(xué)生很容易理解。然后通過發(fā)布第二個(gè)、第三個(gè)版本，每一個(gè)版本實(shí)現(xiàn)或改進(jìn)一個(gè)菜單的功能，直到最后版本。

對(duì)高職學(xué)生的技能培養(yǎng)，實(shí)訓(xùn)是很重要的環(huán)節(jié)。我們采用了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的思想來設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，每一單元的實(shí)訓(xùn)，都是構(gòu)成最終程序的不同版本，在教材中共發(fā)布程序版本12個(gè)，構(gòu)成了實(shí)用的軟件框架。學(xué)生相當(dāng)于參與了一個(gè)中等復(fù)雜程度的軟件開發(fā)，積累了經(jīng)驗(yàn)。在今后的實(shí)際工作中，完全可以以此為模板，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序的開發(fā)。

在《C語言程序案例教程》的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生對(duì)主函數(shù)與模塊函數(shù)的理解更加深入，可以看懂超過300行的C語言源程序，理解基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)組的成績管理系統(tǒng)，掌握主函數(shù)的設(shè)計(jì)方法，并按照工程規(guī)范的格式寫出自己的函數(shù)?；叵朐谌昵皼]有進(jìn)行改革的時(shí)候，只要是超過10行的程序，學(xué)生就普遍反映看不懂，學(xué)生編程能力的提高十分明顯。