重在設(shè)計(jì)能力的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王振鐸，王振輝，邊 倩，陳綏陽(yáng)，3

（1.西安思源學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，陜西 西安 710038；2.西安翻譯學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710105；3.西安交通大學(xué) 信息科學(xué)系，陜西 西安 710049）

重在設(shè)計(jì)能力的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王振鐸1，王振輝2，邊 倩1，陳綏陽(yáng)1，3

（1.西安思源學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，陜西 西安 710038；2.西安翻譯學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710105；3.西安交通大學(xué) 信息科學(xué)系，陜西 西安 710049）

程序設(shè)計(jì)是軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須掌握的技能，但教學(xué)效果往往不盡人意，歸根結(jié)底是忽略了程序設(shè)計(jì)重在“設(shè)計(jì)”的本質(zhì)。文中分析了課程現(xiàn)存問(wèn)題，提出以培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力為核心的教改思路，通過(guò)“認(rèn)識(shí)、設(shè)計(jì)、提高”三個(gè)階段的教學(xué)，逐步改善學(xué)生程序“設(shè)計(jì)”能力。實(shí)踐表明，由于抓住了課程本質(zhì)，并采取了有效的措施，課程教學(xué)質(zhì)量明顯提高。

設(shè)計(jì)；改革；逆向工程；心理學(xué)

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)生的核心課程，目的是培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。該類課程一直是師生倍感頭疼的課程。程序設(shè)計(jì)難教也難學(xué)，源于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言本身高度的抽象性和嚴(yán)密的邏輯性。為了提高該類課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，西安翻譯學(xué)院在軟件服務(wù)外包專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程中，大膽嘗試、創(chuàng)新，從課程本質(zhì)出發(fā)，提出一系列具體的改革和實(shí)踐措施，供同行參考。

一、存在問(wèn)題分析

1.忽視課程本質(zhì)。程序設(shè)計(jì)（Programming）是給出解決特定問(wèn)題程序的過(guò)程，是軟件構(gòu)造活動(dòng)中的重要組成部分。程序設(shè)計(jì)往往以某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為工具，給出這種語(yǔ)言下的程序。程序設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)當(dāng)包括分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、排錯(cuò)等不同階段[1]。從中可以看出，程序設(shè)計(jì)包括分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)算法，用特定的語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)等過(guò)程，編程只是其中實(shí)現(xiàn)的部分，更重要的是分析和設(shè)計(jì)。如果學(xué)生不具備問(wèn)題分析和解決的能力，又如何編寫程序呢？

目前，程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)目標(biāo)過(guò)多地將重點(diǎn)放在語(yǔ)法規(guī)則的掌握上，而忽視了學(xué)生實(shí)際解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)[2]。我們?cè)谌粘＝虒W(xué)中發(fā)現(xiàn)，上課認(rèn)真的學(xué)生，能夠掌握程序設(shè)計(jì)的語(yǔ)法，也能夠模仿書上的例題編寫程序，但要解決一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題，就顯得束手無(wú)策了。更有些學(xué)生在學(xué)習(xí)幾門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程后，無(wú)奈地表示只能編寫簡(jiǎn)單的“Hello World”程序，體現(xiàn)出學(xué)生缺乏程序設(shè)計(jì)的思想，沒(méi)有解決問(wèn)題的思路和方法。

2.缺乏對(duì)“設(shè)計(jì)”的認(rèn)識(shí)。日常生活中，“設(shè)計(jì)”一詞出現(xiàn)的頻率很高，“網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)”、“裝潢設(shè)計(jì)”等，我們發(fā)現(xiàn)“網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)”課程學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和興趣就很高，原因很明顯，現(xiàn)在學(xué)生每天都與網(wǎng)站、網(wǎng)頁(yè)打交道，已經(jīng)具備對(duì)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容和形式的認(rèn)識(shí)，再經(jīng)過(guò)專業(yè)學(xué)習(xí)，必然可以自行設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)站。但編程對(duì)于學(xué)生來(lái)講是一個(gè)新生事物，從未接觸過(guò)，缺乏對(duì)程序設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，故“覺(jué)得老虎吃天，無(wú)從下手”。

3.缺乏設(shè)計(jì)型的實(shí)踐環(huán)節(jié)。程序設(shè)計(jì)目的是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題，教師應(yīng)在教材的基礎(chǔ)上，引入生活中實(shí)際的問(wèn)題，讓學(xué)生解決。而現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)，往往以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性、研究性的實(shí)驗(yàn)，忽視了學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，造成學(xué)生缺乏知識(shí)活學(xué)活用的能力。

二、“設(shè)計(jì)”思想的培養(yǎng)

鑒于上述問(wèn)題，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中通過(guò)“認(rèn)識(shí)”、“設(shè)計(jì)”、“提高”三階段培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)思想和能力。

1.認(rèn)識(shí)階段。認(rèn)識(shí)階段是課程教學(xué)的起始階段，主要目的是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。即“為什么要學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)？程序設(shè)計(jì)能為我們做什么？”在學(xué)習(xí)的初期，如果教師引導(dǎo)不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生目標(biāo)缺失，學(xué)習(xí)動(dòng)力喪失，直接后果便是：上課不認(rèn)真聽(tīng)講，實(shí)踐時(shí)無(wú)所事事，一學(xué)期下來(lái)一無(wú)所獲。那么，如何加強(qiáng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)呢？我們主要采用以下方式。①認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。在學(xué)生入學(xué)后，立即進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)和工作崗位的認(rèn)識(shí)。這是我們改革的第一個(gè)創(chuàng)新之處，其他兄弟院校，僅僅停留在校內(nèi)入學(xué)教育的形式上。我們的具體做法是，通過(guò)與軟件園區(qū)企業(yè)建立校企合作，將學(xué)生的入學(xué)教育放到真實(shí)的企業(yè)環(huán)境中，除了參觀企業(yè)外，更主要的是請(qǐng)企業(yè)的工程師現(xiàn)場(chǎng)講解軟件開(kāi)發(fā)的具體工作和崗位要求，使同學(xué)們加強(qiáng)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)中設(shè)計(jì)重要性的認(rèn)識(shí)，為學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)習(xí)結(jié)束，要求學(xué)生認(rèn)真書寫實(shí)習(xí)報(bào)告，以便加強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)識(shí)和實(shí)習(xí)的效果。②作品展示。通過(guò)大量的軟件演示，讓學(xué)生理解程序設(shè)計(jì)在具體生活中的應(yīng)用。在參觀同時(shí)，允許學(xué)生具體操作軟件，系統(tǒng)地理解軟件的功能，理解作者的設(shè)計(jì)思路，例如：我們?cè)趈ava課程教學(xué)過(guò)程中，將學(xué)生作品、學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)讓學(xué)生操作使用，除了增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)識(shí)外，還可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。③聘請(qǐng)企業(yè)技術(shù)專家和優(yōu)秀畢業(yè)生進(jìn)行專題講座或座談。俗話說(shuō)得好“外來(lái)的和尚好念經(jīng)”，通過(guò)聘請(qǐng)軟件企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員，定期開(kāi)展技術(shù)講座，和公司作品展示等方式提高學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的作用的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，邀請(qǐng)本專業(yè)的優(yōu)秀畢業(yè)生回校介紹工作經(jīng)驗(yàn)。這些實(shí)實(shí)在在的經(jīng)驗(yàn)和技能對(duì)學(xué)生提高興趣和加強(qiáng)認(rèn)識(shí)會(huì)起到不可忽視的作用。

2.設(shè)計(jì)階段。設(shè)計(jì)階段是課程的核心階段，目標(biāo)是通過(guò)教學(xué)和實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的邏輯思維能力。主要采用以下3種方法進(jìn)行培養(yǎng)。①“軟件逆向工程”思想的應(yīng)用。軟件逆向工程（Software Reverse Engineering）又稱軟件反向工程，是指從可運(yùn)行的程序系統(tǒng)出發(fā)，運(yùn)用反匯編、系統(tǒng)分析、程序理解等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)、流程、算法、代碼等進(jìn)行逆向拆解和分析，推導(dǎo)出軟件產(chǎn)品的源代碼、設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)、算法、處理過(guò)程、運(yùn)行方法及相關(guān)文檔等[3]。初學(xué)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的學(xué)生，往往掌握了程序設(shè)計(jì)語(yǔ)法，仍然不能編寫出良好的程序，歸根結(jié)底是學(xué)生沒(méi)有程序設(shè)計(jì)的思想，不能在頭腦中形成良好的設(shè)計(jì)思路，即沒(méi)有實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的良好方法，故在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，采用軟件逆向工程的思想，先給出結(jié)果，然后從結(jié)果逆推實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，學(xué)生詳細(xì)分析實(shí)現(xiàn)的步驟，再結(jié)合語(yǔ)法實(shí)現(xiàn)。例如：在輸出九九乘法表程序的講解過(guò)程中，教師可以先給出乘法表的輸出結(jié)果，然后分析乘法表是如何得到的，學(xué)生可以容易地想到利用雙循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，這樣利用逆向工程方法，使學(xué)生“有的放矢”，通過(guò)這種方式使學(xué)生認(rèn)識(shí)到在該階段中理解程序設(shè)計(jì)的核心在于“設(shè)計(jì)”，改變學(xué)生直接編程的習(xí)慣。②程序流程圖。在程序編寫前，應(yīng)具有解決實(shí)際問(wèn)題的思路，程序流程圖是思路的圖形表示方法，要求學(xué)生掌握程序流程圖的繪制問(wèn)題的求解過(guò)程，這樣能夠切實(shí)加強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。這也是我們改革的又一創(chuàng)新之處，有教師認(rèn)為流程圖只有在企業(yè)中才廣泛應(yīng)用，學(xué)生畫流程圖和編程一樣具有難度，那么不這樣改革，我們?nèi)绾闻囵B(yǎng)符合企業(yè)要求的人才呢？為了降低學(xué)習(xí)的難度，我們分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段，培養(yǎng)學(xué)生用自然語(yǔ)言描述問(wèn)題求解過(guò)程的能力。第二階段，待學(xué)生能夠用書面語(yǔ)言描述后，在詳細(xì)講解流程圖的符號(hào)和畫法，將自然語(yǔ)言的描述改為流程圖描述。學(xué)生畫出流程圖后，教師要求學(xué)生進(jìn)行講解或答辯，加深流程圖設(shè)計(jì)過(guò)程的認(rèn)識(shí)，有助于基礎(chǔ)弱的同學(xué)共同提高。分成兩個(gè)階段進(jìn)行，大大提高了學(xué)生利用流程圖分析問(wèn)題的能力。③設(shè)計(jì)心理學(xué)的應(yīng)用?！霸O(shè)計(jì)”最終是為用戶服務(wù)的，要設(shè)計(jì)符合用戶要求的產(chǎn)品，在沒(méi)有詳盡的用戶需求時(shí)，可以使用設(shè)計(jì)心理學(xué)，想用戶所想，這無(wú)疑是對(duì)思維的又一有效鍛煉方式。教師在教學(xué)過(guò)程中可以將現(xiàn)實(shí)生活中的任務(wù)，分配給學(xué)生，讓他們身為用戶，充分發(fā)揮想象力，激發(fā)了學(xué)生的自我創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.提高階段。提高階段是課程的最終階段，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，我們?cè)诮虒W(xué)中采用校內(nèi)課程實(shí)訓(xùn)和校外生產(chǎn)實(shí)習(xí)兩種形式。校內(nèi)課程實(shí)訓(xùn)：在程序設(shè)計(jì)類課程中增加了兩周的綜合實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生利用所學(xué)的語(yǔ)言解決身邊存在的實(shí)際問(wèn)題。實(shí)訓(xùn)題目來(lái)源于教師的科研子課題和學(xué)生自擬題目，這樣大大提高了學(xué)生自主開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的意愿，教師的工作從手把手教到輔助指導(dǎo)學(xué)生。校外生產(chǎn)實(shí)習(xí)：由我院專業(yè)對(duì)口合作企業(yè)，提供相應(yīng)的實(shí)習(xí)崗位，分配學(xué)生具體的工作，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，自行完成工作任務(wù)，在學(xué)生階段，達(dá)到和企業(yè)無(wú)縫鏈接，畢業(yè)時(shí)就可以具有崗位所需技能。

三、改革效果與結(jié)論

程序設(shè)計(jì)類課程需要記憶的語(yǔ)法多、枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，實(shí)踐能力弱，傳統(tǒng)的教學(xué)方式無(wú)法達(dá)到良好的教學(xué)效果。結(jié)合我院專業(yè)實(shí)際情況，對(duì)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法進(jìn)行改革，利用三階段教學(xué)法，即“認(rèn)識(shí)階段，加強(qiáng)認(rèn)識(shí)”、“設(shè)計(jì)階段、培養(yǎng)能力”、“提高階段、強(qiáng)化實(shí)踐”，真正抓住了課程本質(zhì)，使學(xué)生意識(shí)到“設(shè)計(jì)”在程序編寫中的重要性，初步掌握了“設(shè)計(jì)”的能力，動(dòng)手實(shí)踐能力明顯提高，教學(xué)效果和質(zhì)量明顯改觀。

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A

1674-9324（2014）20-0039-02

陜西省教育科學(xué)十二五規(guī)劃課題SGH12549資助。