基于五導(dǎo)法的程序設(shè)計(jì)課程群教學(xué)研究與實(shí)踐

熊啟軍+程格平+屈俊峰+谷瓊

摘 要：針對(duì)程序設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)，以人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位為基礎(chǔ)，提出基于五導(dǎo)法的教學(xué)模式，分別闡釋“導(dǎo)教、導(dǎo)學(xué)、導(dǎo)思、導(dǎo)用、導(dǎo)創(chuàng)”的含義和具體實(shí)施辦法，說(shuō)明如何圍繞教學(xué)內(nèi)容建立三維的教學(xué)資源，實(shí)施混合式教學(xué)，采用多樣化的考核方式，以提高程序設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；課程群；教學(xué)模式；混合式教學(xué)

文章編號(hào)：1672-5913（2017）05-0089-03

中圖分類號(hào)：G642

1 背 景

程序設(shè)計(jì)課程群包含的課程主要有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語(yǔ)言）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（Java語(yǔ)言）、程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)等，是計(jì)算機(jī)專業(yè)的基石。這些課程之間存在緊密的依存、遞進(jìn)關(guān)系。對(duì)于廣大的地方高校來(lái)說(shuō)，開(kāi)展程序設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)研究，就是研究這些課程知識(shí)的“教法、學(xué)法、用法、創(chuàng)法”。文章將從教與學(xué)著手，探討在教學(xué)中的所用、所感、所思、所改。

2 五導(dǎo)法

所謂“五導(dǎo)法”就是在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行的導(dǎo)教、導(dǎo)學(xué)、導(dǎo)思、導(dǎo)用、導(dǎo)創(chuàng)。

2.1 導(dǎo) 教

2.1.1 知識(shí)點(diǎn)化繁為簡(jiǎn)

對(duì)于地方院校來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中通常會(huì)先講授程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語(yǔ)言）、再講授數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、最后講授最流行的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言——Java。在這些課程中存在大量的基本語(yǔ)法、原理和技巧，譬如：C語(yǔ)言的輸入輸出格式控制、運(yùn)算符、表達(dá)式、運(yùn)算規(guī)則、賦值語(yǔ)句等，靈活多樣；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中指針的使用無(wú)處不在；Java語(yǔ)言中包含權(quán)限的交叉融合、對(duì)象與引用的多態(tài)性等。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，教師必須采取有效的策略，比如選擇性講授，即先講授最常使用的知識(shí)、應(yīng)用方式，且大量運(yùn)用演示法、案例法，讓學(xué)生在實(shí)例中逐步理解、掌握、熟悉；再逐步延伸，增加深度和廣度；最后還需要有畫龍點(diǎn)睛的總結(jié)。

在C語(yǔ)言教學(xué)中，若只顧及語(yǔ)法知識(shí)的全面性、完整性，將會(huì)導(dǎo)致顧此失彼、欲速而不達(dá)的結(jié)果；若只注重算法，而輕視、忽視基本語(yǔ)法，將導(dǎo)致程序代碼的編寫寸步難行、錯(cuò)誤百出。所以，要秉持語(yǔ)法夠用的原則。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，大量的教材在講述順序線性表時(shí)，都是直接采用動(dòng)態(tài)申請(qǐng)連續(xù)空間的方式來(lái)存儲(chǔ)線性表中的元素[1]。這種方式顯著地增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。為什么不先講述使用靜態(tài)的數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)元素，再過(guò)渡到動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)方式呢？所以，教師講授時(shí)要化繁為簡(jiǎn)、由易及難、逐步深入，遵循循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律。

2.1.2 思維的轉(zhuǎn)化

雖然程序設(shè)計(jì)的算法來(lái)源于數(shù)學(xué)，但不能照搬數(shù)學(xué)思維。

譬如：三個(gè)數(shù)如何求最大值。數(shù)學(xué)思維使用的是三個(gè)單分支的if語(yǔ)句，且每個(gè)if語(yǔ)句中的表達(dá)式都是由兩個(gè)與運(yùn)算符連接三個(gè)關(guān)系表達(dá)式構(gòu)成的；而程序設(shè)計(jì)思維使用的是一個(gè)賦值語(yǔ)句、兩個(gè)單分支的if語(yǔ)句，且每個(gè)if語(yǔ)句中的表達(dá)式只是一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系運(yùn)算。顯然，后者不僅效率高，而且運(yùn)用了程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的一種技巧和思維，即“假設(shè)第一個(gè)數(shù)就是最大值”[2]。

數(shù)學(xué)思維向程序設(shè)計(jì)思維的轉(zhuǎn)變，需要一個(gè)過(guò)程、一段時(shí)間，需要培養(yǎng)。

在程序設(shè)計(jì)教學(xué)的推進(jìn)過(guò)程中，還存在著一個(gè)程序的main函數(shù)向多個(gè)子函數(shù)的轉(zhuǎn)變（即程序模塊化）、過(guò)程化程序設(shè)計(jì)向?qū)ο蠡绦蛟O(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變等，這是思維的轉(zhuǎn)變，也是教學(xué)的難點(diǎn)。

2.2 導(dǎo) 學(xué)

2.2.1 量變到質(zhì)變

學(xué)習(xí)沒(méi)有捷徑，只有經(jīng)歷大量的代碼練習(xí)，才能保證編程水平質(zhì)的提高。對(duì)于常用算法必須爛熟于心，日積月累，才能熟練生巧，才能應(yīng)用，才可能有創(chuàng)新。

2.2.2 課堂內(nèi)外“三步曲”

每一門課程，教師必然對(duì)其有著深入的研究；每一節(jié)課，課堂上的教學(xué)內(nèi)容必然是豐富的，重點(diǎn)和難點(diǎn)必然是清晰的。因此，需要學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課上專心、課后復(fù)習(xí)。只有做到了課前預(yù)習(xí)，課堂上的學(xué)習(xí)才會(huì)是有的放矢；只有做到了課后復(fù)習(xí)，才能鞏固課堂知識(shí)。所以，只有真正做到了“課前預(yù)習(xí)、課上專心、課后復(fù)習(xí)”的課堂內(nèi)外三步曲，才能實(shí)現(xiàn)高效課堂。

2.2.3 “三動(dòng)”學(xué)習(xí)法

在實(shí)際教學(xué)中，教師發(fā)現(xiàn)，程序設(shè)計(jì)的初學(xué)者，在閱讀自己或他人編寫的程序代碼時(shí)，采取的方式只是“動(dòng)眼”，即用眼睛死死地盯著程序代碼行中的各個(gè)符號(hào)。這樣僅僅了解單個(gè)表達(dá)式、單條語(yǔ)句的表面意思，而不可能清楚變量值的變化、哪些語(yǔ)句被選擇或被循環(huán)執(zhí)行了，也就搞不清變量、表達(dá)式、語(yǔ)句的真正作用和含義，當(dāng)然不能歸納出程序的功能，也得不出程序的正確結(jié)果。

正確的做法是：拿出筆、攤開(kāi)紙，依照程序語(yǔ)句的次序，認(rèn)真地手工執(zhí)行程序代碼，把每個(gè)變量當(dāng)前的值記錄下來(lái)，如果存在循環(huán)，則把循環(huán)體重復(fù)執(zhí)行3～5次，這樣才能清晰掌握每個(gè)變量值的變化情況、每條語(yǔ)句的執(zhí)行情況，進(jìn)而推導(dǎo)、得出程序的功能或結(jié)果。也就是說(shuō)，對(duì)于一段程序、一個(gè)算法，只有手工執(zhí)行，才能理清其執(zhí)行過(guò)程、功能。

因此，在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必堅(jiān)信不勞而獲是天方夜譚，務(wù)必時(shí)刻執(zhí)行勤能補(bǔ)拙，務(wù)必每題實(shí)踐著“三動(dòng)”學(xué)習(xí)法，即“動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)眼”[3]。

2.3 導(dǎo) 思

2.3.1 思考的廣度

自頂向下、逐步求精，是程序設(shè)計(jì)的原則之一。任何復(fù)雜的問(wèn)題都可以找到簡(jiǎn)單的原理或者雛形。

譬如：3個(gè)整數(shù)求最值、10個(gè)整數(shù)求最值、數(shù)組求最值、選擇排序等。這些問(wèn)題的求解包括從順序結(jié)構(gòu)到選擇結(jié)構(gòu)、到一重循環(huán)、到二重循環(huán)；從單一的main函數(shù)實(shí)現(xiàn)到使用子函數(shù)實(shí)現(xiàn)。從這個(gè)例子可以看出，只有深刻理解求最值的雛形，才能順利向廣度推進(jìn)。

再譬如：使用線性表實(shí)現(xiàn)各種集合運(yùn)算，對(duì)順序存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)基本操作就是元素的移動(dòng)（即選擇性賦值），對(duì)鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)來(lái)說(shuō)基本操作就是鏈的連接（即指針賦值）。

2.3.2 思考的深度

在求最值的例子中，包含著這樣一個(gè)拓展的問(wèn)題：如何求解一個(gè)數(shù)組中的最大值和次大值。一種算法是這樣的：endprint

max1=max2=a[0]；

for（i=1；i

if（max1

max2=max1；

max1=a[i]；

}

else if（max2

}

但這個(gè)算法存在Bug，即如果第一個(gè)數(shù)就是最大值，則求出的次大值是錯(cuò)誤的。修正Bug的方式有多種。從此例可以得出：要保證算法的正確性，必須多方測(cè)試，特別是邊界、極限、特例等問(wèn)題。

對(duì)于求最值的問(wèn)題，如何使用面向?qū)ο蟮乃季S來(lái)求解呢？如果是在main主方法中直接對(duì)數(shù)組求最大值，而沒(méi)有定義任何其他成員變量和成員方法。這樣的話，就完全沒(méi)有運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃季S。正確的思維是：類中包含相應(yīng)的成員變量、成員方法，盡量通過(guò)成員方法去操作成員變量。問(wèn)題的關(guān)鍵是類中包含幾個(gè)成員變量最合適呢？需要幾個(gè)重載的構(gòu)造方法呢？解答了這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)出的類才具有普適性、重用性，才是真正面向?qū)ο蟮乃季S。

2.3.3 思考的維度

隨著學(xué)習(xí)的不斷深入、知識(shí)的不斷積累，隨之而來(lái)的是思考的深度、廣度以及維度。解答一個(gè)問(wèn)題可能有多種算法，通過(guò)多維度的思考、比較、分析，才能挑選出最清晰、最高效的算法。

譬如：1-2+3-4+...…-100

解答這個(gè)問(wèn)題有多種方法，如每次把符號(hào)位乘以-1、判斷當(dāng)前項(xiàng)的奇偶性、把奇偶項(xiàng)分開(kāi)計(jì)算、使用模運(yùn)算來(lái)確定符號(hào)位、使用位與運(yùn)算來(lái)確定符號(hào)位等，關(guān)鍵點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)的正負(fù)相間。這些方法中最后一種方法無(wú)疑是最“高大上”的。

思考是建立在對(duì)相關(guān)知識(shí)熟練掌握基礎(chǔ)之上的，否則就是緣木求魚、胡思亂想。

2.4 導(dǎo) 用

學(xué)習(xí)的目的不是為了考試，是為了應(yīng)用。

譬如：在C語(yǔ)言中，模運(yùn)算（即%）的意思是兩個(gè)整數(shù)相除，（商是整數(shù)）取余數(shù)。基本應(yīng)用有奇偶數(shù)的判別、素?cái)?shù)的判別、整數(shù)各位數(shù)字的分離等，進(jìn)一步的應(yīng)用有求最大公約數(shù)、數(shù)學(xué)黑洞等，高級(jí)應(yīng)用有模冪運(yùn)算、孫子問(wèn)題（中國(guó)剩余定理）、凱撒密碼等[4]，這些都是模運(yùn)算的經(jīng)典應(yīng)用。在近年廣受關(guān)注的大眾化競(jìng)賽“藍(lán)橋杯全國(guó)軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽”中，也不乏模運(yùn)算應(yīng)用的試題。

在模運(yùn)算的應(yīng)用從低級(jí)到中級(jí)、再到高級(jí)的過(guò)程中，往往是混合多方面知識(shí)的綜合應(yīng)用，應(yīng)用絕對(duì)不是生搬硬套，而是建立在模仿、思考基礎(chǔ)之上的。

2.5 導(dǎo) 創(chuàng)

應(yīng)用的升華就是創(chuàng)新，或者說(shuō)應(yīng)用的最高境界就是創(chuàng)新。教、學(xué)、思、用都是為創(chuàng)新服務(wù)的。在“大眾創(chuàng)新、萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)”的時(shí)代背景下，讓學(xué)生廣泛參與到各級(jí)各類競(jìng)賽、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新活動(dòng)中，以賽代練，在活動(dòng)中學(xué)習(xí)、思考、應(yīng)用、創(chuàng)新。

3 教學(xué)資源和平臺(tái)

為保證“五導(dǎo)法”教學(xué)方式的順利實(shí)施，構(gòu)建了三維的教學(xué)資源和平臺(tái)。

借助精品課程教學(xué)資源、網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)行教學(xué)資源的二次開(kāi)發(fā)，形成特色鮮明的校本教學(xué)資源，建設(shè)成理論教學(xué)“點(diǎn)資源”、實(shí)踐教學(xué)“線資源”、網(wǎng)絡(luò)共享課程“面資源”的教學(xué)資源體系。在教學(xué)中推行分類教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源聚集；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐的對(duì)接；利用幕課平臺(tái)和資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)分認(rèn)證；利用共享課程資源開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)。多維的教學(xué)資源和教學(xué)方式，滿足和豐富了學(xué)生多元化學(xué)習(xí)的需求和發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

在實(shí)際教學(xué)中，因地制宜，將“案例式、演示式、漸進(jìn)式、啟發(fā)式”等教學(xué)方法融合在一起，變“授人以魚”為“授人以漁”，開(kāi)展“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)模式發(fā)生了革命性變化，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)與實(shí)踐、交流互動(dòng)、成果報(bào)告和評(píng)價(jià)反饋中，達(dá)到知識(shí)的傳授和內(nèi)化，達(dá)到能力的提升和拓展，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體、能力培養(yǎng)為核心的教育思想。

參考文獻(xiàn)：

[1] 嚴(yán)蔚敏， 吳偉明. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語(yǔ)言版）[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2002： 24， 27.

[2] 楊路明. C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程[M]. 北京： 北京郵電大學(xué)出版社. 2005： 48.

[3] 熊啟軍.基于漸進(jìn)啟發(fā)式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線性表的教學(xué)[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)， 2011（6）：34.

[4] ld326的專欄. 模運(yùn)算[EB/OL]. （2012-08-18）[2016-10-13].http：//blog.csdn.net/ld326/article/details/7880429.

（編輯：史志偉 ）