以Flash為載體的實驗案例設(shè)計

房琛琛，謝 濤，齊 琪

（西安交通大學(xué) 計算機(jī)教學(xué)實驗中心， 陜西 西安 710049）

0 引 言

計算機(jī)程序設(shè)計課程是許多高校理工科類的公共基礎(chǔ)課程之一。實驗教學(xué)是其教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。然而傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式是：教師先講授實驗相關(guān)的理論知識，然后布置實驗任務(wù)；學(xué)生上機(jī)編程實踐，實驗課結(jié)束后，學(xué)生提交一份電子或紙質(zhì)版實驗報告；教師根據(jù)實驗報告給出學(xué)生此次實驗成績。這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式普遍存在一些問題：①先教師講授再上機(jī)實踐，學(xué)生基本就是按部就班完成實驗指導(dǎo)書或者講義上內(nèi)容，無法培養(yǎng)動手能力和思考能力[1]；②實驗內(nèi)容與實際問題聯(lián)系較弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)目的性不強(qiáng)，不能達(dá)到學(xué)以致用[2-3]；③實驗報告的內(nèi)容設(shè)計不能真實反映學(xué)生對知識的掌握情況，不能反映學(xué)生的實際操作能力。這些不足導(dǎo)致無法培養(yǎng)學(xué)生的動手編程能力和創(chuàng)新能力。

1 將Flash技術(shù)融入到計算機(jī)程序設(shè)計實驗教學(xué)中

隨著Flash技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)lash動畫已經(jīng)進(jìn)入到教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的教學(xué)往往受到實驗場所，實驗設(shè)備的局限，不能達(dá)到理想的教學(xué)效果。通過Flash技術(shù)可以把一些難于表述清楚的知識點或難點制作成動畫案例，讓學(xué)生更好地理解知識內(nèi)容，調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性。為了達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果，可以設(shè)計具有互動性的動畫案例，使學(xué)生參與教學(xué)，提高教學(xué)效果。

在制作Flash動畫時可以采取兩種方式：①順序播放式用于演示操作或者順序流程之類的案例；②交互式是通過鍵盤或者鼠標(biāo)響應(yīng)實現(xiàn)交互的效果。教師可以針對不同的實驗案例，根據(jù)其內(nèi)容特點選擇不同方式的動畫。

在計算機(jī)程序設(shè)計課程中，以程序代碼的講解為例，可以設(shè)計程序的單步執(zhí)行動畫案例，當(dāng)程序運行到某一行時，變量的值是多少，或表達(dá)式的值是多少，都可以通過動畫形式一步一步演示，使學(xué)生對程序的每行代碼都有深入的了解。

還可以通過Flash動畫制作出一些類似于教具的軟件，這里簡稱電子教具，如生成一個畫板工具，實現(xiàn)流程圖的制作等。這些教具并不是一個完整的案例，但是能給老師提供一個虛擬的演示工具。

總之，F(xiàn)lash動畫在幫助學(xué)生理解掌握知識點上起到了催化劑的作用。Flash以可視化和多媒體化的形式展示內(nèi)容，容易聚集學(xué)生的注意力，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，學(xué)生會覺得更生動形象，更容易理解知識內(nèi)容，并且因其互動性好，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與感[4]。

2 實驗案例的設(shè)計

2.1 設(shè)計思想

實驗案例的設(shè)計應(yīng)該將不同層次的知識點貫穿起來，將現(xiàn)階段實驗逐步遷移到下一知識層次[5]。所以，在進(jìn)行案例設(shè)計時，應(yīng)考慮此次實驗的知識點層次，并考慮如何將這些知識點根據(jù)層次的深入而貫穿起來。

例如，在學(xué)習(xí)排序算法的過程中，學(xué)生經(jīng)常遇到的問題是：為什么出現(xiàn)多種排序算法？某一特定的問題需要使用哪種排序算法？所以，在設(shè)計“排序算法比較”實驗案例時，實驗?zāi)康木褪亲寣W(xué)生自主探索、思考、發(fā)現(xiàn)排序算法的優(yōu)缺點及其適用性，能編程實驗解決實際問題，并能歸納、總結(jié)、演示。

2.2 “排序算法比較”的實驗過程設(shè)計

排序是計算機(jī)內(nèi)經(jīng)常進(jìn)行的一種操作，在程序設(shè)計中應(yīng)用廣泛。其目的就是將一組無序的記錄序列調(diào)整為有序的記錄序列。排序的算法有很多種，本次實驗選取了經(jīng)典的3種排序算法。

學(xué)生通過老師的講授以及用電子教具操作實踐，加深對3種排序算法的理解。學(xué)生在上機(jī)實踐中，用C語言編程實現(xiàn)冒泡排序、選擇排序、快速排序3種算法，并對比多種實驗數(shù)據(jù)，針對給定的3種實際應(yīng)用案例選擇合適的算法實現(xiàn)并總結(jié)證明。具體實現(xiàn)方案如圖1所示。

圖1 案例實現(xiàn)方案

1）知識講解。

排序算法在程序設(shè)計中應(yīng)用廣泛，但是教學(xué)中學(xué)生不容易接受。為了便于學(xué)生理解排序算法的思想，本案例采用Flash動畫展示排序的過程，生動形象的展現(xiàn)手段改進(jìn)了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，便于學(xué)生理解和掌握排序的相關(guān)概念，進(jìn)行編程應(yīng)用。圖2展示了冒泡排序的Flash動畫畫面。

圖2 用Flash演示冒泡排序算法

2）方法引導(dǎo)。

為了讓學(xué)生對算法有更深刻的了解，本案例通過撲克牌電子教具，讓學(xué)生手動模擬3種排序算法的過程，理解編程實現(xiàn)的思路。電子教具是用Flash制作的模擬真實撲克牌的交互式動畫，學(xué)生可以手動拖動卡片，模擬不同算法的排序過程。

3）上機(jī)實踐指導(dǎo)。

針對學(xué)生在上機(jī)編程實現(xiàn)過程中遇到問題，教師有針對性地進(jìn)行指導(dǎo)，鼓勵他們相互討論。在實驗過程中，啟發(fā)學(xué)生思考對比實驗的分類目的，引導(dǎo)學(xué)生得出正確的實驗結(jié)論。

4）對比實驗。

用4種實驗數(shù)據(jù)來運行3種排序算法，完成對比實驗分析表。包括：基于3種不同樣本大小的完全隨機(jī)數(shù)據(jù)的3種排序算法對比分析表（表1）；基于3類不同數(shù)據(jù)特征數(shù)據(jù)的3種排序算法對比分析表（表2）。其中，完全隨機(jī)數(shù)據(jù)要求學(xué)生使用隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生；接近正序數(shù)據(jù)/接近反序數(shù)據(jù)/較多重復(fù)數(shù)據(jù)，學(xué)生可以自己生成，也可使用教師提供的數(shù)據(jù)做實驗。

表1 3種排序算法實驗統(tǒng)計（完全隨機(jī)數(shù)據(jù)）

表2 3種排序算法實驗統(tǒng)計（非隨機(jī)數(shù)據(jù)，樣本大小N=100）

5）實際應(yīng)用。

選擇合適的算法應(yīng)用到實際案例中，詳細(xì)地描述解決問題的思路，并對通過運行程序得出的結(jié)果進(jìn)行論證。3個實際案例如下。

實際案例1：統(tǒng)計學(xué)生信息。某班班長有一份學(xué)生基本信息表(已按照學(xué)號從小到大排序)。現(xiàn)要求按照年齡從小到大的順序重新排序。要求：年齡相同的學(xué)生，學(xué)號按照小的在前，大的在后。請你只做一遍排序，就能幫班長把統(tǒng)計表整理好。

實際案例2：換座位。某班團(tuán)支部組織全班30名同學(xué)觀看愛國主義教育電影。座位選擇了某區(qū)的一排。30名同學(xué)持票入場后并未對號入座。電影開場后工作人員要求必須按照票號就坐。為了不影響其他觀影人員，工作人員每次只能調(diào)整2名同學(xué)的座位。請問：最少調(diào)整多少次才能使30名同學(xué)坐到自己的座位上(工作人員已記錄了30名同學(xué)的目前的座位號和票號）？

實際案例3：統(tǒng)計期末考試成績。某學(xué)生幫助院教務(wù)老師統(tǒng)計某一級全院學(xué)生公共科目“高數(shù)”的期末考試成績。上報的統(tǒng)計表格包含3列信息（姓名、學(xué)號、成績）。要求：成績從高到低排名，成績相同的按照學(xué)號從小到大排序。請問：如果需要你來完成此工作，請給出排序的設(shè)計思路。

2.3 實驗結(jié)果與驗收

（1）程序驗收：程序是否能編譯通過。若能通過，查看結(jié)果的正確性。

（2）實驗質(zhì)量：總分100。上機(jī)實現(xiàn)3種排序算法占60%，運行程序完成對比實驗分析表占20%，選擇合適的算法應(yīng)用到實際案例中并論證占20%。

（3）自主獨立：自主思考與獨立實踐能力。能夠獨立完成對比實驗分析表，并能給出正確的結(jié)論。自主分析實際應(yīng)用案例問題，給出解決思路，并通過運行程序論證答案的正確性。

（4）實驗報告：實驗報告的規(guī)范性與完整性，要求有對比實驗表（時間、交換次數(shù)、穩(wěn)定性），并給出結(jié)論、實際案例的分析總結(jié)等。

3 結(jié) 語

以“排序算法的比較”內(nèi)容為例，從學(xué)習(xí)研究、對比分析、實現(xiàn)調(diào)試、總結(jié)、驗收過程進(jìn)行案例設(shè)計，將講解、思考、動手、實踐于一體。通過對排序算法的對比實驗和分析，加深學(xué)生對3種不同排序算法原理的理解，重點了解它們的優(yōu)缺點和適用性。同時，讓學(xué)生上機(jī)實踐，對比實驗結(jié)果，針對特定場景案例選擇合適的算法并論證。從分析到論證，比較容易激發(fā)學(xué)生對算法學(xué)習(xí)的興趣，提升他們的成就感。與以往學(xué)生上機(jī)實驗的區(qū)別還在于，在上機(jī)實踐前先讓他們自己通過電子教具手動排序，加深理解理論，為他們上機(jī)編程提供思路?；韭鋵嵰詫W(xué)生遇到問題為出發(fā)點，以實際需求為歸宿[6]，加強(qiáng)基本編程思維和方法的訓(xùn)練。

計算機(jī)程序設(shè)計課程的實驗教學(xué)的關(guān)鍵是加強(qiáng)學(xué)生對知識的理解，提高學(xué)生的動手能力，能夠使用所學(xué)的知識解決實際問題。采用Flash動畫加深學(xué)生對知識的理解，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為其進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。兩年來，以該方法設(shè)計的實驗案例，學(xué)生反饋學(xué)習(xí)效果良好。下一步計劃就是制作一系列實驗案例所需要的Flash動畫，將實驗過程設(shè)計得更細(xì)致、更完善。

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