關(guān)于計(jì)算機(jī)語言教學(xué)的探討

摘要：計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)的日新月異，推動(dòng)計(jì)算機(jī)語言的不斷更新發(fā)展，如何與時(shí)俱進(jìn)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言是值得關(guān)注問題。該文從高校程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在問題出發(fā)，探討了如何與時(shí)俱進(jìn)的進(jìn)行計(jì)算機(jī)語言的教與學(xué)，根據(jù)面向過程語言與面向?qū)ο笳Z言發(fā)展的歷程，建立程序設(shè)計(jì)語言學(xué)習(xí)的思維邏輯，掌握計(jì)算機(jī)語言學(xué)習(xí)的框架模式，幫助學(xué)生在快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)語言；程序設(shè)計(jì)；思維培養(yǎng)；面向過程；面向?qū)ο?/p>

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）10-0121-03

Abstract： Advances in computer hardware and software technology， promote the development of the continuous renewal of computer language， how to keep pace with The Times to learn computer language is a problem worthy of attention in this paper. Based on the existing problems in the teaching of programming courses in colleges and universities， this paper discusses how to keep pace with the times in the teaching and learning of computer languages. According to the process oriented language and the development of object-oriented language， establish the thinking logic programming language learning， to master the computer language learning mode， the framework of computer language learning to help students in the fast-growing computer field of sustainable development.

Key words： computer language； programming； thinking training； process-oriented； object oriented

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用普及，掀起來了學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的浪潮，程序設(shè)計(jì)作為各專業(yè)重要的基礎(chǔ)課在各高校開設(shè)，目的是使學(xué)生能系統(tǒng)地學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)有關(guān)的內(nèi)容及思維方式，以便更好的應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題。隨著計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)的不斷更新，計(jì)算機(jī)語言經(jīng)歷機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言幾個(gè)階段，高級(jí)語言分為面向過程和面向?qū)ο?，具體語言種類都有好幾十種。目前，許多高校根據(jù)就業(yè)形勢和專業(yè)建設(shè)培養(yǎng)模式開設(shè)了多門程序設(shè)計(jì)課程，由于所依托的基礎(chǔ)語言和講授的內(nèi)容模式不盡相同，在教學(xué)中存在不近人意的問題。本文根據(jù)教學(xué)實(shí)踐中反映出來的問題，探討如何培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言的思維模式，順應(yīng)瞬息萬變的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)模式的與時(shí)俱進(jìn)。

1 程序設(shè)計(jì)課程存在問題

目前計(jì)算機(jī)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置中，一般大一開設(shè)《C語言程序》，大二開設(shè)可視化程序設(shè)計(jì)語言Visual Basic，結(jié)合現(xiàn)在潮流的軟件，大三開設(shè)面向?qū)ο笳Z言如《Java程序設(shè)計(jì)》和《C#語言》，我們學(xué)院的信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)還涉及數(shù)值計(jì)算，于是還開設(shè)了Matlab語言，學(xué)生學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)語言種類較多，但很多學(xué)生編程能力僅僅停留在語言的語法規(guī)則層面，學(xué)而卻不精，限于各種的原因，有些老師在教學(xué)上把語法基礎(chǔ)當(dāng)成重點(diǎn)，而沒有根據(jù)學(xué)生的先修課程的知識(shí)點(diǎn)來引導(dǎo)組織教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)了多門計(jì)算機(jī)語言，仍對(duì)編寫程序缺乏感性認(rèn)識(shí)，沒有形成基本的編程思維，具體來說主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1） 計(jì)算機(jī)語言課教學(xué)深度與廣度的不協(xié)調(diào)。[1]日常教學(xué)中，由于專業(yè)設(shè)置和課程的學(xué)時(shí)有限，學(xué)生的水平參差不齊，老師的教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)也很難把握，對(duì)于二本類的院校，老師把教學(xué)重點(diǎn)放在語法基礎(chǔ)教育階段居多，限于學(xué)時(shí)的原因，很多程序設(shè)計(jì)語言的高級(jí)應(yīng)用沒有深入探討，這也是導(dǎo)致學(xué)生學(xué)了很多語言但都不精重要原因之一。

2） 沒有建立計(jì)算機(jī)語言學(xué)習(xí)的思維方式。很多學(xué)生學(xué)語言僅僅是單純學(xué)習(xí)，沒有建立計(jì)算機(jī)語言學(xué)習(xí)的框架體系，從整體上把握如何去學(xué)一門語言，把學(xué)習(xí)語言的思維融會(huì)貫通起來，建立程序設(shè)計(jì)的思維模式。教學(xué)上也沒有進(jìn)行引導(dǎo)，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言的思維和能力。

3） 缺乏對(duì)程序設(shè)計(jì)語言發(fā)展的認(rèn)識(shí)，轉(zhuǎn)變程序設(shè)計(jì)的思維模式比較困難。計(jì)算機(jī)的語言經(jīng)歷了機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言幾個(gè)階段，高級(jí)語言分為面向過程和面向?qū)ο螅渲蠧語言就是經(jīng)典的面向過程語言，在當(dāng)今的嵌入式開發(fā)中仍然是炙手可熱，面向?qū)ο蟮湫偷恼Z言有c++和java。一般先開設(shè)一門面向過程的C語言后，再開設(shè)面向?qū)ο蟮母呒?jí)語言，很多學(xué)生學(xué)C語言時(shí)覺得很容易掌握，到面向?qū)ο笳Z言就不知所措，隨著程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展如何實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的思維轉(zhuǎn)變是程序設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)重要方面

2程序設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)思維的培養(yǎng)

計(jì)算機(jī)的語言隨著時(shí)代不斷變化，技術(shù)的更新，計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展也會(huì)日新月異，尤其計(jì)算機(jī)的硬件更新?lián)Q代，必然也會(huì)觸動(dòng)軟件技術(shù)的更新，更多優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)語言會(huì)產(chǎn)生[1]，在這種形式下如何教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言的思維邏輯更重要，掌握學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言的思維方式，建立程序語言的框架體系結(jié)構(gòu)，建立學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)思維模式，教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的語言能力與素質(zhì)。

2.1框架式學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言基礎(chǔ)知識(shí)

一門計(jì)算機(jī)語言是一套人與計(jì)算機(jī)的交流的指令集合，與自然語言相似，有詞匯、語法、句法、語句組織規(guī)則，編寫程序就像寫文章，做項(xiàng)目就像編寫一本書。寫文章首先要構(gòu)思好框架再寫，同樣學(xué)習(xí)編寫程序首先要掌握程序設(shè)計(jì)的框架，從整體上把握程序設(shè)計(jì)語言基本特征，再具體學(xué)習(xí)語言的組織方式，這也是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的中把復(fù)雜的客觀問題，分成若干獨(dú)立的問題，然后一個(gè)個(gè)進(jìn)行解決，也即是逐步分解、分而治之的思想的反射應(yīng)用。

一本書根據(jù)書名的主題分成若干章節(jié)組織，每個(gè)章節(jié)又有一個(gè)小的中心思想，圍繞此來展開故事的描述，編寫一個(gè)項(xiàng)目程序就像編寫一本書。圖1是C語言程序基本組成框架結(jié)構(gòu)，一個(gè)項(xiàng)目程序由若干源程序組成，每個(gè)源程序都是圍繞程序完成功能來編寫程序，而每個(gè)源程序都有程序的組織模式，C語言中源程序的模式由若干相關(guān)函數(shù)和說明語句組成，java語言中每個(gè)源程序模式由說明語句和若干類組成。類是由數(shù)據(jù)和函數(shù)組成，函數(shù)是一個(gè)功能獨(dú)立性最高的程序段，到函數(shù)這一層都是面向過程程序設(shè)計(jì)，也即是數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出三個(gè)內(nèi)容，體現(xiàn)在程序設(shè)計(jì)中即是輸入數(shù)據(jù)的定義、表達(dá)，數(shù)據(jù)處理的順序、選擇、循環(huán)三大骨架結(jié)構(gòu)程序，以及數(shù)據(jù)的輸出。在這個(gè)過程中就要學(xué)習(xí)該門程序語言的詞匯（即標(biāo)識(shí)符、保留字）、數(shù)據(jù)的表示、語法規(guī)則、語句的種類及使用規(guī)則，利用所學(xué)的詞匯、句法和語法來組織程序。馮偌依曼思想的計(jì)算機(jī)都是存儲(chǔ)程序，程序運(yùn)行時(shí)調(diào)入到內(nèi)存中，逐條取出來執(zhí)行，程序編寫順序決定程序的讀寫順序，一篇文章默認(rèn)的讀寫順序的從上到下從左至右，同樣程序執(zhí)行順序也是從上到下從左至右，因此組織程序要按照它執(zhí)行順序的語義去編寫程序，否則就會(huì)像前言不搭后語的文章詞不達(dá)意，導(dǎo)致就是運(yùn)算的結(jié)果不是所要的結(jié)果。

2.2 面向過程的程序設(shè)計(jì)思維

“過程語言”用類似自然語言的符號(hào)化形式描述對(duì)問題的處理過程，用數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式描述對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算過程，人們只需向計(jì)算機(jī)描述問題的求解過程，而不關(guān)心計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。[2]面向過程的程序設(shè)計(jì)模式就是如圖2所示的三個(gè)步驟：輸入信息A，通過計(jì)算機(jī)的算法處理，輸出結(jié)果信息B。[3]若輸入的信息A直接可以運(yùn)用編程語言中提供的數(shù)據(jù)類型表達(dá)出來，則直接進(jìn)行算法處理步驟；若輸入的信息A是圖、表、聲音等非數(shù)值信息時(shí)，首先要做是利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用計(jì)算機(jī)的語言把信息A組織表達(dá)出來，因此圖靈獎(jiǎng)獲得者Niklaus Wirth提出的著名論斷：“程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”，這就是面向過程的程序設(shè)計(jì)的核心思想，以計(jì)算為核心，按照數(shù)據(jù)處理的過程來組織程序。

圖2 計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的過程

例如鍵盤輸入一個(gè)三位數(shù)，輸出逆序后的數(shù)。例如，輸入236，輸出632。根據(jù)題意按照計(jì)算處理數(shù)據(jù)的過程把上述問題轉(zhuǎn)變出如圖3的程序設(shè)計(jì)流程，再按照自左至右的順序用計(jì)算語言表達(dá)出來即是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的程序。

圖3 程序設(shè)計(jì)的流程

#include

void main（）

{

int x， y； //輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)的表示

int a，b，c； //中間數(shù)據(jù)的表示

printf（"Please input a num："）；

scanf（"%d＼n"，&x;）； //接收輸入數(shù)據(jù)

//輸入數(shù)據(jù)的處理

a=x/100；

b=x/10%10；

c=x%10；

y=100*c+10*b+a；

printf（"y=%d＼n"，y）；//輸出數(shù)據(jù)

}

由此可以看出面向過程的程序設(shè)計(jì)是一種線性的思維模式，以數(shù)據(jù)處理過程為核心，大體上分為輸入數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)三個(gè)過程，是一種順序線性的處理數(shù)據(jù)的模式，遵循“程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”的思維模式，不適應(yīng)于規(guī)模大、特別復(fù)雜的項(xiàng)目，軟件重用范圍窄粒度小，對(duì)于需求不明確的情況難以適應(yīng)，后期維護(hù)的代價(jià)高。

2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思維

面向?qū)ο蟮幕舅枷胧菑默F(xiàn)實(shí)世界客觀存在的事物出發(fā)來構(gòu)造軟件系統(tǒng)，并在系統(tǒng)構(gòu)造中盡可能運(yùn)用人類的自然思維方式，將一個(gè)實(shí)際問題看成是一個(gè)對(duì)象或幾個(gè)對(duì)象的集合。[4]面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，把問題世界的事物都看作對(duì)象即客觀世界是由對(duì)象組成，把對(duì)象中具有相同的數(shù)據(jù)和操作的對(duì)象歸為一類這即是面向?qū)ο笾谐橄蟮倪^程，在計(jì)算機(jī)中程序設(shè)計(jì)中即是用類這個(gè)數(shù)據(jù)類型來表示，程序處理是具體的數(shù)據(jù)，即對(duì)象，故用類來定義對(duì)象。利用面向?qū)ο蟮睦^承與多態(tài)性技術(shù)派生出具有的相似性對(duì)象的子類，體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)就是不同的類，各個(gè)對(duì)象間通過發(fā)消息進(jìn)行通信，因此面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)主要是由“對(duì)象+類+繼承+消息”組成，強(qiáng)調(diào)把數(shù)據(jù)和操作組合為一個(gè)整體，這就是面向?qū)ο罄锩娣庋b思想。圖4是面向程序設(shè)計(jì)的思維方式。

圖4 面向?qū)ο笏季S方式

在大型的程序設(shè)計(jì)中，根據(jù)軟件工程的面向?qū)ο蟮姆椒ㄕ摪芽陀^世界需解決的問題抽象各種各樣的類，把完成功能統(tǒng)一模塊的類再進(jìn)行抽象形成問題子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、任務(wù)管理子系統(tǒng)類，如圖5所示。

圖5 面向?qū)ο蟪绦蚩蚣荏w系

面向過程的語言反映了計(jì)算機(jī)的解決問題的思維過程，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言則是人的思維模式，利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)進(jìn)一步縮小了人腦與電腦思維方式上的差異，使人們?cè)诶糜?jì)算機(jī)解決問題時(shí)，不是將主要精力花在如何描述解決問題的過程上（編程上），重點(diǎn)是在解決問題的分析上。[5]面向?qū)ο蠹夹g(shù)常用于解決復(fù)雜的客觀問題，利用繼承、封裝、多態(tài)實(shí)現(xiàn)了代碼的重用，使得數(shù)據(jù)更安全更易于維護(hù)。

2.4 面對(duì)過程到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思維轉(zhuǎn)變

面向過程到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)實(shí)際是計(jì)算機(jī)程序在數(shù)據(jù)管理上的一個(gè)轉(zhuǎn)變。在面向過程的程序設(shè)計(jì)中以計(jì)算為核心，遵循程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法，程序的組織方式以數(shù)據(jù)處理的過程來組織代碼，數(shù)據(jù)與處理過程分離。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)不再是單純的數(shù)值型數(shù)據(jù)，而是更復(fù)雜的非數(shù)值型數(shù)據(jù)例如圖、表格、聲音等，這時(shí)面向過程的語言中提供struct這種技術(shù)構(gòu)造類型來描述復(fù)雜的事物方式，我們知道數(shù)據(jù)類型是數(shù)值取值范疇和操作的總稱，C語言中struct構(gòu)造器仍然是無法體現(xiàn)數(shù)據(jù)與操作的相關(guān)性。面向?qū)ο蠹夹g(shù)則是把處理的數(shù)據(jù)和操作進(jìn)行封裝，在計(jì)算機(jī)語言中體現(xiàn)出來即是一個(gè)“類”，體現(xiàn)了一個(gè)事物的動(dòng)態(tài)特征和靜態(tài)屬性。通俗的說面向?qū)ο笫前褦?shù)據(jù)和與數(shù)據(jù)相關(guān)的操作提取出來，這樣更好保證數(shù)據(jù)處理的獨(dú)立性，利于系統(tǒng)的維護(hù)，保證了數(shù)據(jù)的安全性。計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)是對(duì)象，對(duì)象是類的實(shí)例化也即是這個(gè)類數(shù)據(jù)類型的個(gè)體，因此面向?qū)ο髷?shù)據(jù)編程變成定義學(xué)習(xí)類的定義，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是以類來組織代碼，從管理學(xué)的角度來說面向?qū)ο笾械念愂前衙嫦蜻^程中數(shù)據(jù)和相關(guān)的操作（函數(shù)）進(jìn)行分類放在一起，面向?qū)ο笫窃诿嫦蜻^程的基礎(chǔ)上演變而來的，面向?qū)ο笾胁僮鬟€是面向過程的，圖6是已知矩形的長和寬，求矩形面積和周長的程序設(shè)計(jì)問題，運(yùn)用面向過程與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的對(duì)比。

圖6 面向過程與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)對(duì)比

3程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)施框架方案

程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)重點(diǎn)不在于如何解決各種實(shí)際問題，而是有了計(jì)算方法（算法）后，如何掌握使用高級(jí)語言實(shí)際編制解決問題的程序，以便將來學(xué)習(xí)“程序設(shè)計(jì)語言理論”、“算法設(shè)計(jì)與分析”、“程序設(shè)計(jì)方法學(xué)”等課程?！?】一門程序設(shè)計(jì)課程可以按照如圖7所示矩形區(qū)域的側(cè)重點(diǎn)來組織教學(xué)，該區(qū)域可以分為四個(gè)部分：語言基礎(chǔ)部分I、實(shí)驗(yàn)部分II、自主學(xué)習(xí)區(qū)域III和課程設(shè)計(jì)IV，第一部分基礎(chǔ)部分是語言共同具有的特征，其中包括數(shù)據(jù)類型、程序的基本結(jié)構(gòu)、類的定義和使用等，這部分內(nèi)容可以利用程序設(shè)計(jì)學(xué)框架快速掌握語言的語法規(guī)則，在以往程序設(shè)計(jì)課程基礎(chǔ)上找區(qū)別與聯(lián)系，利用比較的少的學(xué)時(shí)來講解。第二區(qū)域?qū)嶒?yàn)教學(xué)，教師要精心設(shè)置實(shí)驗(yàn)鞏固語法知識(shí)，提前把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)中重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)課準(zhǔn)備與實(shí)踐情況，引導(dǎo)學(xué)生把基礎(chǔ)打扎實(shí)。第三區(qū)域是自主學(xué)習(xí)，程序設(shè)計(jì)課程是實(shí)踐性十分強(qiáng)的課程，需要學(xué)生在課后花一定時(shí)間演練，除了課堂教學(xué)之外，教師通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)布置一些更具挑戰(zhàn)性的作業(yè)給學(xué)生，讓學(xué)生獨(dú)立完成，通過不斷的實(shí)踐提高學(xué)生。第四部分是程序設(shè)計(jì)課程綜合應(yīng)用，對(duì)于老師和學(xué)生老說都要花更多的時(shí)間更加重視，建議設(shè)置課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的綜合練習(xí)，把所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，系統(tǒng)化程序設(shè)計(jì)知識(shí)，提高學(xué)生鍛煉學(xué)生應(yīng)用能力。在課程的開設(shè)上可以進(jìn)行階梯式培養(yǎng)，先設(shè)置面向過程程序設(shè)計(jì)語言作為基礎(chǔ)，然后是在此基礎(chǔ)上設(shè)置面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言的課程，再就是面向?qū)ο笳Z言的專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)或者課程設(shè)計(jì)，把程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)分成三個(gè)階段來進(jìn)行。

4結(jié)束語

本文探討了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的語言教與學(xué)的思維模式，目的是幫助學(xué)生建立程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)思維模式，掌握程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過程中鍛煉分析問題解決的能力。同時(shí)也為老師在教授程序設(shè)計(jì)課程如何引導(dǎo)組織教學(xué)，提供一種思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]周億陶.計(jì)算機(jī)語言教學(xué)方法探析[J].黑龍江省政法管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：145-147.

[2]沈澤剛，鐘德春.關(guān)于計(jì)算機(jī)專業(yè)入門語言的探討[J].福建電腦，2012（1）：182-187.

[3]付喜梅. 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的類比教學(xué)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2013，26（10）：33-35.

[4]何渝.計(jì)算機(jī)語言課程的困惑與思考[C].2011 International Conference on Education and Education Management EEM2011，2011：754-759.

[5]陳榮.《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》教學(xué)探討[J].新疆廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（1）：48-51.