計算機專業(yè)課程的可視化教學設計與研究

陳慧

摘? ?要：本文針對計算機專業(yè)知識的動態(tài)性和抽象性難以在傳統(tǒng)教學中進行較好的展現(xiàn)問題，引入“可視化教學”概念。以《C程序設計語言》和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程為例，根據(jù)課程教學大綱將知識點進行梳理分類后，把教學內(nèi)容分別從基礎知識可視化、程序結(jié)構(gòu)可視化和算法可視化三方面進行可視化設計，幫助學生增強對知識點的理解，提高教學效果。

關鍵詞：可視化教學? 知識點? 教學效果

中圖分類號：TP391.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（c）-0183-02

可視化技術(shù)是指將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像，進而能夠?qū)崿F(xiàn)交互處理的理論、方法和技術(shù)?？梢暬夹g(shù)的實現(xiàn)能夠促進形象思維、直覺思維、發(fā)散思維、邏輯思維和辨證思維的發(fā)揮。

可視化技術(shù)應用于教學時，可以利用計算機圖形學和圖像處理技術(shù)，對顯示出來的圖形或文字進行交互處理，可視化技術(shù)將復雜事物的描述簡單化，針對教與學過程中的理解、對話、探索和交流進行有效改善，增強思考的效能和創(chuàng)新性。

計算機專業(yè)課程的教師在教學過程中雖然也會引入一些可視化內(nèi)容，但對于課程中的教學內(nèi)容沒有進行系統(tǒng)的完善的可視化設計。一套完善的教學可視化系統(tǒng)可以幫助學生從學習興趣、學習自主性、理解能力、學習效率和學習成績方面進行提升，降低教師教學過程中對抽象概念和算法等知識點講解的難度，提高教師在教學管理工作方面的效率，增強課程的整體教學效果。本文以《C程序設計語言》和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程為例，根據(jù)課程教學大綱將知識點進行梳理分類，把教學內(nèi)容分為基礎知識可視化、程序結(jié)構(gòu)可視化和算法可視化三部分，針對這三部分進行詳細設計。最后利用Flash動畫和Javascript等技術(shù)對基礎知識、程序結(jié)構(gòu)和算法的可視化設計側(cè)重點和關鍵因素分析后進行設計并實現(xiàn)。

1? 基礎知識可視化教學設計

1.1 設計概述

基礎知識主要包括程序的入門知識和關鍵特點、抽象概念等內(nèi)容，通過動畫技術(shù)對課程的基礎知識進行可視化呈現(xiàn)。

（1）前期需求分析階段，對程序設計課程的基礎知識可視化需求和內(nèi)容進行梳理，確定可視化建設的目標和終點。

（2）明確程序設計課程中基礎知識主題，分析程序設計語言的知識特點，進行重點設計。

（3）文本設計是可視化動畫設計的前提，通過將需要教學的內(nèi)容按照動畫繪制平臺的繪畫步驟進行呈現(xiàn)。在文本與動畫轉(zhuǎn)換的過程中，需要考慮學生的心理特征，采用口語化的描述方式將知識要點轉(zhuǎn)換為動畫畫板不同的控件。在動畫呈現(xiàn)形式方面，為不同的程序基礎知識實體確定不同的控件顯示方式，比如不同的控件、不同的形狀、不同的字體屬性、不同的色彩等。

（4）基礎知識展示過程中，需要旁白講解功能，針對動畫當前頁面的內(nèi)容以直白風趣的方式進行闡述，提升學生的理解能力。

1.2 基礎知識可視化分析與設計

基礎知識可視化設計時，首先將知識點進行整理，分析各知識點設計時應側(cè)重的目標。如表1所示。

然后，針對以上列表中每個知識點的特點，具體實現(xiàn)時考慮有哪些關鍵因素，如有無人物設計、有無情景設計、交互性強度、是否需要設計一個模擬游戲來增強理解。

最后，根據(jù)分析結(jié)果去實現(xiàn)。將動畫頁面比例設置為 16∶9，更符合人眼的視覺特點?？紤]到學生的學習習慣和視覺疲勞程度，每個動畫時間控制在10min，不僅能夠激發(fā)學習者的主動性，而且可以減少學生心理負擔。

例如，“簡單的C程序”知識點動畫設計時要展示一個C程序從寫好代碼到運行并輸出的過程。首先有配音提示按下鼠標鍵，當用戶按下鼠標鍵后會顯示一段程序代碼，這時，語音提示請按下鍵盤上的回車鍵，當用戶操作后顯示輸出結(jié)果，然后配音講解程序代碼，講解時對應代碼會高亮顯示，最后仍顯示程序代碼，用戶鼠標移動到某一個位置就會顯示對應代碼的說明。

2? 程序結(jié)構(gòu)可視化教學設計

2.1 設計概述

程序結(jié)構(gòu)主要對不同程序的基本順序結(jié)構(gòu)、判斷結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)進行描述。

（1）首先對目前不同程序結(jié)構(gòu)類型進行梳理，包括順序結(jié)構(gòu)、判斷結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，對不同的結(jié)構(gòu)特點和主要內(nèi)容進行說明。

（2）明確程序結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)方式。利用實例對不同結(jié)構(gòu)的用途及變量變化過程進行呈現(xiàn)，列舉不同結(jié)果的講解提綱和風格。

（3）將不同程序結(jié)構(gòu)的內(nèi)容和講解流程進行整理，形成文本，同時設計旁白講解，對程序結(jié)構(gòu)進行講解。

2.2 程序結(jié)構(gòu)可視化分析與設計

在程序結(jié)構(gòu)可視化設計時，同樣先進行側(cè)重點分析，對順序結(jié)構(gòu)、if語句、swtich語句、while語句、do-while語句、for語句、循環(huán)嵌套和break與continue等知識點具體側(cè)重興趣、理解力和編程思維方面進行分析。

針對上述每個知識點的特點，同樣要考慮有無人物設計、有無情景設計、交互性強度等關鍵因素。

以循環(huán)控制為例，解決“猴子吃桃”的問題，求解猴子摘桃的天數(shù)。具體題目是：猴子去摘桃，共摘了127個桃，它每天吃掉一半多一個，問猴子摘了幾天桃？具體實現(xiàn)時首先展現(xiàn)一個猴子每天重復摘桃并吃桃的場景，然后提出問題并顯示程序結(jié)構(gòu)流程圖，此頁面上顯示三種語句包括while語句、do-while語句、for 語句的鏈接，最后根據(jù)用戶的點擊，分別顯示對應語句的編程代碼。

3? 算法可視化教學設計

算法主要針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進行展開，對各類排序算法（如冒泡排序、堆排序等）、鏈表、哈希樹等結(jié)構(gòu)的原理和流程進行可視化呈現(xiàn)，設計動畫后以更直觀的方式讓學生用戶掌握算法知識。

算法可視化呈現(xiàn)需要與實際的應用場景結(jié)合，將算法中的變量通過動畫控件的方式呈現(xiàn)，展示其值的變化，對變量在算法運行過程中的關系進行呈現(xiàn)，具體動畫設計流程與程序結(jié)構(gòu)類似。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的算法眾多，根據(jù)教學大綱，依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型進行整理，常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型有：數(shù)組，棧，鏈表、隊列、樹、圖、堆、散列表等。挑選順序棧、棧與遞歸、二叉樹遍歷、逆轉(zhuǎn)線性鏈表、拆半查找、冒泡排序、選擇排序、插入排序、堆排序等內(nèi)容進行設計。

以“冒泡排序”為例，可以設計為：首先等待用戶輸入要進行排序的數(shù)據(jù)，中間以逗號分隔，然后點擊“開始”按鈕后演示第一趟排序的動態(tài)變化過程，當?shù)谝惶伺判蚪Y(jié)束時需要等待用戶點擊鼠標后再顯示第二趟排序的動態(tài)變化過程，以此類推。

4? 結(jié)語

可視化教學是教育領域的發(fā)展趨勢，研究開發(fā)可視化教學內(nèi)容設計，既可以直接改革計算機專業(yè)課程的教學方法和手段，提高教學效率和質(zhì)量，又符合教學改革的方向，是隨著教育技術(shù)不斷發(fā)展而完善的教學方式。

參考文獻

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