程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程教學(xué)方法探索

楊曉波 王勇 梁燕 黃宏程

【摘要】? ? 針對(duì)學(xué)生在程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題，提出在教學(xué)過(guò)程中要強(qiáng)化調(diào)試能力的訓(xùn)練、引導(dǎo)學(xué)生模塊化編程、規(guī)范編程習(xí)慣、訓(xùn)練閱讀代碼的能力，使學(xué)生的編程能力明顯增強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】? ? C語(yǔ)言? ? 程序調(diào)試? ? 模塊化? ? 規(guī)范化編程

一、程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程簡(jiǎn)介

在 “軟件定義一切”的大背景下，通信與信息大類專業(yè)涉及了信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等交叉專業(yè)，其就業(yè)市場(chǎng)不僅要求學(xué)生掌握通信領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，而且對(duì)學(xué)生通信軟件編程能力也提出了更高的要求[1]。鑒于此，在第一學(xué)期的下半期，為通信與信息大類學(xué)生開(kāi)設(shè)了程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練這門必修課程，其先修課程是C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程旨在學(xué)生具有C語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)C語(yǔ)言編程應(yīng)用能力的訓(xùn)練，以助于后續(xù)更好地學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等課程。

本課程以專題的形式進(jìn)行內(nèi)容設(shè)計(jì)，包含的5個(gè)專題都來(lái)自于生活或者通信專業(yè)涉及到的一些簡(jiǎn)化實(shí)例，以期激發(fā)學(xué)生的編程興趣。老師授課時(shí)可選取其中2-3個(gè)專題進(jìn)行訓(xùn)練，注重培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和編程方法，提高學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，為后續(xù)進(jìn)一步學(xué)習(xí)編程相關(guān)類課程打下必要的理論基礎(chǔ)。

二、存在的主要問(wèn)題

該課程相對(duì)于其他應(yīng)用性課程來(lái)說(shuō)，實(shí)踐性很強(qiáng)，學(xué)生普遍反映掌握起來(lái)比較難。通過(guò)對(duì)學(xué)生的觀察，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問(wèn)題：

2.1 缺乏規(guī)范性編程習(xí)慣

很多學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)后才接觸編程學(xué)習(xí)，往往注重語(yǔ)言本身的學(xué)習(xí)，而忽視了規(guī)范性編程習(xí)慣的培養(yǎng)[2]，導(dǎo)致在編程時(shí)，變量、函數(shù)、文件等的命名隨心所欲，程序段層次不清晰，缺乏注解，程序可讀性不強(qiáng)等等。在編寫小程序段時(shí)，這些不良習(xí)慣影響不大，但當(dāng)程序段稍微復(fù)雜時(shí)，就會(huì)引起很大的問(wèn)題。

2.2 缺乏代碼調(diào)試能力

編譯系統(tǒng)主要是語(yǔ)法上的檢查，無(wú)法檢查代碼邏輯上的錯(cuò)誤，而這些邏輯上的錯(cuò)誤往往可以通過(guò)調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)。因此代碼調(diào)試能力是編程能力的重要體現(xiàn)?！罢{(diào)試”功能需要在建立工程的環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn)。但學(xué)生在先修課程C語(yǔ)言課程上，由于平時(shí)編程練習(xí)的是一個(gè)個(gè)只具有簡(jiǎn)單功能的小程序，普遍采用建立單個(gè)源文件的方式編寫代碼，很少采用建立“工程”的方式進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，因此無(wú)法進(jìn)行代碼調(diào)試。本課程中的每個(gè)專題都有較多需求，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，代碼量相對(duì)較大。當(dāng)遇到編譯通過(guò)而程序邏輯功能有問(wèn)題時(shí)，不會(huì)調(diào)試代碼的學(xué)生就會(huì)感覺(jué)茫然無(wú)措。

2.3 過(guò)分依賴指導(dǎo)書(shū)，學(xué)習(xí)自主思考不足

該課程配備的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)為每個(gè)專題都附上全部源碼，希望學(xué)生掌握代碼分析和閱讀的方法，并掌握通過(guò)修改程序?qū)崿F(xiàn)既定目標(biāo)的方法。但學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程中，雖然也讀懂了代碼，也能畫(huà)出程序框架，但往往受限于指導(dǎo)書(shū)而寫不出自己的代碼。因此需要老師采取有效的措施引導(dǎo)學(xué)生利用好指導(dǎo)書(shū)。

三、采取的措施

在程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程的教學(xué)過(guò)程中，老師要特別注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步理解編程思想，培養(yǎng)良好的編程習(xí)慣，提高運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.1 強(qiáng)化程序調(diào)試和排錯(cuò)能力的訓(xùn)練

將第一次課程用來(lái)訓(xùn)練學(xué)生的程序調(diào)試和排錯(cuò)能力，讓學(xué)生熟悉項(xiàng)目結(jié)構(gòu)以及文件布局，掌握通過(guò)調(diào)試工具跟蹤程序運(yùn)行并進(jìn)行代碼分析、Bug排除等技能。例如，在第一次課上，老師要求學(xué)生在新建的目錄下創(chuàng)建一個(gè)新的C代碼空工程，并將老師編寫好的1個(gè)C文件和兩個(gè). h文件分別拷到在該工程目錄下新創(chuàng)建的src、include文件夾下，同時(shí)將這3個(gè)文件添加到新創(chuàng)建的工程中，然后進(jìn)行編譯。由于老師在代碼中故意設(shè)置了錯(cuò)誤，編譯無(wú)法完成。這時(shí)老師就引導(dǎo)學(xué)生怎樣通過(guò)閱讀系統(tǒng)提示進(jìn)行代碼的修改。當(dāng)代碼調(diào)試通過(guò)后，再要求學(xué)生采用單步、斷點(diǎn)等調(diào)試手段，配合Debug? windows下的Watches和Memory Dump查看變量和內(nèi)存值。

此外，在后續(xù)的編程過(guò)程中，要求學(xué)生遇到編譯方面的錯(cuò)誤，首先自己設(shè)法排除;遇到邏輯方面的問(wèn)題，先自己通過(guò)單步/斷點(diǎn)等調(diào)試手段看能不能解決。通過(guò)這一系列的訓(xùn)練，學(xué)生的調(diào)試能力和排錯(cuò)能力得到了明顯提高。此外，通過(guò)這一過(guò)程，學(xué)生對(duì)怎樣進(jìn)行文件布局有了一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，為后續(xù)進(jìn)行多文件編程打下基礎(chǔ)。

3.2采用模塊化思想，循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)

這部分是課程教學(xué)中最重要的內(nèi)容，下面以“通信錄的開(kāi)發(fā)”專題為例進(jìn)行闡述。本專題的需求是用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的通訊錄管理程序，要求能夠?qū)崿F(xiàn)通訊錄的增加、刪除、修改、查詢、存儲(chǔ)和導(dǎo)入等功能。

本專題涉及程序設(shè)計(jì)框架、程序模塊劃分、跨文件函數(shù)調(diào)用、輸出/輸入、文件操作、字符串操作、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、指針等多項(xiàng)知識(shí)。本專題任務(wù)量較大，需要老師采取有效的引導(dǎo)方法，用好指導(dǎo)書(shū)，讓學(xué)生形成良好的編程習(xí)慣，從而增強(qiáng)編程能力。

1.首先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行需求分析，把需求細(xì)化出來(lái);之后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行程序代碼框架的設(shè)計(jì)，建立框架的概念，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主界面的設(shè)計(jì)。在這一階段，只需要設(shè)計(jì)出“通信錄”的框架，通過(guò)編寫空殼函數(shù)（例如寫一個(gè)最簡(jiǎn)單的輸出語(yǔ)句），調(diào)試系統(tǒng)邏輯功能是否能實(shí)現(xiàn)。在這一過(guò)程中，要讓學(xué)生明白，在進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)時(shí)，主函數(shù)要干凈，功能用子函數(shù)操作，重復(fù)的功能要用函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

2.然后再對(duì)模塊逐個(gè)突破、先易后難。首先設(shè)計(jì)添加和刪除、查詢模塊，掌握數(shù)組、循環(huán)等操作;導(dǎo)入通信錄和保存通訊錄模塊涉及文件的讀寫操作，這部分知識(shí)學(xué)生還未學(xué)習(xí)，這時(shí)可以給學(xué)生布置預(yù)習(xí)作業(yè)，自學(xué)文件相關(guān)基礎(chǔ)內(nèi)容，并完成幾個(gè)基本的文件讀寫編程練習(xí)?；氐秸n堂后，老師對(duì)關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行講解和分析，這時(shí)學(xué)生就具備了基本的文件讀寫能力，可以選擇一種適合的文件讀寫方法完成上述模塊的編寫。

3.改寫代碼，用“多文件編程”方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)學(xué)生已經(jīng)把“通信錄”功能基本實(shí)現(xiàn)后，會(huì)發(fā)現(xiàn)所有的代碼都寫在同一個(gè)源文件中，代碼很長(zhǎng)，不利于調(diào)試并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。這時(shí)，老師以第一次課程中的示例文件為例，引出“模塊化多文件編程”的思想，并要求學(xué)生改寫代碼，采用“多文件編程”方式實(shí)現(xiàn)。通過(guò)改寫代碼的過(guò)程，學(xué)生會(huì)深刻體會(huì)到通過(guò)多文件編程，程序脈絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)更加清楚，也更易于維護(hù)，同時(shí)也利于代碼的重復(fù)利用，從而提高編程效率[3]。

3.3規(guī)范編程習(xí)慣

從進(jìn)入第一次課開(kāi)始，老師就要給學(xué)生建立規(guī)范編程的意識(shí)。在第一次課上，給學(xué)生講解基本的編程規(guī)范，例如怎樣給變量和文件命名、怎樣進(jìn)行注解、怎樣合理使用各種變量、怎樣使用預(yù)編譯方式等，并將規(guī)范編程的要求貫穿整個(gè)課程。老師可以采用案例教學(xué)的方式，參考企業(yè)編程規(guī)范，逐步培養(yǎng)學(xué)生良好的編程素養(yǎng)。例如，定義文件名、函數(shù)名和變量名時(shí)，要見(jiàn)其名知其意，不要用毫無(wú)意義的a、b、c之類的定義，要用英文，不要用拼音[2];盡量不要用全局變量;要注意include的路徑問(wèn)題;應(yīng)學(xué)會(huì)函數(shù)之間傳參數(shù)等。編程初學(xué)者特別要注意的一個(gè)問(wèn)題是盡量不要用goto語(yǔ)句。在授課過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生喜歡用goto語(yǔ)句，覺(jué)得簡(jiǎn)單、方便，甚至嵌套、穿插使用，在代碼中隨意跳躍，整個(gè)代碼邏輯非?；靵y，可讀性很差，甚至出現(xiàn)死循環(huán)。這實(shí)際體現(xiàn)了學(xué)生未形成良好的編程思維，不能對(duì)代碼進(jìn)行清晰的流程控制。老師一定要進(jìn)行糾正，指導(dǎo)學(xué)生修改語(yǔ)句，例如用條件或循環(huán)語(yǔ)句、用break、continue或return等，來(lái)清晰地聲明代碼執(zhí)行到此處的后續(xù)行為。老師可以在教學(xué)過(guò)程中逐步積累不規(guī)范的編程案例，通過(guò)案例分析的方式對(duì)學(xué)生的編程習(xí)慣進(jìn)行指導(dǎo)。

3.4訓(xùn)練學(xué)生閱讀代碼的能力，然后借鑒并提高

在教學(xué)過(guò)程中，不要求學(xué)生一開(kāi)始就去讀代碼，而是首先設(shè)計(jì)出整體框架，再對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。同時(shí)，在進(jìn)行整體框架設(shè)計(jì)和每個(gè)模塊具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生分析設(shè)計(jì)需求，建立設(shè)計(jì)思路，并引導(dǎo)學(xué)生嘗試用已有的知識(shí)自己寫出代碼后再參考指導(dǎo)書(shū)，這樣學(xué)生就能有的放矢地分析參考代碼的優(yōu)劣，并吸收可取之處。此外，還要注重學(xué)習(xí)借鑒優(yōu)秀的程序架構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，對(duì)于借鑒的代碼不是簡(jiǎn)單的搬過(guò)來(lái)，一定要消化。例如，對(duì)于借鑒的程序中一些不理解的地方，要深鉆細(xì)研，最好能在調(diào)試中進(jìn)行閱讀，并舉一反三，從而達(dá)到理解并能進(jìn)一步靈活應(yīng)用的目的。

四、結(jié)束語(yǔ)

在程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程的教學(xué)過(guò)程中，老師注重對(duì)學(xué)生編程思想、編程習(xí)慣的培養(yǎng)，訓(xùn)練學(xué)生模塊化的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生利用調(diào)試工具跟蹤程序的動(dòng)態(tài)變化并分析程序邏輯的能力，有助于使學(xué)生具備一定的規(guī)范編程的習(xí)慣，也通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生增加成就感，提高編程學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)生閱讀代碼、查詢資料、參考別人的代碼，培養(yǎng)學(xué)生的代碼閱讀能力和分析能力。此外，本專題中涉及的部分知識(shí)，在C語(yǔ)言課程中可能還未涉及或即使學(xué)習(xí)也沒(méi)有進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)。學(xué)生在本課程中通過(guò)大量的預(yù)習(xí)和自學(xué)，養(yǎng)成了一定的自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，這也是一個(gè)編程人員非常重要的素質(zhì)。在老師的有效引導(dǎo)下，學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，可以明顯增強(qiáng)C語(yǔ)言編程能力，并為后續(xù)的軟件課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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