“Ｃ程序設(shè)計”課程教學(xué)內(nèi)容的模塊化設(shè)計

戴　紅

文章編號：1672-5913(2009)08-0064-05

摘要：筆者借鑒程序設(shè)計中的模塊化思想，將“C程序設(shè)計”課程內(nèi)容進行模塊化改造。本文首先介紹教學(xué)內(nèi)容的模塊化設(shè)計思想，然后說明每個模塊內(nèi)部的設(shè)計方法，最后通過闡述模塊之間的聯(lián)系，描述如何將各個模塊組裝成為整個課程內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計；C語言；程序設(shè)計；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1引言

“C程序設(shè)計”課程作為幾乎所有的計算機專業(yè)及許多非計算機專業(yè)學(xué)生的程序設(shè)計類必修課，在整個計算機課程體系中占有重要地位。然而因其具有知識點多、知識點之間的邏輯關(guān)系復(fù)雜的特點，又是許多學(xué)生感覺學(xué)習(xí)困難的課程。本文將程序設(shè)計中模塊化思想應(yīng)用在C語言教學(xué)內(nèi)容的組織上，改變傳統(tǒng)的內(nèi)容編排模式，將整個課程內(nèi)容分解為多個模塊，每個模塊內(nèi)容緊湊、功能單一，模塊間聯(lián)系主線鮮明、邏輯性強。每個模塊內(nèi)部設(shè)計都以該模塊所涉及內(nèi)容能解決的實際問題為切入點，將要求學(xué)生掌握的內(nèi)容以及這些內(nèi)容能夠完成的任務(wù)給出明確的說明，將學(xué)生整個課程的學(xué)習(xí)目標分解為各個模塊的學(xué)習(xí)目標，使學(xué)生能夠明確模塊用途，學(xué)習(xí)目的性加強，提高教學(xué)的有效性。

2教學(xué)內(nèi)容模塊化設(shè)計

模塊及模塊化的概念隨處可見，如建筑工程中的磚瓦構(gòu)件，機器上的零部件，程序設(shè)計語言中的子程序、過程、函數(shù)、類，都可以稱之為模塊。模塊化的概念已被廣泛應(yīng)用于軟件(Parnas,1972)、產(chǎn)品設(shè)計(Henderson & Clark,1995；Baldwin & Clark,2000；Ulrich,1995)、生產(chǎn)(Starr，1965)和組織形式(Sanchez，1995；Sanchez & Mahoney，1996；Langlois & Robertson,1992；Schillin & Steensma,2001)等多個領(lǐng)域和方面，它是指通過每個可以獨立設(shè)計的、能夠發(fā)揮整體作用的、更小的子系統(tǒng)(模塊)來構(gòu)筑復(fù)雜產(chǎn)品或業(yè)務(wù)的過程。衡量一個系統(tǒng)是否為一個模塊化系統(tǒng)的主要依據(jù)是看該系統(tǒng)是否具有“模塊性”，即清晰而簡明的層次結(jié)構(gòu)。其中的模塊是否具有很強的獨立性，都有自己不可替代的功能，而且相互依存相互作用。具體到程序設(shè)計中的模塊獨立性，一般采用兩種準則度量：耦合性和內(nèi)聚性。耦合性是指模塊之間相互連接的緊密程度；內(nèi)聚性是指模塊內(nèi)部各元素結(jié)合的緊密程度；獨立性強的模塊應(yīng)具有高內(nèi)聚性和低耦合性。

圖1 傳統(tǒng)的內(nèi)容組織形式與模塊化的內(nèi)容組織形式對照圖

綜合上述思想，對教學(xué)內(nèi)容進行剖析分類，并根據(jù)程序設(shè)計語言的四個基本成分(數(shù)據(jù)成分、運算成分、控制成分和傳輸成分)，將內(nèi)容按照其在程序設(shè)計中的作用、傳統(tǒng)組織形式與模塊化組織形式對照分解成七個功能模塊。圖1為傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容組織形式和進行模塊化改造后的組織形式的對照圖。根據(jù)程序設(shè)計的模塊化思想，模塊具有功能內(nèi)聚性為最強的內(nèi)聚性，所以成分劃分的模塊，內(nèi)部功能單一，基本可獨立設(shè)計，如“數(shù)據(jù)模塊”，主要介紹C中各種數(shù)據(jù)的表示和存儲，可涉及一些簡單算術(shù)運算和輸入輸出函數(shù)，在未介紹運算和輸入輸出模塊前，完全可以對這些內(nèi)容進行簡單說明，而不影響學(xué)生對本模塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)。同時這樣劃分使每個模塊內(nèi)容具有彈性，便于根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力及學(xué)時情況等增減內(nèi)容。

程序設(shè)計中所謂的模塊一般具有三個基本屬性：功能(該模塊實現(xiàn)什么功能)，邏輯(描述模塊內(nèi)部怎么做)，狀態(tài)(該模塊使用時的環(huán)境和條件)。我們首先來描述各模塊的內(nèi)容和功能，如表1所示。

程序設(shè)計中模塊的第二個屬性為“描述模塊內(nèi)部怎么做”，下面介紹每個模塊的內(nèi)部設(shè)計思路。

3模塊內(nèi)部設(shè)計

3.1模塊一入門

本模塊是整個課程內(nèi)容的引子和主線，其中起關(guān)鍵作用的是貫穿整個課程的7個實例。本模塊歸納出C語言能夠解決的典型問題，通過7個典型實例來說明，使學(xué)生對C有全局了解和把握；同時也為其余各模塊提供“原型”，其他模塊以這7個實例為起點，延展教學(xué)內(nèi)容和實例。

模塊一的主要內(nèi)容包括預(yù)備知識(程序設(shè)計語言和算法的相關(guān)概念)；C語言概述(產(chǎn)生背景，特點)；并通過第一個C程序“Hello，World！”，了解C程序的基本結(jié)構(gòu)及開發(fā)C程序的環(huán)境Turbo C和C程序從編輯到運行的全過程。當然，本模塊的重點放在“C語言都能做些什么”，總結(jié)出四個方面：輸入/輸出信息，數(shù)值計算，非數(shù)值計算，處理磁盤文件，如表2所示。

3.2其他模塊的內(nèi)部設(shè)計

首先提出問題，然后通過問答問題展開內(nèi)容，最后總結(jié)。如表3給出了部分模塊的內(nèi)部設(shè)計思路。

圖2到圖8為模塊一中的七個典型實例的演示圖。

4模塊裝配

模塊化過程包括分解復(fù)雜系統(tǒng)為各個模塊和將各個模塊裝配成為原來復(fù)雜系統(tǒng)兩個過程。首先考慮模塊的裝配方法，上面提到，模塊一是整個課程的基礎(chǔ)和核心，其余所有模塊的內(nèi)容都是在模塊一中的7個實例的基礎(chǔ)上延伸，其他模塊中的實例可在這7個實例基礎(chǔ)上加工、衍變、豐富而成。其他模塊與模塊一中7實例的關(guān)系如圖9所示。再考慮模塊的裝配順序，這時要考慮該模塊使用時的環(huán)境和條件(程序設(shè)計中模塊的第三個屬性)。使用C語言進行程序設(shè)計時，程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般為：輸入和表示數(shù)據(jù)、處理、輸出結(jié)果。按照這個結(jié)構(gòu)，學(xué)生在程序設(shè)計時，需要“簡單地輸入和表示數(shù)據(jù)”，則裝配模塊二；需要進行“處理”，則裝配模塊三、模塊四、模塊五；需要“復(fù)雜數(shù)據(jù)表示和處理”，則裝配模塊六；需要“復(fù)雜輸入和輸出結(jié)果”時，裝配模塊七。

按照這個思路，所有模塊以7實例為裝配線，按模塊二到模塊七的順序組裝成為一個完整的課程系統(tǒng)。

圖9 各模塊與7個實例之間的關(guān)系

5總結(jié)

利用模塊化思想設(shè)計組織C程序設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容，將復(fù)雜、難學(xué)的內(nèi)容分解為七個內(nèi)容單一的模塊，所有模塊既功能相對獨立，又都圍繞同一核心主線(7實例)延展內(nèi)容、衍生實例；再根據(jù)程序的結(jié)構(gòu)和設(shè)計流程，按需裝配各模塊，從而為學(xué)生構(gòu)造整個知識體系，有效降低了學(xué)生學(xué)習(xí)難度，加強了學(xué)習(xí)內(nèi)容的邏輯性和銜接性，對提高課程教學(xué)質(zhì)量有實質(zhì)性幫助。

參考文獻：

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