大學(xué)編程語(yǔ)言課實(shí)例教學(xué)探討

張靜華

文章編號(hào)：1672-5913(2009)08-0072-03

摘要：本文以“C++程序設(shè)計(jì)”課程為對(duì)象，探討了大學(xué)編程語(yǔ)言課的實(shí)例教學(xué)方法，進(jìn)行了C++程序?qū)嵗O(shè)計(jì)，并提出構(gòu)建一個(gè)基于Web的程序?qū)嵗詫W(xué)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了課堂教學(xué)實(shí)例數(shù)量不足的問(wèn)題，同時(shí)在系統(tǒng)中提供了自適應(yīng)實(shí)例學(xué)習(xí)控制策略作為學(xué)生實(shí)例學(xué)習(xí)的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：實(shí)例教學(xué)；實(shí)例設(shè)計(jì)；自適應(yīng)；實(shí)例學(xué)習(xí)策略

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

在編程語(yǔ)言課的教學(xué)中，程序?qū)嵗哂蟹浅Ｖ匾囊饬x。好的實(shí)例設(shè)計(jì)有助于學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解；大量實(shí)例的累積可以達(dá)到量變到質(zhì)變的作用，使學(xué)生從看懂到領(lǐng)悟。在教學(xué)過(guò)程中，實(shí)例的選擇和對(duì)學(xué)生實(shí)例學(xué)習(xí)的指導(dǎo)都將對(duì)編程語(yǔ)言課的學(xué)習(xí)有很大幫助。本文以“C++程序設(shè)計(jì)”課程為例探討了實(shí)例教學(xué)方法。首先確定基于實(shí)例教學(xué)的總的思想和方法，然后重點(diǎn)探討實(shí)例的設(shè)計(jì)和一個(gè)基于Web的自適應(yīng)實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)。

2基于實(shí)例的教學(xué)

C++課程基于實(shí)例的教學(xué)從兩方面入手。其一為教學(xué)中恰當(dāng)?shù)膶?shí)例選擇運(yùn)用；其二為課余時(shí)大量的實(shí)例提供與自學(xué)指導(dǎo)。具體包括：

(1) 實(shí)例運(yùn)用上注意實(shí)例的連貫性，若知識(shí)點(diǎn)相關(guān)，則采用同一系列實(shí)例進(jìn)行擴(kuò)展，即題目?jī)?nèi)容相近，但針對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)做局部改變擴(kuò)展，使能快速理解實(shí)例，并專注于教學(xué)點(diǎn)。

(2) 適當(dāng)采用實(shí)例的歸納、對(duì)比、類比等方法。如窮舉法，通過(guò)多種實(shí)例類比，說(shuō)明什么問(wèn)題可以用窮舉法解決；又如面向?qū)ο蟪绦蚣軜?gòu)與程序設(shè)計(jì)思想，通過(guò)對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的對(duì)比。

(3) 伴隨教學(xué)進(jìn)度分解一個(gè)復(fù)雜的綜合實(shí)例，逐步講解程序設(shè)計(jì)方法思想。采用問(wèn)題引導(dǎo)的方法，由綜合實(shí)例的某個(gè)步驟提出問(wèn)題，引出新知識(shí)點(diǎn)，改進(jìn)程序，層次推進(jìn)至最終完成問(wèn)題。

(4) 每講完一次課程后，為學(xué)生總結(jié)本次課程的語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)和程序設(shè)計(jì)思想。提示下堂課將會(huì)涉及的前序知識(shí)點(diǎn)，以及與下堂課有直接關(guān)系的前序?qū)嵗⑻岢鲱A(yù)備問(wèn)題。布置與課堂實(shí)例的算法相似的程序作業(yè)，學(xué)生能通過(guò)知識(shí)的直接遷移來(lái)完成作業(yè)。

(5) 要求學(xué)生在課余根據(jù)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)通過(guò)實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)學(xué)習(xí)并練習(xí)相應(yīng)實(shí)例來(lái)達(dá)到進(jìn)一步的練習(xí)和提高，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生在實(shí)例庫(kù)中的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行相應(yīng)的控制指導(dǎo)。

3C++程序?qū)嵗O(shè)計(jì)

程序?qū)嵗脑O(shè)計(jì)是實(shí)例教學(xué)的重點(diǎn)，通過(guò)對(duì)領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)的分析總結(jié)，有針對(duì)性的進(jìn)行實(shí)例設(shè)計(jì)。同時(shí)實(shí)例之間并不是孤立的，有意識(shí)的設(shè)計(jì)了有聯(lián)系的各種實(shí)例組，形成系統(tǒng)的全面的實(shí)例庫(kù)。

3.1領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

對(duì)于“C++程序設(shè)計(jì)”課程，領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)涉及兩個(gè)方面，其一為C++語(yǔ)法理解與應(yīng)用，其二為如何應(yīng)用程序設(shè)計(jì)思想解決實(shí)際問(wèn)題。

首先從語(yǔ)法角度開(kāi)始，每個(gè)語(yǔ)法考察點(diǎn)都是一個(gè)領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)。如：各種基本數(shù)據(jù)類型的長(zhǎng)度、文字常量表示、符號(hào)常量表示、變量定義和類型轉(zhuǎn)換等。

從程序設(shè)計(jì)角度講，程序設(shè)計(jì)相關(guān)理論方法技巧都是一個(gè)領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)。程序設(shè)計(jì)思想涉及遞歸、迭代、窮舉和分治等。程序設(shè)計(jì)方法與技巧包括數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)和程序架構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)包括簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用和結(jié)構(gòu)體應(yīng)用等；算法設(shè)計(jì)包括分支算法、循環(huán)算法、循環(huán)嵌套和循環(huán)與條件語(yǔ)句的嵌套等多種程序設(shè)計(jì)技巧；程序架構(gòu)設(shè)計(jì)包括函數(shù)設(shè)計(jì)和程序架構(gòu)組織。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想包括類的抽取與設(shè)計(jì)(屬性設(shè)計(jì)、方法設(shè)計(jì)、構(gòu)造方法設(shè)計(jì)、訪問(wèn)控制設(shè)計(jì))、應(yīng)用類屬性與類方法解決問(wèn)題，應(yīng)用類的聚合解決相應(yīng)問(wèn)題和應(yīng)用類間的消息連接解決相應(yīng)問(wèn)題等。

3.2基于領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)的實(shí)例設(shè)計(jì)

將C++程序?qū)嵗譃槿齻€(gè)層次：

(1) 純語(yǔ)法實(shí)例：用于演示基本語(yǔ)法，可以沒(méi)有實(shí)際含義；

(2) 算法實(shí)例：有一定實(shí)際意義的算法思想實(shí)例，用于演示程序設(shè)計(jì)思想和方法技巧；

(3) 綜合實(shí)例：需要多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)例，重點(diǎn)演示解決問(wèn)題的思維方式和程序架構(gòu)。

純語(yǔ)法實(shí)例設(shè)計(jì)中，為每個(gè)語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)都設(shè)計(jì)若干相應(yīng)的語(yǔ)法實(shí)例程序，一個(gè)實(shí)例會(huì)涉及多個(gè)語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)，但會(huì)有重點(diǎn)演示的語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)。將設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行題目設(shè)計(jì)，通過(guò)總結(jié)學(xué)生作業(yè)、考試中的問(wèn)題，找出相應(yīng)語(yǔ)法容易出錯(cuò)的形式，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的問(wèn)題形式，如讀程序?qū)懡Y(jié)果，程序填空，錯(cuò)誤辨析等。

算法實(shí)例一般都是解決實(shí)際問(wèn)題的題目，針對(duì)每個(gè)程序設(shè)計(jì)方法知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)算法實(shí)例。每個(gè)實(shí)例涉及一個(gè)或多個(gè)重點(diǎn)演示的設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)。如雞兔同籠問(wèn)題，水仙花數(shù)問(wèn)題應(yīng)用的是雙重循環(huán)技巧，也是窮舉設(shè)計(jì)思想。

綜合實(shí)例都是有一定意義的較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，如我們?cè)O(shè)計(jì)的學(xué)生成績(jī)分析系統(tǒng)，模擬停車場(chǎng)輔助系統(tǒng)，模擬選課系統(tǒng)等。綜合實(shí)例只給出問(wèn)題描述，而不是具體要求設(shè)計(jì)哪些類，哪些函數(shù)，鍛煉學(xué)生對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的整體分析設(shè)計(jì)能力。每個(gè)實(shí)例都盡量將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用進(jìn)來(lái)。如學(xué)生成績(jī)分析系統(tǒng)涉及類、對(duì)象、類的組合、模板、排序算法、文件操作和運(yùn)算符重載等。模擬停車場(chǎng)系統(tǒng)也涉及類對(duì)象、繼承、多態(tài)、類的組合、數(shù)組和搜索算法等。并且將每個(gè)綜合實(shí)例分解為若干階段，多個(gè)子問(wèn)題，隨著教學(xué)進(jìn)度不斷擴(kuò)展引入新問(wèn)題，通過(guò)不斷修改程序來(lái)解決新的問(wèn)題。

3.3實(shí)例的組織

在實(shí)例設(shè)計(jì)中，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都設(shè)計(jì)若干個(gè)實(shí)例。除了針對(duì)知識(shí)點(diǎn)外，還根據(jù)知識(shí)點(diǎn)之間的相關(guān)關(guān)系，遞進(jìn)關(guān)系，有意識(shí)的設(shè)計(jì)有各種聯(lián)系的實(shí)例，創(chuàng)建多種形式的實(shí)例組。如：類比實(shí)例組(題目不同，算法相同)；對(duì)比實(shí)例組(題目相同，算法不同)；擴(kuò)展實(shí)例組(基于知識(shí)點(diǎn)的遞進(jìn)關(guān)系，不斷擴(kuò)展的系列實(shí)例)等。

4基于Web的自適應(yīng)實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)

課余時(shí)大量的實(shí)例提供與自學(xué)指導(dǎo)是實(shí)例教學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。如何能達(dá)到這個(gè)目的，我們探討了一個(gè)基于Web的實(shí)例自學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)進(jìn)度，實(shí)例的難易程度，實(shí)例之間的關(guān)聯(lián)，以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況為學(xué)生選擇實(shí)例，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)例的學(xué)習(xí)。

實(shí)例學(xué)習(xí)的指導(dǎo)策略為：由語(yǔ)法到算法，由易到難；根據(jù)學(xué)習(xí)情況優(yōu)先選擇擴(kuò)展實(shí)例，若當(dāng)前實(shí)例不理解則選擇類比實(shí)例，若還不理解選擇前序知識(shí)點(diǎn)實(shí)例，若實(shí)例理解選擇知識(shí)點(diǎn)的其他實(shí)例，適當(dāng)選擇對(duì)比實(shí)例，達(dá)到一定程度增加難度；追蹤一個(gè)綜合實(shí)例。保證選擇的任何實(shí)例都不含未學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。

4.1創(chuàng)建程序?qū)嵗龓?kù)

實(shí)例庫(kù)不是實(shí)例的簡(jiǎn)單集合，為了與教學(xué)順序和教學(xué)目標(biāo)配合，并且在學(xué)生進(jìn)行實(shí)例學(xué)時(shí)時(shí)提供相應(yīng)的控制，需要設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù)的組織形式。

首先保存設(shè)計(jì)好的所有實(shí)例。三種程序?qū)嵗枰幚淼膬?nèi)容不同，故分別構(gòu)建語(yǔ)法實(shí)例表(實(shí)例編號(hào)，題目描述，題目?jī)?nèi)容，問(wèn)題講解，難度等級(jí))、算法實(shí)例表(實(shí)例編號(hào)，題目描述，分析，程序，講解，難度等級(jí))、綜合實(shí)例表(實(shí)例編號(hào)，題目描述，實(shí)例分解步驟)以及綜合實(shí)例步驟表(實(shí)例編號(hào)，步驟編號(hào)，問(wèn)題描述，程序，講解，難度等級(jí))。

保存總結(jié)出來(lái)的領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)。由語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)表(知識(shí)點(diǎn)編號(hào)，標(biāo)題，語(yǔ)法描述)和設(shè)計(jì)方法知識(shí)點(diǎn)表(知識(shí)點(diǎn)編號(hào)，標(biāo)題，算法思想描述)描述。

構(gòu)造實(shí)例與領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。每個(gè)實(shí)例都涉及一個(gè)或多個(gè)語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)，語(yǔ)法實(shí)例一般會(huì)有一個(gè)(或多個(gè))主語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)，算法實(shí)例與綜合實(shí)例的分步實(shí)例會(huì)有一個(gè)(或多個(gè))主設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)。建立實(shí)例與知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系表(實(shí)例類型，實(shí)例編號(hào)，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)編號(hào)，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)類型，是否主知識(shí)點(diǎn))，標(biāo)識(shí)出實(shí)例涉及的所有語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)，并標(biāo)出語(yǔ)法實(shí)例的主語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)，和其他實(shí)例的主設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)。表結(jié)構(gòu)為。

建立實(shí)例之間的關(guān)系。由實(shí)例關(guān)系表(關(guān)系類型，關(guān)系編號(hào)，實(shí)例編號(hào)，備注)構(gòu)建不同的實(shí)例組。

一般教學(xué)領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)間有固定的前序關(guān)系。但程序?qū)嵗g卻沒(méi)有先序關(guān)系，每個(gè)實(shí)例都是獨(dú)立的。但一個(gè)實(shí)例一般會(huì)涉及多個(gè)語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)，雖然許多語(yǔ)法之間是沒(méi)有先序關(guān)系的，但教學(xué)進(jìn)度卻使這些知識(shí)點(diǎn)有了先序關(guān)系。故實(shí)例使用的先后順序與教學(xué)順序有關(guān)。為了能正確的提供學(xué)生適宜的實(shí)例，除盡量提供一些僅涉及當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)的實(shí)例外，還要將每個(gè)實(shí)例涉及的知識(shí)點(diǎn)都詳細(xì)指出，同時(shí)構(gòu)建教學(xué)進(jìn)度表，在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中屏蔽沒(méi)學(xué)過(guò)內(nèi)容的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)進(jìn)度表將相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)表的知識(shí)點(diǎn)按教學(xué)進(jìn)度標(biāo)識(shí)出順序關(guān)系，可直接在教學(xué)目標(biāo)相關(guān)的兩個(gè)表中增加一個(gè)字段標(biāo)識(shí)順序號(hào)。

4.2學(xué)生信息庫(kù)

課程的每個(gè)學(xué)生都是系統(tǒng)允許的用戶，為每個(gè)學(xué)生提供學(xué)習(xí)狀況記錄，這里稱為學(xué)生模型。學(xué)生模型由三個(gè)表組成，分別記錄學(xué)生的能力程度、學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)生當(dāng)前追蹤的綜合實(shí)例及當(dāng)前步驟。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程情況浮動(dòng)學(xué)生的能力值。學(xué)習(xí)過(guò)程記錄所學(xué)的實(shí)例編號(hào)，實(shí)例類型，實(shí)例難度等級(jí)，實(shí)例關(guān)系編號(hào)，學(xué)習(xí)狀況。學(xué)習(xí)能力程度記錄當(dāng)前的能力，用一個(gè)0～100之間的數(shù)表示。

4.3自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制策略

學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，若讓學(xué)生隨意選擇實(shí)例學(xué)習(xí)，那么眾多的實(shí)例會(huì)使學(xué)生無(wú)所適從，故系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制策略，其結(jié)合教學(xué)順序，教學(xué)目標(biāo)，實(shí)例難度，實(shí)例關(guān)系，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況提供適于學(xué)生的實(shí)例建議。其控制流程如圖1所示。根據(jù)學(xué)生模型選中恰當(dāng)實(shí)例，學(xué)生學(xué)習(xí)一個(gè)實(shí)例時(shí)，學(xué)習(xí)完后由學(xué)生選擇對(duì)實(shí)例的學(xué)習(xí)情況：不理解，理解，能編程。記錄學(xué)生模型，從新計(jì)算學(xué)生能力值，然后根據(jù)學(xué)生能力和學(xué)生在當(dāng)前實(shí)例的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)約定的策略推薦下個(gè)實(shí)例(屏蔽掉當(dāng)前不適于學(xué)習(xí)的實(shí)例)。

圖1 自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制流程

(1) 實(shí)例選擇策略。

將學(xué)生能力分為5個(gè)等級(jí)，分別為(bad，lower，low，middle，high)。若學(xué)生能力為lower則選擇語(yǔ)法實(shí)例，否則進(jìn)入算法實(shí)例與綜合實(shí)例；若學(xué)生能力為low，則選擇初級(jí)實(shí)例；若學(xué)生能力為middle，則選擇中級(jí)實(shí)例；若學(xué)生能力為hign，則選擇高級(jí)實(shí)例；若學(xué)生能力為bad，則回溯。回溯方法為查看當(dāng)前所有不理解的實(shí)例，根據(jù)實(shí)例包含的知識(shí)點(diǎn)，找出使用最多的知識(shí)點(diǎn)，選擇其教學(xué)實(shí)例，若有與本實(shí)例呈系列的實(shí)例優(yōu)先選擇。

若學(xué)生當(dāng)前實(shí)例學(xué)習(xí)狀況為不理解，且能力沒(méi)降級(jí)，則選擇類比實(shí)例，若能力降級(jí)則選擇低一級(jí)難度實(shí)例。若當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)為理解，則選擇類比實(shí)例(并專注設(shè)計(jì)程序)，若能力升級(jí)也可選擇高一級(jí)實(shí)例。若學(xué)習(xí)狀態(tài)為會(huì)編程，且能力沒(méi)升級(jí)，則進(jìn)入其他實(shí)例，否則提供更高一級(jí)實(shí)例。

(2) 學(xué)生能力計(jì)算。

學(xué)習(xí)過(guò)程中，初次進(jìn)入系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力程度設(shè)為50，每學(xué)習(xí)一個(gè)實(shí)例，若狀況為不理解則能力程度降低，若為理解則能程度上升，若為可編程則上升幅度更大，能力程度升降分值具體如表1所示。依據(jù)量變到質(zhì)變的原理，能力值累積到一定程度，在學(xué)生的能力進(jìn)入新的等級(jí)。學(xué)習(xí)能力值與能力等級(jí)的關(guān)系通過(guò)一個(gè)映射關(guān)系描述：<50，能力等級(jí)為bad，50~60之間lower，60~70直接low，70~90之間middle，90以上為high。

系統(tǒng)當(dāng)然也允許學(xué)生自主控制策略選擇。尤其在課程學(xué)完進(jìn)行總復(fù)習(xí)的時(shí)候。提供了多種查詢方式。如查詢包含某知識(shí)點(diǎn)的所有實(shí)例?？梢园床襟E查看綜合實(shí)例，按系列查看相關(guān)實(shí)例等。

5結(jié)束語(yǔ)

在編程語(yǔ)言課教學(xué)中很多學(xué)生反映，課堂上的有些例子來(lái)不及細(xì)想就過(guò)去了，有些內(nèi)容僅用了一個(gè)例子講解印象不夠深刻，多數(shù)學(xué)生表示希望多看一些實(shí)例，只是沒(méi)有來(lái)源，也有些學(xué)生看了很多參考書的實(shí)例，但反映還是不懂或不會(huì)編程序。程序?qū)嵗詫W(xué)系統(tǒng)的形式可以提供大量實(shí)例，并指導(dǎo)學(xué)生慢慢體會(huì)，逐步深入。在有限的學(xué)時(shí)下，課堂教學(xué)實(shí)例需要精心設(shè)計(jì)，同時(shí)要提供大量實(shí)例供學(xué)生課下自學(xué)，本文正是針對(duì)此問(wèn)題探討的解決方法。

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Discussion about Example Teaching for Programming Language Course

ZHANG Jing-hua

(School of Computer Science of Technology, North China Electric Power University, Baoding, 071003, China)

Abstract: This paper based on C++ Program design course, discussed the example teaching method for programming language course, gave the program example design method and designed a web based program example self-learning system, which remedied the shortage of example in classroom teaching, and instructed the students studying examples on the system by providing a adaptive learning control strategy.

Key words：example teaching; example design; adaptive; example learning strategy