C++程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教材的創(chuàng)新與實(shí)踐

朱 紅

摘要:提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識(shí)水平和實(shí)踐動(dòng)手能力,是計(jì)算機(jī)教學(xué)的根本任務(wù)。本文提出了一種上機(jī)實(shí)踐教材的新思路,遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律,從閱讀程序模仿程序入手,由淺入深,最后達(dá)到拓展思維、提高編程能力的目的。

關(guān)鍵詞:上機(jī)實(shí)踐;實(shí)踐教材;教學(xué)改革;創(chuàng)新;探索

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1引言

在計(jì)算機(jī)教學(xué)活動(dòng)中,計(jì)算機(jī)語言程序設(shè)計(jì)方面的教學(xué)是比較困難的,因?yàn)橛?jì)算機(jī)語言和我們自身使用的語言在邏輯上有很大的區(qū)別,具有較為嚴(yán)格的語法格式和獨(dú)特的算法邏輯。在教學(xué)中,語法和算法都可以通過研讀程序進(jìn)行講解,但是,如何使學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠獨(dú)立編寫程序一直是我們教學(xué)中的難點(diǎn)。由于計(jì)算機(jī)的算法與數(shù)學(xué)上算法有很大的區(qū)別,而經(jīng)過十幾年的學(xué)習(xí),大部分學(xué)生利用數(shù)學(xué)中的算法解決問題已成了定式,例如求“1+2+3+……+100”這個(gè)計(jì)算機(jī)程序語言中經(jīng)典的問題,很多學(xué)生考慮的是簡便公式而不是直接循環(huán)求累加和,類似的問題不勝枚舉。如何使學(xué)生從多年養(yǎng)成的思維定式中解放出來,輕松編寫適應(yīng)計(jì)算機(jī)特點(diǎn)的優(yōu)秀程序,擴(kuò)展其思維能力、創(chuàng)新能力,是程序語言教學(xué)需要解決的首要問題。針對這一問題,除了需要在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教材上下功夫外,實(shí)踐教材的切入與引導(dǎo)也是不可缺少的必備環(huán)節(jié)。

2遵循學(xué)習(xí)規(guī)律,重視實(shí)踐環(huán)節(jié)

長期以來,大家對編寫計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的教材十分重視,但卻忽視了實(shí)踐上機(jī)教材的編寫,甚至于上機(jī)教材絕大部分內(nèi)容是程序設(shè)計(jì)語言教材的習(xí)題解答,有的老師甚至不希望學(xué)生購買上機(jī)教材,因?yàn)椴糠謱W(xué)生會(huì)直接抄書上的作業(yè)答案。但是,歷年來上機(jī)編程卻是學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的薄弱環(huán)節(jié),許多學(xué)生可以熟練地閱讀程序,但需要獨(dú)立編程時(shí)卻束手無策,不知從哪方面下手。而大部分的上機(jī)教材的上機(jī)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容都只是針對某一個(gè)知識(shí)點(diǎn),簡單地提出編程要求,達(dá)不到輔導(dǎo)學(xué)生自主編程的目的。

為了解決這一在教學(xué)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題,培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和編程能力,拓展學(xué)生思維,我們編寫了《C++程序設(shè)計(jì)上機(jī)實(shí)踐與學(xué)習(xí)輔導(dǎo)》教材,教材由四個(gè)部分組成,分別為上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題解答、綜合測試和書中出現(xiàn)的全部習(xí)題與測試題答案。

3針對上機(jī)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新與實(shí)踐

雖然第一部分的上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)只有16個(gè)單元,但卻不同于一般的實(shí)驗(yàn)教材,是遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律,從閱讀程序模仿程序入手,由淺入深,最后達(dá)到拓展思維、提高編程能力的目的。具體來說,有以下四個(gè)步驟:

(1) 分析運(yùn)行樣例程序

閱讀分析程序是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的第一步。每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元的第一部分都是一個(gè)有一定深度和難度的典型范例程序,同時(shí)對該程序進(jìn)行編程分析,分析程序的算法和難點(diǎn),并且針對該程序提出問題,需要學(xué)生通過上機(jī)運(yùn)行分析程序予以解答,目的是使學(xué)生通過調(diào)試運(yùn)行樣例程序掌握算法的基本結(jié)構(gòu)與常用語法規(guī)則,并且學(xué)習(xí)規(guī)范化的編程方法。

(2) 完善程序

實(shí)驗(yàn)單元的第二部分是完善程序。給出一個(gè)與樣例程序類似的完整的程序架構(gòu),其中重點(diǎn)的算法或相關(guān)的語法部分由學(xué)生自己完善,完善后調(diào)試運(yùn)行,并且回答有關(guān)的問題。這樣通過練習(xí),逐步使學(xué)生適應(yīng)了程序的語法結(jié)構(gòu),同時(shí)因?yàn)樗惴ㄊ菍W(xué)生自己完善的,也解決了程序結(jié)構(gòu)與算法不能兼顧的問題,使得學(xué)生可以有針對性地解決重點(diǎn)問題。在這一部分中,如果碰到經(jīng)典的算法問題,比如弦截法求解方程、選擇法排序等,則會(huì)給出詳細(xì)的解釋,以幫助學(xué)生深入掌握。通過這一部分的練習(xí),學(xué)生對程序的結(jié)構(gòu)和算法語言的特點(diǎn)有了一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí),也有了一定的獨(dú)立編程的能力。

(3) 模仿樣例程序編程

實(shí)驗(yàn)單元的第三部分是要求學(xué)生獨(dú)立編寫與樣例程序類似的程序,主要是使學(xué)生通過模仿練習(xí)獨(dú)立編程。模仿是獨(dú)立編寫程序的必要步驟,通過模仿,可以了解規(guī)范的程序結(jié)構(gòu),思維方式,編程方法,程序設(shè)計(jì)技巧,同樣,對編程過程中涉及到的常用算法及編程難點(diǎn)都有詳細(xì)的提示及指導(dǎo)。

(4) 進(jìn)階提高編程

實(shí)驗(yàn)單元的第四部分是進(jìn)階編程練習(xí),編寫與上述三部分內(nèi)容與語法有一定的關(guān)聯(lián)度但又具有一定難度的程序。這一部分要求學(xué)生比較好地掌握前面三部分的內(nèi)容,目的在于加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)、技能的靈活運(yùn)用。在這一過程中,學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力得到提高,并且可以嘗試不同的解決問題的方法,引導(dǎo)學(xué)生用多種思維方式去解決問題,拓展思維能力,增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元都是由上述四個(gè)部分組成的,從學(xué)生實(shí)踐的角度而言,由淺入深,構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體,使不同程度的學(xué)生都能找到適合自己實(shí)際情況的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,達(dá)到提高學(xué)生的知識(shí)水平和實(shí)踐動(dòng)手能力的目的。

例如實(shí)驗(yàn)書中的函數(shù)單元,其中樣例程序是根據(jù)變量求解函數(shù)值,通過這個(gè)樣例程序使學(xué)生掌握了調(diào)用函數(shù)的格式,實(shí)參、形參的定義、引用,函數(shù)返回值的使用等函數(shù)調(diào)用的基本知識(shí)。而完善程序部分有兩個(gè)程序,一是用牛頓切線法求解方程的實(shí)根,另一個(gè)是利用二分法求解方程的根,兩種算法都給出了詳細(xì)的圖示說明,要求學(xué)生完善的部分則是實(shí)參、形參調(diào)用的語法格式和關(guān)鍵的算法語句。學(xué)生在完成該部分內(nèi)容的時(shí)候,不用去考慮具體的程序結(jié)構(gòu),而將重點(diǎn)關(guān)注在函數(shù)部分最易出錯(cuò)的地方上——參數(shù)的調(diào)用格式和函數(shù)返回值的應(yīng)用。模仿編程的部分是編寫弦截法求解方程的程序,同樣在書中給出了弦截法求解方程的詳細(xì)的圖示說明,而弦截法解方程的程序結(jié)構(gòu)與二分法極其類似,所以對學(xué)生而言,只要掌握了函數(shù)調(diào)用的概念,通過閱讀程序說明就可以輕松地完成這一項(xiàng)目。進(jìn)階提高是用遞歸調(diào)用的方法編寫牛頓切線法求解方程的程序,這個(gè)題目有一定的難度,因?yàn)檫f歸調(diào)用本身就是程序語言學(xué)習(xí)的難點(diǎn),但是,從另一個(gè)角度來看,掌握了遞歸調(diào)用,則對函數(shù)調(diào)用參數(shù)的傳遞、函數(shù)值的應(yīng)用等函數(shù)調(diào)用的概念也有了一個(gè)深層次的理解,同時(shí)編程能力也有了進(jìn)一步的提高。

由此可見,通過這四部分的練習(xí),不同程度的學(xué)生都可以找到適合自己水平的切入點(diǎn),進(jìn)而深入下去,由淺入深,掌握每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元的內(nèi)容,編程能力和思維能力都得到了切實(shí)有效的提高。

以上是實(shí)踐教材的第一部分即上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)部分的內(nèi)容及特色,也是我們編寫實(shí)踐教材的初衷。

4用多樣化練習(xí)鞏固所學(xué)內(nèi)容

眾所周知,C++語言由于概念復(fù)雜、規(guī)則繁多、使用靈活,是較難掌握的一門算法語言。這就需要學(xué)生在了解概念、語法、算法的基礎(chǔ)上,有針對性地大量練習(xí),在練習(xí)中加深理解,發(fā)現(xiàn)問題,鞏固所學(xué)的內(nèi)容。而現(xiàn)有的教材由于篇幅所限,無法涵蓋大量的例題及習(xí)題,因此,在實(shí)踐教材的后邊部分,我們收錄了大量的習(xí)題,用以補(bǔ)充這部分的內(nèi)容。

實(shí)踐教材的第二部分是學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題解答,其中章節(jié)的設(shè)置與《C++程序設(shè)計(jì)教程》一書相同,針對初學(xué)者在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難和容易出現(xiàn)的問題,結(jié)合大量的例題進(jìn)行了詳細(xì)論述,內(nèi)容全面,例題豐富,針對性強(qiáng),同時(shí)給出了大量習(xí)題,幫助學(xué)生鞏固復(fù)習(xí)所學(xué)的內(nèi)容,使學(xué)生在學(xué)習(xí)完每一章后,都可以通過相應(yīng)的習(xí)題和例題鞏固所學(xué)到的理論知識(shí)。例如,在數(shù)組這一章,由于課時(shí)的限制,一般的教科書只給出簡單的例題幫助學(xué)生理解概念和算法,比如冒泡法排序,數(shù)組中尋找最大值,簡單的字符串處理函數(shù)的應(yīng)用等,如果要深入靈活掌握數(shù)組的內(nèi)容,這些例題無論是深度和廣度,都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此,在實(shí)踐教材的第二部分,對應(yīng)數(shù)組這一章,我們詳細(xì)講解了13個(gè)例題,包括求解fibonacci數(shù)列,二維字符數(shù)組的輸入輸出,進(jìn)制的轉(zhuǎn)換等經(jīng)典例題,同時(shí)給出了32道練習(xí)題,涉及利用遞歸算法排序,從字符母串中查找子串等常用算法,再加上上機(jī)部分的鞍點(diǎn)查找,實(shí)時(shí)插入排序等算法,這些內(nèi)容相輔相成,構(gòu)成了一個(gè)立體的、全方位的練習(xí)體系,有助于學(xué)生靈活、深入地掌握所學(xué)內(nèi)容,達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

第三部分是綜合測試,給出七套模擬試卷,與第二部分學(xué)習(xí)輔導(dǎo)中對知識(shí)點(diǎn)分門別類的練習(xí)不同,在這部分中,將C++程序設(shè)計(jì)語言的全部內(nèi)容綜合考慮,融合各個(gè)知識(shí)點(diǎn)從而使學(xué)生能夠全面、深入地掌握C++語言;第四部分是全部習(xí)題及模擬試卷的答案。

5加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵

《C++程序設(shè)計(jì)上機(jī)實(shí)踐與學(xué)習(xí)輔導(dǎo)》教材經(jīng)過一年的使用,效果十分明顯,大大增加了學(xué)生上機(jī)練習(xí)的積極性,通過網(wǎng)絡(luò)提交上機(jī)作業(yè)的人數(shù)與往年相比,有了大幅度地提高,不少學(xué)生還主動(dòng)提出新的思路、新的方法與老師交流。由此可見,在實(shí)踐教學(xué)中倡導(dǎo)新的思路、新的方法,對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,發(fā)展學(xué)生個(gè)性,拓展學(xué)生思維,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。為此,計(jì)算機(jī)教學(xué)需要不斷地研究創(chuàng)新,探索有效的教學(xué)方法,有的放矢,有效地培養(yǎng)全面發(fā)展的人才。

實(shí)踐教學(xué)是高等教育中的重要組成部分,實(shí)踐教學(xué)應(yīng)努力貫徹以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),堅(jiān)持知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念,培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力的高級(jí)人才。

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Developing Teaching and Learning Innovations in C + + Programming and Practice Book

ZHU Hong

(College of Electronics and Optics, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

Abstract: Improving student computer knowledge and practical ability is the fundamental task of computer teaching. This paper presents a new idea of C++ programming and practice book. Students can learn to follow rules of learning procedure, first study good C++ programming code from easy to digest, and finally achieve the expansion of thinking, and improve the programming and practical ability.

Key Words: exercise on computer, practice book, teaching reform, teaching innovation, teaching exploration