基于信息化技術(shù)的算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)研究

王偉霞

摘 要 針對(duì)傳統(tǒng)算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)偏重語(yǔ)言講解，忽略實(shí)際設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的不足，以信息化技術(shù)為手段，克服算法教學(xué)中存在的瓶頸問(wèn)題，提出以培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)拓創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，以實(shí)際需求為基礎(chǔ)，加深學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)理解的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞 信息化技術(shù)；算法與程序設(shè)計(jì)；教學(xué)模型

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）10-0141-03

Research on Algorithm and Program Design based on Information

Technology//WANG Weixia

Abstract Aimed at emphasizing the programming language， neglecting

design capabilities in traditional algorithm and programming， this paper conquers bottlenecks in algorithm teaching， and presents the teaching method based on information technology， which can deepen student understanding of programming design.

Key words information technology； algorithm and program design； teaching model

1 前言

人類總結(jié)改造自然過(guò)程的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)形成了知識(shí)，通過(guò)消化吸收這些認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為我所用，形成了技能[1]。教學(xué)的過(guò)程是傳授知識(shí)的過(guò)程，而知識(shí)與技能不等同，教學(xué)的目的是讓學(xué)生掌握具有立足現(xiàn)實(shí)的技能，形成對(duì)自然過(guò)程的正確認(rèn)識(shí)，不斷去實(shí)踐這種認(rèn)識(shí)，并轉(zhuǎn)化為技能。因此，教學(xué)過(guò)程的完成并不一定達(dá)到教學(xué)的目的，只有在教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐、分析、判斷、推理、靈活運(yùn)用，形成自己的技能，才能立足于現(xiàn)實(shí)，達(dá)到教學(xué)的目的。

新課標(biāo)指明學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計(jì)模塊的目的是使學(xué)生體驗(yàn)算法思想，了解計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的基本過(guò)程，理解算法和程序設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的作用，明確算法和程序設(shè)計(jì)學(xué)科在實(shí)際應(yīng)用中所處的地位[2]；通過(guò)學(xué)習(xí)讓學(xué)生能從簡(jiǎn)單問(wèn)題入手，設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，同時(shí)使用合適的編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)，解決現(xiàn)實(shí)中存在的問(wèn)題。其教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生理解計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題所應(yīng)用的思想方法及對(duì)工程思想的挖掘。在算法與程序設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中，本文不再將抽象的算法和枯燥無(wú)味的程序代碼作為講解重點(diǎn)，取而代之的是問(wèn)題求解思路，從問(wèn)題出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性思維，算法只作為一種工具或手段，在解決問(wèn)題的過(guò)程中體驗(yàn)算法思維訓(xùn)練，在程序框架設(shè)計(jì)的過(guò)程中鍛煉邏輯能力。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中理解計(jì)算機(jī)的約束和實(shí)現(xiàn)機(jī)制的同時(shí)提高創(chuàng)新、開(kāi)發(fā)及解決問(wèn)題的能力。

算法與程序設(shè)計(jì)現(xiàn)行教學(xué)中主要存在三個(gè)問(wèn)題[3-4]。

1）教師往往把基本語(yǔ)法、變量定義、程序的控制、函數(shù)應(yīng)用作為講解重點(diǎn)，課堂的大部分時(shí)間主要用來(lái)強(qiáng)調(diào)這些細(xì)節(jié)的應(yīng)用，然而這些內(nèi)容比較抽象，難以通過(guò)通俗的手法或例子讓學(xué)生真正去理解與吸收，在枯燥的講解中沒(méi)能達(dá)到教學(xué)目的，更是讓學(xué)生對(duì)課程失去興趣，難以讓學(xué)生從系統(tǒng)的思想貫通算法的思維，理解程序設(shè)計(jì)的真正用途。

2）過(guò)多的課時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)理論知識(shí)講解，基礎(chǔ)理論的講解與上機(jī)操作分開(kāi)進(jìn)行，在強(qiáng)硬灌輸?shù)恼n堂上，學(xué)生學(xué)得似懂非懂，云里霧里，當(dāng)再去上機(jī)操作的時(shí)候也不知道基礎(chǔ)理論講解的是什么或上機(jī)操作有什么作用，只是跟隨教師的指令去點(diǎn)擊鼠標(biāo)或敲擊鍵盤。

3）評(píng)價(jià)手段單一。算法與程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)價(jià)只是在學(xué)時(shí)結(jié)束時(shí)，教師針對(duì)課堂講授知識(shí)點(diǎn)，按照考綱考點(diǎn)編制試卷進(jìn)行筆試，或者在計(jì)算機(jī)上形成題庫(kù)讓學(xué)生上機(jī)作答，最終以學(xué)生所答試題的得分為考評(píng)依據(jù)。這種考核方法很難對(duì)學(xué)生的系統(tǒng)性思維做出評(píng)價(jià)，并與課標(biāo)的設(shè)計(jì)目的脫軌。

2 基于信息技術(shù)教學(xué)模型的設(shè)計(jì)

教學(xué)模型 信息化技術(shù)的發(fā)展為課堂提供了多種高效的教學(xué)手段[5-7]。筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)教學(xué)算法與程序設(shè)計(jì)課程提高學(xué)生系統(tǒng)性思維，培養(yǎng)以計(jì)算機(jī)及編程手段解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提出一種基于信息技術(shù)的算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)模型，如圖1所示。

多種信息化技術(shù)提升學(xué)習(xí)興趣 興趣是最好的老師，學(xué)好一門課程的首要條件是對(duì)其感興趣[8]。就像Visual Basic程序設(shè)計(jì)課程里用“hello world”例子將學(xué)生引入程序設(shè)計(jì)，而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平的提高，學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中隨處可接觸到計(jì)算機(jī)及移動(dòng)終端，像智能手機(jī)、iPad上各式各樣游戲軟件、應(yīng)用軟件五花八門，“hello world”這樣的例子對(duì)他們已經(jīng)產(chǎn)生不了吸引力。為結(jié)合課程的講解，本文教學(xué)模式將以現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件編程技術(shù)及多媒體技術(shù)給學(xué)生展現(xiàn)一個(gè)程序設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，提高課堂的趣味性。

課程開(kāi)始前，給每個(gè)學(xué)生發(fā)一張和姓名唯一匹配的身份標(biāo)識(shí)卡，當(dāng)學(xué)生帶著這張卡進(jìn)入教室時(shí)，RFID讀卡終端將該學(xué)生信息讀入計(jì)算機(jī)，將學(xué)生信息及進(jìn)入教室的時(shí)間顯示在電腦屏幕上，并通過(guò)多媒體系統(tǒng)顯示在大屏幕上。當(dāng)上課時(shí)間到了，大屏幕上會(huì)顯示課堂應(yīng)到人數(shù)、實(shí)到人數(shù)。

提出及分析問(wèn)題 問(wèn)題的提出緊跟剛上課時(shí)場(chǎng)景，針對(duì)這套系統(tǒng)讓學(xué)生提出自己的疑問(wèn)，通過(guò)記錄總結(jié)問(wèn)題主要集中在以下幾點(diǎn)：標(biāo)識(shí)卡是怎么與學(xué)生姓名唯一關(guān)聯(lián)的？當(dāng)人經(jīng)過(guò)教室門口時(shí)并沒(méi)有與任何東西接觸，計(jì)算機(jī)為何能知道？計(jì)算機(jī)是怎么知道人進(jìn)入教室的具體時(shí)間的？在上課時(shí)間到了后，計(jì)算機(jī)是如何知道缺課人數(shù)的？

帶著這樣的疑問(wèn)，開(kāi)始問(wèn)題的分析與基礎(chǔ)知識(shí)的講解：當(dāng)學(xué)生帶著標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入教室后，標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入終端的識(shí)別范圍，通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)[9-10]，終端讀取了具有唯一ID號(hào)的標(biāo)識(shí)卡；在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中把標(biāo)識(shí)卡的ID號(hào)與學(xué)生姓名進(jìn)行關(guān)聯(lián)，當(dāng)學(xué)生持卡進(jìn)入教室后，計(jì)算機(jī)讀取系統(tǒng)時(shí)間，并進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)，在上課時(shí)間將最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果與缺課人數(shù)顯示在屏幕上。整個(gè)教學(xué)案例框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。endprint

算法設(shè)計(jì)與程序編寫 根據(jù)問(wèn)題分析及系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，將整個(gè)系統(tǒng)分成三部分：以計(jì)算機(jī)為中心，RFID和計(jì)算機(jī)連接部分、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和計(jì)算機(jī)連接部分、投影儀和計(jì)算機(jī)連接部分。按照框架硬件的三部分，將全班學(xué)生分成三組，分別完成計(jì)算機(jī)對(duì)RFID終端程序的調(diào)用、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立、計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的顯示，在各組完成自己的內(nèi)容后，兩組交換內(nèi)容，直到三個(gè)組完成全部程序的編寫。RFID程序的編寫還具有一定的難度，不作為本課堂的教學(xué)內(nèi)容。該部分內(nèi)容設(shè)計(jì)為對(duì)已有RFID程序的調(diào)用，有興趣的學(xué)生可以嘗試自己編寫這部分內(nèi)容。

各組任務(wù)明確之后，針對(duì)所需內(nèi)容講解基本知識(shí)，包括變量的定義、函數(shù)的編寫、數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)、課程安排上不占用過(guò)多課時(shí)，盡量多地讓學(xué)生知道在程序編寫的過(guò)程中用到什么、查什么、學(xué)什么，有目的地去學(xué)知識(shí)點(diǎn)。這樣將往常課堂上“要我學(xué)”的模式變成“我要學(xué)”的模式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力、會(huì)學(xué)習(xí)的能力，而不是單純教授學(xué)生某個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

程序的檢驗(yàn)與課堂展現(xiàn) 所有組別的學(xué)生完成三大部分的編程后，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)程序編譯不通過(guò)時(shí)，要針對(duì)編譯出錯(cuò)的地方進(jìn)行分析。如是架構(gòu)問(wèn)題，如模型圖反過(guò)來(lái)理清問(wèn)題，清楚計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的功能，進(jìn)行架構(gòu)調(diào)整；如是算法與語(yǔ)句問(wèn)題，利用程序平臺(tái)有效的糾錯(cuò)手段進(jìn)行程序糾錯(cuò)。此模塊可提高學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)框架體系的把握，從全局著手分析編程問(wèn)題，在修正過(guò)程中熟悉編譯環(huán)境，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

編譯通過(guò)后，對(duì)程序進(jìn)行封裝，并完成程序的安裝。分組完成課堂展現(xiàn)，將所有硬件設(shè)備連接完成，讓各組別的學(xué)生拿著自己的標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入RFID終端識(shí)別范圍，看看自己所設(shè)計(jì)程序的最終效果，體驗(yàn)自己的勞動(dòng)成果，進(jìn)一步提高對(duì)算法與程序設(shè)計(jì)課程的興趣。

課程的綜合考評(píng) 該模型中從算法的有效性、程序的可讀性、學(xué)生思維的擴(kuò)展等多個(gè)方面對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)簡(jiǎn)潔高效的算法設(shè)計(jì)要多加分，對(duì)可讀性強(qiáng)的程序要多加分。另外，對(duì)在課堂設(shè)計(jì)內(nèi)容要求之外，自己豐富程序功能的學(xué)生要多加分。比如在該案例系統(tǒng)中，學(xué)生信息有的只是以文字內(nèi)容來(lái)顯示，有的學(xué)生加入了學(xué)生照片的顯示，豐富了程序的內(nèi)容，增強(qiáng)了教學(xué)案例的趣味性。

3結(jié)論

基于信息化技術(shù)的算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)模型，以當(dāng)前流行的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、多媒體技術(shù)等行之有效的信息化技術(shù)為手段，摒棄了傳統(tǒng)教學(xué)模式單調(diào)、評(píng)價(jià)模式單一的弊端，豐富了教學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)容，更加有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果做出綜合客觀的評(píng)價(jià)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力及學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性思想，收到良好的教學(xué)效果。

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