基于Funcode平臺(tái)的軟件課程設(shè)計(jì)

汪紅兵 姚琳 張敏 武航星 李莉

摘要：軟件課程設(shè)計(jì)是大學(xué)生計(jì)算機(jī)實(shí)踐教育體系中的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)具有較高顯示度的作品激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生在做完課程實(shí)踐之后具有強(qiáng)烈的成就感，是做好軟件課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。作為基于游戲界面的C、C++和Java語(yǔ)言綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，F(xiàn)uncode完全滿足這些要求。本文在簡(jiǎn)要介紹我校計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)踐體系之后，對(duì)Funcode平臺(tái)的使用、教學(xué)案例設(shè)計(jì)、教學(xué)效果等進(jìn)行了詳細(xì)的解析。今后需要結(jié)合計(jì)算思維的培養(yǎng)要求，將抽象的計(jì)算思維轉(zhuǎn)化為直觀的游戲精靈，進(jìn)一步據(jù)此建立基于Funcode平臺(tái)的計(jì)算思維訓(xùn)練平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：Funcode；軟件課程設(shè)計(jì)；實(shí)踐教育體系；計(jì)算思維

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）31-0253-03

一、背景

當(dāng)前正處于知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，社會(huì)需要高校培養(yǎng)更多的理論和應(yīng)用兼?zhèn)涞膬?yōu)秀人才，要求學(xué)生具有較高的信息素養(yǎng)和信息處理能力。因此，社會(huì)和時(shí)代迫切需要提高程序設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)踐性課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，要求在人才培養(yǎng)模式上進(jìn)行相應(yīng)的改革和創(chuàng)新，促使課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等緊跟社會(huì)發(fā)展的步伐。但是，教學(xué)質(zhì)量的提高、教學(xué)效果的加強(qiáng)和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)不是只靠理論教學(xué)就可以達(dá)到的，同樣離不開(kāi)與理論教學(xué)同等重要的實(shí)踐教學(xué)。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)往往存在以下問(wèn)題：

1.實(shí)踐教學(xué)以驗(yàn)證為主，難以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。目前在程序設(shè)計(jì)課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，為了鞏固理論課堂所講解的語(yǔ)法規(guī)則和算法，采取驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)居多，學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟，即可得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)。這很容易導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的不足。

2.教學(xué)案例與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題結(jié)合不密切。理論教學(xué)過(guò)程中以經(jīng)典算法為基礎(chǔ)，對(duì)基本概念、語(yǔ)法和程序設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行講解，采用的大多是比較抽象的案例，與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題有一定差距。對(duì)于大學(xué)一年級(jí)學(xué)生，既枯燥又難以理解，常常感到課堂上聽(tīng)懂算法思想，當(dāng)自己編程解決問(wèn)題時(shí)，又覺(jué)得無(wú)從下手。

3.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容單一、枯燥，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。程序設(shè)計(jì)課程中，首先介紹數(shù)據(jù)類(lèi)型、語(yǔ)法規(guī)則、基本程序設(shè)計(jì)框架和函數(shù)定義等基礎(chǔ)知識(shí)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般與課程的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)一部分知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容比較單一、枯燥。綜合性的實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、學(xué)生理解等多種因素影響，練習(xí)相對(duì)比較少。而學(xué)生的自學(xué)能力與主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)不高，很多學(xué)生課外很少主動(dòng)做練習(xí)，欠賬后更缺乏學(xué)習(xí)興趣。如何激發(fā)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)課程的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、計(jì)算思維能力，是教學(xué)中亟待解決的一個(gè)難題。

“實(shí)踐是催生創(chuàng)新的動(dòng)力源泉”。近年來(lái)我校一直強(qiáng)化計(jì)算機(jī)類(lèi)課程的實(shí)踐教學(xué)，以增強(qiáng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用能力，順應(yīng)當(dāng)前信息社會(huì)發(fā)展和工程教育認(rèn)證的需要為目標(biāo)?；贔uncode平臺(tái)的軟件課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)體系改革中重要環(huán)節(jié)。

二、我校的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教育體系

需要說(shuō)明的是，這里的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教育體系指的是我校非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)相關(guān)課程第二個(gè)學(xué)習(xí)階段的實(shí)踐教育體系。第一個(gè)學(xué)習(xí)階段，非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生主要按照大專(zhuān)業(yè)分類(lèi)學(xué)習(xí)不同知識(shí)模塊組成的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；第二個(gè)學(xué)習(xí)階段，非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生按照理工和非理工類(lèi)進(jìn)行劃分，非理工類(lèi)學(xué)生學(xué)習(xí)多媒體相關(guān)課程并據(jù)此進(jìn)行有關(guān)實(shí)踐活動(dòng)，理工類(lèi)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程并據(jù)此進(jìn)行有關(guān)實(shí)踐活動(dòng)。

針對(duì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程，需要在課堂教學(xué)中設(shè)置單元實(shí)驗(yàn)來(lái)鞏固課堂教學(xué)所講授的知識(shí)點(diǎn)，也可以在教學(xué)后期由教師根據(jù)需要設(shè)置一些綜合實(shí)驗(yàn)來(lái)串聯(lián)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，例如可以設(shè)置一個(gè)排序?qū)嶒?yàn)，可以根據(jù)鍵盤(pán)輸入的選擇來(lái)完成對(duì)整數(shù)、字符、字符串和對(duì)象構(gòu)成的集合進(jìn)行排序。學(xué)生在完成課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后，在當(dāng)年的暑期即進(jìn)入軟件課程設(shè)計(jì)。由于VB語(yǔ)言教學(xué)中已經(jīng)具有窗口功能，VB的軟件課程設(shè)計(jì)一般沿用課堂教學(xué)需要延展的綜合性案例。C和C++語(yǔ)言在日常教學(xué)過(guò)程中沒(méi)有涉及到窗口設(shè)計(jì)，學(xué)生做的幾乎所有實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行結(jié)果都是命令行的顯示方式，迫切需要一種更能激發(fā)學(xué)生興趣且具有較高顯示度的方式來(lái)支持C和C++的軟件課程設(shè)計(jì)。Funcode平臺(tái)是一個(gè)很好的選擇。當(dāng)然，學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)之后，還可以參加相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)大賽和SRTP項(xiàng)目，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的實(shí)踐學(xué)習(xí)。

三、基于Funcode平臺(tái)的軟件課程設(shè)計(jì)

（一）Funcode平臺(tái)介紹

Funcode是一款全新的基于游戲和動(dòng)畫(huà)界面的C、C++和Java語(yǔ)言綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。基于Funcode平臺(tái)，學(xué)生用課堂里學(xué)到的程序設(shè)計(jì)知識(shí)，即能輕松開(kāi)發(fā)出一款互動(dòng)式游戲或應(yīng)用系統(tǒng)。Funcode旨在點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)激情，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新靈感，培養(yǎng)學(xué)生綜合編程能力，最大程度減輕教師的工作負(fù)擔(dān)。Funcode包含界面設(shè)計(jì)和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)兩大模塊。學(xué)生在編輯器中輕松設(shè)計(jì)游戲界面、特效、各種精靈（動(dòng)態(tài)精靈和靜態(tài)精靈），在VC++（或其他IDE）中編寫(xiě)代碼，完成各種定制功能。

Funcode平臺(tái)實(shí)際是一個(gè)小型游戲引擎，對(duì)涉及處理流程的細(xì)節(jié)進(jìn)行了封裝，將游戲運(yùn)行過(guò)程劃分為游戲初始化、游戲運(yùn)行和游戲結(jié)束三個(gè)函數(shù)。

以下代碼是關(guān)于CGameMain類(lèi)的成員函數(shù)GameMainLoop，該函數(shù)在main函數(shù)中被循環(huán)重復(fù)調(diào)用來(lái)運(yùn)行游戲。成員函數(shù)GameMainLoop內(nèi)部，涉及初始化游戲、游戲運(yùn)行和運(yùn)行結(jié)束三種狀態(tài)，分別使用GameInit函數(shù)完成游戲初始化功能、使用GameRun函數(shù)執(zhí)行游戲運(yùn)行功能，使用GameEnd函數(shù)執(zhí)行游戲結(jié)束功能，三種狀態(tài)按如下代碼進(jìn)行切換。

void CGameMain：：GameMainLoop（float fDeltaTime）

{

switch（ GetGameState（） ）

{

// 初始化游戲，清空上一局相關(guān)數(shù)據(jù)

case 1：

GameInit（）；

// 初始化之后，將游戲狀態(tài)設(shè)置為進(jìn)行中

SetGameState（2）；

break；

// 游戲進(jìn)行中，處理各種游戲邏輯

case 2：

GameRun（ fDeltaTime ）；

if（……） GameEnd（）；

break；

// 游戲結(jié)束/等待按空格鍵開(kāi)始

case 0：

// 通過(guò)設(shè)置游戲狀態(tài)可以讓游戲重新開(kāi)始

break；

}

}

此外，F(xiàn)uncode平臺(tái)將游戲中所涉及的各類(lèi)實(shí)體劃分為靜態(tài)精靈和動(dòng)態(tài)精靈，將精靈與精靈、精靈與邊界的交互抽象為回調(diào)函數(shù)，使得當(dāng)事件發(fā)生時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)用。如下函數(shù)：

void CGameMain：：OnSpriteColSprite（const char *szSrcName，const char *szTarName）；

在精靈和精靈發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)自動(dòng)被回調(diào)，其中szSrcName指針指向發(fā)起碰撞的精靈，而szTarName指針指向接受碰撞的精靈。如下函數(shù)：

void CGameMain：：OnSpriteColWorldLimit（const char *szName，const int iColSide）；

在精靈與邊界發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)自動(dòng)被回調(diào)，其中，szName指針指向發(fā)起碰撞的精靈，iColSide確定精靈與邊界碰撞的方向，其中值為0表示與左邊邊界碰撞，值為1表示與右邊邊界碰撞，值為2表示與上邊邊界碰撞，值為3表示與下邊邊界碰撞。

最后，F(xiàn)uncode將用戶(hù)與游戲的交互劃分為鍵盤(pán)和鼠標(biāo)兩類(lèi)，并提供相應(yīng)的函數(shù)自動(dòng)處理，如下所示：

void CGameMain：：OnKeyUp（const int iKey）；

void CGameMain：：OnKeyDown（const int iKey，const bool bAltPress，const bool bShiftPress，const bool bCtrlPress）；

void CGameMain：：OnMouseUp（const int iMouseType，const float fMouseX，const float fMouseY）；

void CGameMain：：OnMouseClick（const int iMouseType，const float fMouseX，const float fMouseY）；

void CGameMain：：OnMouseMove（const float fMouseX，const float fMouseY）；

所有這些為學(xué)生進(jìn)行代碼編寫(xiě)帶來(lái)了極大的方便，實(shí)際上學(xué)生只需要根據(jù)項(xiàng)目需要完成這些函數(shù)的實(shí)際功能即可。

（二）教學(xué)案例設(shè)計(jì)

Funcode平臺(tái)中提供了大量的教學(xué)案例，如海底世界、黃金礦工、拼圖游戲、桌球游戲、拍飛蟲(chóng)、打飛碟、太空戰(zhàn)機(jī)和坦克大戰(zhàn)等傳統(tǒng)小游戲。

學(xué)生根據(jù)需要，可以選擇Funcode中自帶的教學(xué)案例，教師需提供簡(jiǎn)單的功能說(shuō)明，鼓勵(lì)學(xué)生增加新的功能，如積分、排名和倒計(jì)時(shí)等。此外，鼓勵(lì)學(xué)生積極設(shè)計(jì)新的游戲，充分利用各種多媒體工具制作素材，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)效能，按照制作腳本、素材準(zhǔn)備、Funcode制作和運(yùn)行優(yōu)化的步驟有計(jì)劃、有步驟地完成軟件課程設(shè)計(jì)。下表分別為C++和C課堂學(xué)生自選課題和選擇Funcode平臺(tái)中題目的比例。

四、應(yīng)用Funcode平臺(tái)的軟件課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果

（一）Funcode平臺(tái)使用情況介紹

對(duì)于2014～2015學(xué)年夏季學(xué)期，全校大約有3300名學(xué)生參加暑期實(shí)踐。暑期實(shí)踐分為計(jì)算機(jī)實(shí)踐、英語(yǔ)夏令營(yíng)和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練三個(gè)部分。其中，選擇參加計(jì)算機(jī)實(shí)踐的學(xué)生大約為1600名，近50%。這其中，選擇參加C和C++Funcode游戲設(shè)計(jì)的學(xué)生大約1200名，選擇Office綜合練習(xí)的約300名，選擇VB窗口系統(tǒng)設(shè)計(jì)的約120名。

（二）教學(xué)反饋

軟件課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，基于學(xué)校課程中心提供的在線調(diào)查功能對(duì)學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)效果的網(wǎng)絡(luò)調(diào)查。下面分別從課程對(duì)培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神的重要性、使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的體驗(yàn)感和成就感以及綜合評(píng)價(jià)四個(gè)方面分別進(jìn)行說(shuō)明。

五、總結(jié)與展望

基于Funcode平臺(tái)進(jìn)行C和C++軟件課程設(shè)計(jì)達(dá)到應(yīng)有的目標(biāo)，在培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)能力、提升學(xué)生使用C和C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的體驗(yàn)感和成就感方面效果顯著。未來(lái)需要進(jìn)一步改進(jìn)的工作包括：將C和C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程中各種抽象的計(jì)算思維，實(shí)例化為游戲中各種實(shí)際的精靈和實(shí)際算法需求，進(jìn)一步將Funcode建設(shè)成為計(jì)算思維的訓(xùn)練平臺(tái)。

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