探析五導(dǎo)法的程序設(shè)計(jì)課程群教學(xué)研究

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摘要：針對(duì)程序設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)，以人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位為基礎(chǔ)，提出基于五導(dǎo)法的教學(xué)模式，分別闡釋“導(dǎo)教、導(dǎo)學(xué)、導(dǎo)思、導(dǎo)用、導(dǎo)創(chuàng)”的含義和具體實(shí)施辦法，說明如何圍繞教學(xué)內(nèi)容建立三維的教學(xué)資源，實(shí)施混合式教學(xué)，采用多樣化的考核方式，以提高程序設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；課程群；教學(xué)模式；混合式教學(xué)

1背景

程序設(shè)計(jì)課程群包含的課程主要有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語言）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（Java語言）、程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)等，是計(jì)算機(jī)專業(yè)的基石。這些課程之間存在緊密的依存、遞進(jìn)關(guān)系。對(duì)于廣大的地方高校來說，開展程序設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)研究，就是研究這些課程知識(shí)的“教法、學(xué)法、用法、創(chuàng)法”。文章將從教與學(xué)著手，探討在教學(xué)中的所用、所感、所思、所改。

2五導(dǎo)法

所謂“五導(dǎo)法”就是在教學(xué)過程中進(jìn)行的導(dǎo)教、導(dǎo)學(xué)、導(dǎo)思、導(dǎo)用、導(dǎo)創(chuàng)。

2.1導(dǎo)教

2.1.1知識(shí)點(diǎn)化繁為簡(jiǎn)

對(duì)于地方院校來說，計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中通常會(huì)先講授程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語言）、再講授數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、最后講授最流行的面向?qū)ο笳Z言——Java。在這些課程中存在大量的基本語法、原理和技巧，譬如：C語言的輸入輸出格式控制、運(yùn)算符、表達(dá)式、運(yùn)算規(guī)則、賦值語句等，靈活多樣；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中指針的使用無處不在；Java語言中包含權(quán)限的交叉融合、對(duì)象與引用的多態(tài)性等。對(duì)于初學(xué)者來說，教師必須采取有效的策略，比如選擇性講授，即先講授最常使用的知識(shí)、應(yīng)用方式，且大量運(yùn)用演示法、案例法，讓學(xué)生在實(shí)例中逐步理解、掌握、熟悉；再逐步延伸，增加深度和廣度；最后還需要有畫龍點(diǎn)睛的總結(jié)。在C語言教學(xué)中，若只顧及語法知識(shí)的全面性、完整性，將會(huì)導(dǎo)致顧此失彼、欲速而不達(dá)的結(jié)果；若只注重算法，而輕視、忽視基本語法，將導(dǎo)致程序代碼的編寫寸步難行、錯(cuò)誤百出。所以，要秉持語法夠用的原則。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，大量的教材在講述順序線性表時(shí)，都是直接采用動(dòng)態(tài)申請(qǐng)連續(xù)空間的方式來存儲(chǔ)線性表中的元素[1]。這種方式顯著地增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。為什么不先講述使用靜態(tài)的數(shù)組來存儲(chǔ)元素，再過渡到動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)方式呢？所以，教師講授時(shí)要化繁為簡(jiǎn)、由易及難、逐步深入，遵循循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律。

2.1.2思維的轉(zhuǎn)化

雖然程序設(shè)計(jì)的算法來源于數(shù)學(xué)，但不能照搬數(shù)學(xué)思維。譬如：三個(gè)數(shù)如何求最大值。數(shù)學(xué)思維使用的是三個(gè)單分支的if語句，且每個(gè)if語句中的表達(dá)式都是由兩個(gè)與運(yùn)算符連接三個(gè)關(guān)系表達(dá)式構(gòu)成的；而程序設(shè)計(jì)思維使用的是一個(gè)賦值語句、兩個(gè)單分支的if語句，且每個(gè)if語句中的表達(dá)式只是一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系運(yùn)算。顯然，后者不僅效率高，而且運(yùn)用了程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的一種技巧和思維，即“假設(shè)第一個(gè)數(shù)就是最大值”[2]。數(shù)學(xué)思維向程序設(shè)計(jì)思維的轉(zhuǎn)變，需要一個(gè)過程、一段時(shí)間，需要培養(yǎng)。在程序設(shè)計(jì)教學(xué)的推進(jìn)過程中，還存在著一個(gè)程序的main函數(shù)向多個(gè)子函數(shù)的轉(zhuǎn)變（即程序模塊化）、過程化程序設(shè)計(jì)向?qū)ο蠡绦蛟O(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變等，這是思維的轉(zhuǎn)變，也是教學(xué)的難點(diǎn)。

2.2導(dǎo)學(xué)

2.2.1量變到質(zhì)變

學(xué)習(xí)沒有捷徑，只有經(jīng)歷大量的代碼練習(xí)，才能保證編程水平質(zhì)的提高。對(duì)于常用算法必須爛熟于心，日積月累，才能熟練生巧，才能應(yīng)用，才可能有創(chuàng)新。

2.2.2課堂內(nèi)外“三步曲”

每一門課程，教師必然對(duì)其有著深入的研究；每一節(jié)課，課堂上的教學(xué)內(nèi)容必然是豐富的，重點(diǎn)和難點(diǎn)必然是清晰的。因此，需要學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課上專心、課后復(fù)習(xí)。只有做到了課前預(yù)習(xí)，課堂上的學(xué)習(xí)才會(huì)是有的放矢；只有做到了課后復(fù)習(xí)，才能鞏固課堂知識(shí)。所以，只有真正做到了“課前預(yù)習(xí)、課上專心、課后復(fù)習(xí)”的課堂內(nèi)外三步曲，才能實(shí)現(xiàn)高效課堂。

2.2.3“三動(dòng)”學(xué)習(xí)法

在實(shí)際教學(xué)中，教師發(fā)現(xiàn)，程序設(shè)計(jì)的初學(xué)者，在閱讀自己或他人編寫的程序代碼時(shí)，采取的方式只是“動(dòng)眼”，即用眼睛死死地盯著程序代碼行中的各個(gè)符號(hào)。這樣僅僅了解單個(gè)表達(dá)式、單條語句的表面意思，而不可能清楚變量值的變化、哪些語句被選擇或被循環(huán)執(zhí)行了，也就搞不清變量、表達(dá)式、語句的真正作用和含義，當(dāng)然不能歸納出程序的功能，也得不出程序的正確結(jié)果。正確的做法是：拿出筆、攤開紙，依照程序語句的次序，認(rèn)真地手工執(zhí)行程序代碼，把每個(gè)變量當(dāng)前的值記錄下來，如果存在循環(huán)，則把循環(huán)體重復(fù)執(zhí)行3~5次，這樣才能清晰掌握每個(gè)變量值的變化情況、每條語句的執(zhí)行情況，進(jìn)而推導(dǎo)、得出程序的功能或結(jié)果。也就是說，對(duì)于一段程序、一個(gè)算法，只有手工執(zhí)行，才能理清其執(zhí)行過程、功能。因此，在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必堅(jiān)信不勞而獲是天方夜譚，務(wù)必時(shí)刻執(zhí)行勤能補(bǔ)拙，務(wù)必每題實(shí)踐著“三動(dòng)”學(xué)習(xí)法，即“動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)眼”[3]。

2.3導(dǎo)思

2.3.1思考的廣度

自頂向下、逐步求精，是程序設(shè)計(jì)的原則之一。任何復(fù)雜的問題都可以找到簡(jiǎn)單的原理或者雛形。譬如：3個(gè)整數(shù)求最值、10個(gè)整數(shù)求最值、數(shù)組求最值、選擇排序等。這些問題的求解包括從順序結(jié)構(gòu)到選擇結(jié)構(gòu)、到一重循環(huán)、到二重循環(huán)；從單一的main函數(shù)實(shí)現(xiàn)到使用子函數(shù)實(shí)現(xiàn)。從這個(gè)例子可以看出，只有深刻理解求最值的雛形，才能順利向廣度推進(jìn)。再譬如：使用線性表實(shí)現(xiàn)各種集合運(yùn)算，對(duì)順序存儲(chǔ)來說基本操作就是元素的移動(dòng)（即選擇性賦值），對(duì)鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)來說基本操作就是鏈的連接（即指針賦值）。

2.3.2思考的深度

在求最值的例子中，包含著這樣一個(gè)拓展的問題：如何求解一個(gè)數(shù)組中的最大值和次大值。一種算法是這樣的：max1=max2=a[0];for(i=1;i<n;i++){if(max1<a[i]){max2=max1;max1=a[i];}elseif(max2<a[i])max2=a[i];}但這個(gè)算法存在Bug，即如果第一個(gè)數(shù)就是最大值，則求出的次大值是錯(cuò)誤的。修正Bug的方式有多種。從此例可以得出：要保證算法的正確性，必須多方測(cè)試，特別是邊界、極限、特例等問題。對(duì)于求最值的問題，如何使用面向?qū)ο蟮乃季S來求解呢？如果是在main主方法中直接對(duì)數(shù)組求最大值，而沒有定義任何其他成員變量和成員方法。這樣的話，就完全沒有運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃季S。正確的思維是：類中包含相應(yīng)的成員變量、成員方法，盡量通過成員方法去操作成員變量。問題的關(guān)鍵是類中包含幾個(gè)成員變量最合適呢？需要幾個(gè)重載的構(gòu)造方法呢？解答了這些問題，設(shè)計(jì)出的類才具有普適性、重用性，才是真正面向?qū)ο蟮乃季S。

2.3.3思考的維度

隨著學(xué)習(xí)的不斷深入、知識(shí)的不斷積累，隨之而來的是思考的深度、廣度以及維度。解答一個(gè)問題可能有多種算法，通過多維度的思考、比較、分析，才能挑選出最清晰、最高效的算法。譬如：1-2+3-4+...…-100解答這個(gè)問題有多種方法，如每次把符號(hào)位乘以-1、判斷當(dāng)前項(xiàng)的奇偶性、把奇偶項(xiàng)分開計(jì)算、使用模運(yùn)算來確定符號(hào)位、使用位與運(yùn)算來確定符號(hào)位等，關(guān)鍵點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)的正負(fù)相間。這些方法中最后一種方法無疑是最“高大上”的。思考是建立在對(duì)相關(guān)知識(shí)熟練掌握基礎(chǔ)之上的，否則就是緣木求魚、胡思亂想。

2.4導(dǎo)用

學(xué)習(xí)的目的不是為了考試，是為了應(yīng)用。譬如：在C語言中，模運(yùn)算(即%)的意思是兩個(gè)整數(shù)相除，（商是整數(shù)）取余數(shù)?；緫?yīng)用有奇偶數(shù)的判別、素?cái)?shù)的判別、整數(shù)各位數(shù)字的分離等，進(jìn)一步的應(yīng)用有求最大公約數(shù)、數(shù)學(xué)黑洞等，高級(jí)應(yīng)用有模冪運(yùn)算、孫子問題（中國(guó)剩余定理）、凱撒密碼等[4]，這些都是模運(yùn)算的經(jīng)典應(yīng)用。在近年廣受關(guān)注的大眾化競(jìng)賽“藍(lán)橋杯全國(guó)軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽”中，也不乏模運(yùn)算應(yīng)用的試題。在模運(yùn)算的應(yīng)用從低級(jí)到中級(jí)、再到高級(jí)的過程中，往往是混合多方面知識(shí)的綜合應(yīng)用，應(yīng)用絕對(duì)不是生搬硬套，而是建立在模仿、思考基礎(chǔ)之上的。

2.5導(dǎo)創(chuàng)

應(yīng)用的升華就是創(chuàng)新，或者說應(yīng)用的最高境界就是創(chuàng)新。教、學(xué)、思、用都是為創(chuàng)新服務(wù)的。在“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”的時(shí)代背景下，讓學(xué)生廣泛參與到各級(jí)各類競(jìng)賽、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新活動(dòng)中，以賽代練，在活動(dòng)中學(xué)習(xí)、思考、應(yīng)用、創(chuàng)新。

3教學(xué)資源和平臺(tái)

為保證“五導(dǎo)法”教學(xué)方式的順利實(shí)施，構(gòu)建了三維的教學(xué)資源和平臺(tái)。借助精品課程教學(xué)資源、網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)行教學(xué)資源的二次開發(fā)，形成特色鮮明的校本教學(xué)資源，建設(shè)成理論教學(xué)“點(diǎn)資源”、實(shí)踐教學(xué)“線資源”、網(wǎng)絡(luò)共享課程“面資源”的教學(xué)資源體系。在教學(xué)中推行分類教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源聚集；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐的對(duì)接；利用幕課平臺(tái)和資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)分認(rèn)證；利用共享課程資源開展翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)。多維的教學(xué)資源和教學(xué)方式，滿足和豐富了學(xué)生多元化學(xué)習(xí)的需求和發(fā)展。

4結(jié)語

在實(shí)際教學(xué)中，因地制宜，將“案例式、演示式、漸進(jìn)式、啟發(fā)式”等教學(xué)方法融合在一起，變“授人以魚”為“授人以漁”，開展“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)模式發(fā)生了革命性變化，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)與實(shí)踐、交流互動(dòng)、成果報(bào)告和評(píng)價(jià)反饋中，達(dá)到知識(shí)的傳授和內(nèi)化，達(dá)到能力的提升和拓展，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體、能力培養(yǎng)為核心的教育思想。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)蔚敏,吳偉明.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002:24,27.

[2]楊路明.C語言程序設(shè)計(jì)教程[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社.2005:48.

[3]熊啟軍.基于漸進(jìn)啟發(fā)式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線性表的教學(xué)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2011(6):34.

[4]ld326的專欄.模運(yùn)算[EB/OL].(2012-08-18)[2016-10-13].blog.csdn.net/ld326/article/details/7880429.

作者:熊啟軍 程格平 屈俊峰 谷瓊 單位:湖北文理學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院