摘要：程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維模式培養(yǎng)是程序設(shè)計(jì)課程的內(nèi)在要求，也是理工科大學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的要求。本文根據(jù)軟件工程的思想，提出了程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維的培養(yǎng)模式，從學(xué)生學(xué)習(xí)方法，教師教學(xué)方法的角度提出了程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維的培養(yǎng)方法。并通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，說(shuō)明該方法是行之有效的。

關(guān)鍵字：程序設(shè)計(jì)；系統(tǒng)化思維；培養(yǎng)模式

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913（2007）04-0081-04

1引言

程序設(shè)計(jì)過(guò)程本身就是系統(tǒng)化思維的過(guò)程，首先要對(duì)解決的問(wèn)題有一個(gè)系統(tǒng)化的認(rèn)識(shí)，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行可行性分析，需求分析，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的整體模型，進(jìn)行功能模塊的劃分，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，然后在程序設(shè)計(jì)風(fēng)格的基礎(chǔ)之上編寫(xiě)程序代碼，進(jìn)行編譯、調(diào)試和測(cè)試。

1975年，有四十年軟件設(shè)計(jì)和軟件管理經(jīng)驗(yàn)的美國(guó)軟件管理專業(yè)作家杰拉德·M·溫伯格在他的《系統(tǒng)化思維導(dǎo)論》一書(shū)中給出了系統(tǒng)化思維的定義：“這種思維先于專門(mén)的學(xué)科知識(shí)的存在而存在——有時(shí)繞過(guò)專門(mén)的學(xué)科知識(shí)，有時(shí)又把專門(mén)的學(xué)科知識(shí)綜合起來(lái)。我們把這種思維和教育方法稱為一般系統(tǒng)論的方法?！蓖瑫r(shí)他認(rèn)為“計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的變化比人們思維模式的變化要快得多，所以我將編程語(yǔ)言的事情交給別人，自己則將精力集中到更加普遍的思維原理方面”。因此，系統(tǒng)化的思維與計(jì)算機(jī)編程思維與之有著深刻的內(nèi)在聯(lián)系^[1，2]。

2現(xiàn)狀分析

程序設(shè)計(jì)是理工科大學(xué)生，尤其是計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生的一項(xiàng)基本技術(shù)技能，是進(jìn)行科學(xué)研究和科技工作的有力工具，如科學(xué)計(jì)算，計(jì)算機(jī)仿真、企業(yè)管理等等。

根據(jù)我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃，高校每年有5萬(wàn)名計(jì)算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生，而國(guó)家對(duì)軟件人才的需求已達(dá)到20多萬(wàn)人，并且這個(gè)需求每年都以20%左右的速度增長(zhǎng)^[2]。而實(shí)際情況是我國(guó)軟件企業(yè)急需合格的程序員，而每年有相當(dāng)數(shù)量的計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)畢業(yè)生找不著理想的工作。

（1） 軟件企業(yè)對(duì)合格程序員的素質(zhì)要求

根據(jù)調(diào)查分析，合格程序員必須具有：① 扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)；② 很強(qiáng)的綜合分析和解決問(wèn)題的能力；③熟練的編程調(diào)試能力；④ 創(chuàng)新能力；⑤ 團(tuán)隊(duì)合作能力；⑥ 持續(xù)的自學(xué)能力；⑦強(qiáng)烈的好奇心；⑧較高的英語(yǔ)水平和軟件工程的實(shí)踐能力等。

（2） 軟件企業(yè)沒(méi)有對(duì)程序員持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)方案

有的軟件企業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生提出了相當(dāng)高的要求，嚴(yán)重地挫傷了大學(xué)生的信心；個(gè)別軟件企業(yè)的急功近利的思想，要求大學(xué)生一進(jìn)入企業(yè)就能象熟練程序員一樣工作。既沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，也沒(méi)有制定提高程序員綜合素質(zhì)和持續(xù)發(fā)展的培養(yǎng)方案。如何培養(yǎng)合格的程序員，也就是提高大學(xué)生的編程能力，解決我國(guó)軟件人才短缺問(wèn)題已經(jīng)擺在高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)面前，成為急需解決的問(wèn)題。

3系統(tǒng)化思維模式培養(yǎng)的內(nèi)涵

程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式，一是要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，二是要改革現(xiàn)有的教學(xué)模式，使之適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，滿足社會(huì)對(duì)合格計(jì)算機(jī)人才的需求^[3]。

3.1 程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式

按軟件工程的原理，可以將軟件設(shè)計(jì)分解為需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟件編碼、調(diào)試、測(cè)試和維護(hù)。對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的初學(xué)者，將程序設(shè)計(jì)過(guò)程分解成下面幾個(gè)容易理解的步驟：

(1) 理解問(wèn)題：分析問(wèn)題的已知條件，求什么或要求得到什么結(jié)果，據(jù)此找到求解該問(wèn)題的數(shù)學(xué)方法或建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

(2) 歸納程序的基本功能：當(dāng)(1)解決之后，經(jīng)過(guò)分析，確定程序要完成的功能，也就知道了努力的方向。

(3) 計(jì)算機(jī)解題的算法：這一步要求設(shè)計(jì)者將要解決的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能理解的算法，并用偽代碼描述算法。即進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和算法設(shè)計(jì)。符合著名的公式：程序=高級(jí)語(yǔ)言+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法。

(4) 用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)算法：用學(xué)習(xí)過(guò)的高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序，并輸入到計(jì)算機(jī)。

(5) 對(duì)源程序進(jìn)行編譯與調(diào)試：這一步對(duì)源程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤、算法錯(cuò)誤進(jìn)行糾正。

(6) 對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試：這一步對(duì)程序算法的正確性進(jìn)行測(cè)試，如果通過(guò)，則認(rèn)為程序是正確的，否則轉(zhuǎn)(3)，重新設(shè)計(jì)算法。

(7) 對(duì)已完成或調(diào)試運(yùn)行正確的算法進(jìn)行改進(jìn)或用新的方法再求解：這一步是啟發(fā)思維，尋找更好的算法或解決方案，使程序功能更齊全、運(yùn)行效率更高存儲(chǔ)空間更省。

3.2 程序設(shè)計(jì)過(guò)程本身是一個(gè)系統(tǒng)化思維過(guò)程

程序設(shè)計(jì)過(guò)程本身就是系統(tǒng)化的過(guò)程，首先要對(duì)解決的問(wèn)題有一個(gè)系統(tǒng)化的認(rèn)識(shí)，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)整體模型，再進(jìn)行功能模塊的劃分，然后在遵循程序設(shè)計(jì)風(fēng)格的基礎(chǔ)之上編寫(xiě)程序代碼。本科學(xué)生在開(kāi)始學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程，并進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，是不具備這種系統(tǒng)化思維模式的，這就要求程序設(shè)計(jì)課程的教師在教學(xué)過(guò)程中重視程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維的滲透，以系統(tǒng)化的觀點(diǎn)選取教學(xué)內(nèi)容、組織教學(xué)過(guò)程，在教學(xué)過(guò)程中潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化思維。

3.3 計(jì)算機(jī)編程能力培養(yǎng)也是一個(gè)系統(tǒng)工程

計(jì)算機(jī)編程能力的培養(yǎng)不是學(xué)習(xí)一門(mén)或幾門(mén)高級(jí)語(yǔ)言能夠解決的問(wèn)題，它需要所有的專業(yè)教師結(jié)合課程內(nèi)容有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，并貫徹到教學(xué)過(guò)程中；它需要學(xué)校制定旨在培養(yǎng)大學(xué)生扎實(shí)基礎(chǔ)理論、實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的培養(yǎng)方案；需要具有敬業(yè)開(kāi)拓精神的教師隊(duì)伍作后盾，實(shí)施以系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式為基礎(chǔ)教學(xué)改革；需要學(xué)校為教師教學(xué)和科研，學(xué)生學(xué)習(xí)和參與科研提供開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的環(huán)境；更需要大學(xué)生在大學(xué)四年中堅(jiān)持不懈學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己持續(xù)的自學(xué)能力，為將來(lái)工作打下扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，養(yǎng)成綜合分析和解決問(wèn)題的能力，養(yǎng)成自己強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，同時(shí)努力提高自己的英語(yǔ)水平。各方面的協(xié)調(diào)配合才能達(dá)成目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4系統(tǒng)化思維模式培養(yǎng)方法

4.1 學(xué)習(xí)方法的改進(jìn)

編程是有規(guī)律的， 編程能力的提高關(guān)鍵在于對(duì)編程規(guī)律與必備知識(shí)基礎(chǔ)的把握程度。

(1) 只有掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)理論和基本技能，才能理解在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中所進(jìn)行的各項(xiàng)具體活動(dòng)與工作步驟，才能在整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中知道該做什么，不該做什么，先做什么，后做什么。

(2) 實(shí)踐就是最好的老師，重視培養(yǎng)編程能力，理論與實(shí)踐相結(jié)合，理論的學(xué)習(xí)促進(jìn)編程能力的提高，同時(shí)編程能力的增強(qiáng)，可以更好地理解理論原理。社會(huì)上有大批的軟件開(kāi)發(fā)愛(ài)好者，就采用自學(xué)和自我實(shí)踐的方式，結(jié)合自己的工作來(lái)應(yīng)用學(xué)到的計(jì)算機(jī)技術(shù)。雖然他們沒(méi)有在校生的優(yōu)越條件，但其中優(yōu)秀人物的真實(shí)開(kāi)發(fā)能力，遠(yuǎn)勝于正規(guī)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生甚至是碩士生。因此在校大學(xué)生應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，要認(rèn)真完成各項(xiàng)編程學(xué)習(xí)的訓(xùn)練科目，而不是當(dāng)作任務(wù)敷衍塞責(zé)。

(3) 學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，要克服浮躁的功利型學(xué)習(xí)方法。這種方法一是表現(xiàn)為盲目地跟風(fēng)學(xué)習(xí)各種當(dāng)前流行的新技術(shù)。如果不具備扎實(shí)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)，又缺乏持之以恒的決心，對(duì)這些新技術(shù)的學(xué)習(xí)無(wú)法深入把握。二是盲目參加各種考證、軟件速成培訓(xùn)學(xué)習(xí)班，要知道編程是一種技能，是長(zhǎng)期訓(xùn)練的一種能力，不可能速成。你向別人展示自己寫(xiě)的一個(gè)軟件作品，比給別人看一堆各式各樣的證書(shū)更能說(shuō)明你的能力！

(4) 知識(shí)的獲取與掌握是有其客觀規(guī)律的，一般而言，具體的知識(shí)易于理解，而抽象的知識(shí)則難于理解和掌握，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，應(yīng)遵循“具體 → 抽象 → 具體 → ……”這樣一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程。

4.2教學(xué)模式的改進(jìn)措施

(1) 教材的選用上，要選用那些按程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維方式編寫(xiě)的教材，以利于教學(xué)和學(xué)生自學(xué)，從入門(mén)開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)化的思維方式培養(yǎng)。而目前大多數(shù)教材注重理論的完整性，而對(duì)實(shí)踐問(wèn)題缺乏分析，一般是“問(wèn)題—答案”模式，而沒(méi)有問(wèn)題到答案之間的分析過(guò)程，這不利于程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維模式的培養(yǎng)。

(2) 教學(xué)方法上，通過(guò)實(shí)例講解程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法，而實(shí)例的講解又要按照程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。讓學(xué)生知道設(shè)計(jì)一段程序或一個(gè)程序不是憑空而來(lái)，而是通過(guò)系統(tǒng)的綜合分析，合理的數(shù)據(jù)組織和適用的算法，找出科學(xué)的解決方案，然后使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言寫(xiě)出相應(yīng)的程序，并進(jìn)行編譯、調(diào)試和測(cè)試這樣復(fù)雜而又思路清晰的一個(gè)過(guò)程。

(3) 教學(xué)手段上，采用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，多媒體設(shè)計(jì)，將課件設(shè)計(jì)得更加形象生動(dòng)，吸引學(xué)生的注意力。講解上使用通俗的語(yǔ)言、比喻以增加課堂教學(xué)效果。通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)例的現(xiàn)場(chǎng)演示，使學(xué)生體會(huì)程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化方法，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化的思維模式。通過(guò)編譯、運(yùn)行的演示，可以讓學(xué)生體會(huì)程序的編譯、修改、再編譯、再修改的反復(fù)編譯過(guò)程，學(xué)會(huì)調(diào)試程序。通過(guò)單步調(diào)試演示，顯示程序每一條指令的運(yùn)行結(jié)果，也就體會(huì)到程序中的每一條指令的作用，從而真正理解程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中控制命令的含義，程序的功能和作用。

4.3系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式的要求

程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式從本科生的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，使教師在教授學(xué)生程序設(shè)計(jì)課程、提高學(xué)生編程能力的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化思維^[1]，這對(duì)提高學(xué)生整體素質(zhì)、提高程序設(shè)計(jì)課程整體教學(xué)水平和提高程序設(shè)計(jì)學(xué)科建設(shè)都有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

(1) 教師按系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式組織教學(xué)

程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維的培養(yǎng)是程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的基本要求，也是提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力最基本的方法。程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式首先要求教師用系統(tǒng)化思維的方法，組織教學(xué)內(nèi)容、素材，在教學(xué)過(guò)程中要以程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，把教學(xué)的重點(diǎn)放在系統(tǒng)化的解題思路、算法設(shè)計(jì)、編程構(gòu)思和程序?qū)崿F(xiàn)上。

(2) 通過(guò)程序設(shè)計(jì)提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力

程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式強(qiáng)調(diào)理理論與實(shí)踐相結(jié)合。要求學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體安排好學(xué)校的培養(yǎng)方案，構(gòu)建自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)大量相關(guān)的資料豐富自己的知識(shí)，培養(yǎng)自己的獲取知識(shí)的能力。教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生在解題編程的實(shí)踐中探索其中帶規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，啟發(fā)學(xué)生積極思考問(wèn)題，探索未知的解題方法。程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)不僅教會(huì)學(xué)生如何進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，而且教學(xué)生系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)、縝密地思考問(wèn)題，通過(guò)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維模式的訓(xùn)練，學(xué)生思考問(wèn)題會(huì)更加接近事物的本質(zhì)。通過(guò)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化的思維培養(yǎng)，首先，可以解決我們?cè)诔绦蛟O(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，其次，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)能鍛煉思維，使我們的邏輯思維更加嚴(yán)密，這對(duì)一個(gè)理工科的大學(xué)生來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

(3)加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)

按照軟件工程的思想，將軟件設(shè)計(jì)按工程化的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就要求我們?cè)趯?duì)學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維培養(yǎng)的同時(shí)，兼顧對(duì)學(xué)生的工程化意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，把任何一個(gè)程序的設(shè)計(jì)都看成是一個(gè)系統(tǒng)，那么在程序設(shè)計(jì)風(fēng)格的規(guī)范上，系統(tǒng)化的要求和工程化的要求是一致的。系統(tǒng)化的程序設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)過(guò)程就是讓學(xué)生自己動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程充滿了學(xué)生對(duì)未知問(wèn)題的探索、研究與創(chuàng)新。

(4) 培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)學(xué)習(xí)的能力

在當(dāng)今社會(huì)，最有用的知識(shí)是關(guān)于方法的知識(shí)，最有用的能力是持續(xù)學(xué)習(xí)的 能力。學(xué)習(xí)能力的形成將教育轉(zhuǎn)化為自我教育，使人獲得可持續(xù)發(fā)展的自由。為以后的自我教育、自我發(fā)展和自我完善奠定良好的基礎(chǔ)。

5總結(jié)

計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，社會(huì)不僅需要專業(yè)的程序設(shè)計(jì)人才，同時(shí)更需要既具有其他專業(yè)知識(shí)又具有程序設(shè)計(jì)能力的復(fù)合型人才。所以程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)化思維培養(yǎng)模式不僅適用于計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科教學(xué)，也適用于其他理工科程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的教學(xué)。

我們要全面深化教學(xué)改革，形成以學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)機(jī)制，鼓勵(lì)教師將灌輸式的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻淌趯W(xué)生如何獲取知識(shí)的過(guò)程和方法，培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)的學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展的教學(xué)模式；鼓勵(lì)教師探索各種有利于啟發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、有利于激發(fā)學(xué)習(xí)的創(chuàng)新意識(shí)的教學(xué)方法；從體制上強(qiáng)化學(xué)生的讀書(shū)、實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)；加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)，辦出專業(yè)特色，使學(xué)校成為各種新學(xué)科、新技術(shù)、新想法、新思想萌生、涌動(dòng)、交流和碰撞的園地^[4]。

參考文獻(xiàn)

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投稿日期：2006-08-15

作者簡(jiǎn)介：謝中科(1964-)，男（漢族），湖南人，副教授，研究方向：主要從事數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)挖掘方面的研究。