摘要：討論了職業(yè)院?！稊?shù)據(jù)結構》課程中整數(shù)插入排序算法的教學軟件的開發(fā)。在軟件設計中，設計思想基于MCAI理論，使用Delphi程序設計語言，對算法實現(xiàn)單步執(zhí)行，使靜態(tài)的算法以動態(tài)的形式在屏幕上顯示，達到良好的人機交互目的。

關鍵詞：MCAI；整數(shù)插入排序；Delphi；控件

目前，計算機輔助教學已在職業(yè)院校中廣泛開展，特別是MCAI（Multimedia Computer Aided Instruction，多媒體計算機輔助教學）的應用，以其貯存信息量大、畫面豐富、多種媒體綜合運用等特點，為學生建立了一個動態(tài)教學環(huán)境?！稊?shù)據(jù)結構》中的整數(shù)插入排序算法本身是一種抽象的靜態(tài)描述，而職業(yè)院校的部分學生接受能力較弱，因此教學效果受到一定的影響。為了解決這個問題，本軟件結合MCAI理論，利用Delphi7.0作為開發(fā)工具來完成，使抽象、靜態(tài)的算法以直觀、形象、動態(tài)的形式在屏幕上顯示，從而達到提高整數(shù)插入排序算法教學效果的目的。

設計思想

MCAI理論MCAI具有如下特點：（1）學生可以控制學習內容和學習進度。允許學生選擇學習內容，設置同步措施，只有當學生學習了前一部分知識后，才能進入下一步的學習。這樣，學生的學習進展不受時間與地點的限制，可以取得最佳的學習速度。（2）學生處于一種積極、主動的精神狀態(tài)。在MCAI中，因為教學進度由學生控制和連續(xù)的提問——反饋或是操作——反應——刺激等交互活動組成，學生不像被動學習時那么容易疲勞和受干擾，從而可以取得較好的教學效果。（3）對教師或軟件開發(fā)者提供了教學決策支持。計算機可保留每個學生的學習進展紀錄，并進行每個學生的學習進程分析和群體學習分析，給教師或軟件開發(fā)者提供了教學決策支持。

關鍵技術本軟件使用Delphi7.0作為開發(fā)工具，其明顯的特點是：（1）可視化的快速Web開發(fā)，讓開發(fā)者能夠在Delphi7.0環(huán)境中可視化地創(chuàng)建Web應用，并且利用它的應用模型框架，不必再考慮通過的服務器端的開發(fā)任務，還能透明地處理會話管理。（2）免費的DataSnap多層應用開發(fā)。新的Delphi7.0的DataSnap授權協(xié)議允許開發(fā)者無縫升級單層和客戶/服務器應用到多層應用，而不需額外的運行使用費。（3）windowsXP應用。Delphi7.0對windows風格的支持，讓開發(fā)者能夠創(chuàng)建可以利用windowsXP使用者界面風格的應用。

開發(fā)方案

可行性分析交互式MCAI整數(shù)插入排序軟件開發(fā)是一個面向教學的應用系統(tǒng)。它可以針對不同的學生群體進行不同的操作，它可以按照要求執(zhí)行一步或幾步，同時可以播放音樂、動畫等多媒體軟件，還可以設置斷點、跟蹤、單步、設置等，還可以根據(jù)人的要求修改程序，操作簡單方便，其客戶端是一個友好的界面，使用方便，其功能是比較強大的。

需求分析根據(jù)需求分析必須利用數(shù)據(jù)結構中的棧和鏈表。棧和鏈表是程序設計中的難點，然而卻是十分方便的工具，在Delphi中雖然沒有提供指針類數(shù)據(jù)類型，但利用Delphi提供的類模塊可形象地進行構造。在系統(tǒng)設計階段將主要利用Delphi中的控件進行圖形化設置，在腳本設計階段可以利用數(shù)據(jù)結構中的算法，最終一起達到該課程設計的目的，最后進行評價修改。

模塊設計該軟件包括順序表的插入、順序表的刪除和直接插入排序三部分，如圖1所示。

圖1模塊設計圖

功能實現(xiàn)

主界面的設計與實現(xiàn)作為軟件的首張界面，主要采用柔和底色作為整體基調，力求做到簡潔明了，給人以整潔干凈的感覺。設計上主要利用Delphi7.0中幾種基本的控件，例如文本控件、按鈕控件以及簡單的代碼編寫，實現(xiàn)表單之間的聯(lián)系。

圖2主界面運行效果圖

主體控件和登錄界面模塊從上一級表單中進入這個登陸窗口，主要考慮一個身份驗證的問題，只有身份合法才能進入下面的演示模塊，強調軟件的安全性能。工作重點是對登陸窗口的設計以及內部代碼的編寫。窗體的實現(xiàn)可以依靠強大的Delphi7.0里面現(xiàn)有的控件直接引用，重點就是關于用戶以及密碼控件的實現(xiàn)過程。其運行效果如圖3所示。

圖3登錄界面模塊運行效果圖

直接插入排序演示模塊這個模塊是整個軟件開發(fā)過程中的重點與難點，為了實現(xiàn)算法的單步實現(xiàn)，讓整個演示軟件可以更加直觀、形象。可以把原來的連續(xù)執(zhí)行的算法步驟，重新按單步執(zhí)行的方式編排程序的流程。我們可以運用Delphi里面的時鐘控件，讓用戶可以自行設置，鑒于程序需要單步執(zhí)行，每一次跳轉前后需要保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場，為此需要設置幾個全局變量用以保存狀態(tài)，同時還需要設置時間的長短來控制圖像運行的效果，時間相對長些效果就越明顯。其運行效果如圖4所示。

圖4直接插入排序演示模塊運行效果圖

數(shù)據(jù)設置模塊此模塊實際上是直接插入排序模塊的子模塊，主要工作就是針對排序的算法設置有關參數(shù)的一個階段。基本思想是根據(jù)隨機或者手動設置數(shù)據(jù)以及時間間隔的設置用以控制演示的速度與清晰度，可以更加直觀的描述直接插入排序的一個明顯的過程。此模塊主要功能是針對排序具體設置數(shù)據(jù)的一個階段。為了用戶更加自主，設計了隨機發(fā)生器與人工輸入，但是限制了個數(shù)（最多16）。其運行效果如圖5所示。

圖5數(shù)據(jù)設置模塊運行效果圖

軟件運行分析

根據(jù)軟件工程上的一些知識和方法，我們從不同的角度測試了該軟件，基本上達到了方便應用的目的。例如：

初始情況：設r[1]，r[2]，r[3]，r[4]已經有序，現(xiàn)插入r[5]

r[1]r[2]r[3]r[4]r[5]

210 18 25 9

j=5；r[0]=r[j]；i=j-1； //初始化，設置待插入位置

2101825□

//r[i+1]為待插入位置

i=4，r[0] < r[i]，r[i+1]=r[i]；i--；

//調整待插入位置

21018□25

i=3，r[0] < r[i]，r[i+1]=r[i]；i--；

//調整待插入位置

210□1825

i=2，r[0] < r[i]，r[i+1]=r[i]；i--；

//調整待插入位置

2□101825

i=1，r[0] ≥r[i]，r[i+1]=r[0]；

//插入記錄

29101825//插入過程結束

我們完全可以手動輸入 21018259，并設置時間間隔用以控制演示的速度與清晰度，然后運行插入排序模塊，點擊下一步或自動標識的控件來觀測系統(tǒng)的整個運行是否符合在《數(shù)據(jù)結構》中所學到的上述算法理論過程。經過天津輕工職業(yè)技術學校2006級數(shù)控一班的課堂實地檢驗，在正常條件下，運用MCAI理論開發(fā)的整數(shù)插入排序系統(tǒng)能無故障運行，完成預定的整個教學活動。學生普遍反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好，有很強的交互性，達到了提高教學效果的目的。

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作者簡介：

季淑惠（1982—），女，山東臨清人，天津工程師范學院2005級碩士研究生，研究方向為教育技術學。

曹乃龍（1984—），男，河南信陽人，天津工程師范學院2006級碩士研究生，研究方向為教育技術學。

（本文責任編輯：謝良才）

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。