趙曉　王麗麗

摘 要： 目前“C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”課程的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉酁轵?yàn)證型實(shí)驗(yàn)，機(jī)械而乏味，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)生興趣。為此設(shè)計(jì)了一種多樣型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，包括?yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，給出了具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這種多種實(shí)驗(yàn)形式并存的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ侥軌蛱岣邔W(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： C++； 多樣型實(shí)驗(yàn)； 自主學(xué)習(xí)能力； 創(chuàng)新能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）07-46-02

0 引言

“C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本編程能力、基本的軟件邏輯思維方法以及基本的面向?qū)ο笏季S方法[1-2]。該課程應(yīng)用性與實(shí)踐性較強(qiáng)，這需要大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)不可或缺的重要組成部分，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面所起到的重要作用是其他任何教學(xué)形式都無(wú)法替代的。目前的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉酁轵?yàn)證型實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)無(wú)法滿足教學(xué)要求，它忽略了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力方面的培養(yǎng)[3-4]，為此，本文設(shè)計(jì)了一種多種實(shí)驗(yàn)形式并存的多樣型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。

1 目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

目前該課程的教學(xué)模式是：課堂教學(xué)+上機(jī)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該在本課程的教學(xué)中占有重要的地位，但現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在著許多弊端[5-6]：①實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有限，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排僅圍繞理論教學(xué)大綱開(kāi)展，無(wú)拓展性、開(kāi)放性；②實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭则?yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，只是把書(shū)本上的例題或課后習(xí)題輸入計(jì)算機(jī)試一下，根本沒(méi)有真正認(rèn)識(shí)到程序設(shè)計(jì)的核心在于設(shè)計(jì)，而不是抄現(xiàn)有的程序到計(jì)算機(jī)看結(jié)果，如此就談不上掌握面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想了。

為使C++課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，就必須重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的豐富性，啟發(fā)性以及總體實(shí)驗(yàn)課題的系統(tǒng)性，本文針對(duì)C++實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的問(wèn)題及原因，提出C++多樣型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ嚼砟?，?duì)原有的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行改革。

2 多樣型實(shí)驗(yàn)的理念

“C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”課程實(shí)踐性較強(qiáng)，既有理論體系，又注重實(shí)踐和應(yīng)用。它要求學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的同時(shí)，不斷地提高程序設(shè)計(jì)能力，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。這就要求C++課程實(shí)驗(yàn)類(lèi)型的多樣性。只有包含多種實(shí)驗(yàn)類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)才能滿足C++課程的需要。多樣型實(shí)驗(yàn)包括驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。

2.1 驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)

學(xué)習(xí)該課程只有掌握基本語(yǔ)法才能更好地理解面向?qū)ο蟮木幊趟枷爰皯?yīng)用C++解決實(shí)際問(wèn)題。為了讓學(xué)生能夠盡快的掌握基本語(yǔ)法，我們?cè)O(shè)計(jì)了包括C++語(yǔ)法的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的目的：①通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握C++的基本語(yǔ)法及使用，建立C++語(yǔ)言的知識(shí)框架；②通過(guò)對(duì)類(lèi)和對(duì)象的應(yīng)用繼承和派生實(shí)現(xiàn)促使學(xué)生基本理解面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，并培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范化軟件設(shè)計(jì)的能力。

2.2 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)合理的類(lèi)和對(duì)象，以及類(lèi)和對(duì)象的后續(xù)操作。選擇設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的題目時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：①實(shí)驗(yàn)題目要接近真實(shí)生活，提高學(xué)生的興趣；②只要能夠滿足題目要求，答案可以不惟一，另外如果更接近于真實(shí)生活可以允許學(xué)生自己擴(kuò)充類(lèi)的成員。這樣能夠激勵(lì)學(xué)生不斷思考，促使學(xué)生在滿足題目要求的情況下能夠?qū)︻?lèi)和對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化。

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的目的：①通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解類(lèi)和對(duì)象的設(shè)計(jì)思路及分析方法；②激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷思考，不斷優(yōu)化自己的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.3 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和科研能力的基礎(chǔ)[7-8]。本課程重點(diǎn)設(shè)計(jì)了一個(gè)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的目的：①培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力、研究性學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力；②讓學(xué)生對(duì)C++的類(lèi)庫(kù)有進(jìn)一步的了解，對(duì)C++有更全面的認(rèn)識(shí)；③通過(guò)小程序的編寫(xiě)，促使學(xué)生領(lǐng)會(huì)C++的復(fù)用性。

2.4 綜合型實(shí)驗(yàn)

學(xué)習(xí)一種開(kāi)發(fā)工具的最終目的是做出能夠完成一定功能的項(xiàng)目，綜合型實(shí)驗(yàn)就是讓學(xué)生嘗試一些功能簡(jiǎn)單的項(xiàng)目[9-10]。學(xué)生完成此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)后就能對(duì)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)流程有更深一步的認(rèn)識(shí)。由于此實(shí)驗(yàn)會(huì)涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)，該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生分組（3-4人/組），各司其職，分工合作。在完成后還要編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

綜合型實(shí)驗(yàn)的目的：①培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、思辨能力、團(tuán)隊(duì)合作能力；②讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)流程有一個(gè)大體的了解；③訓(xùn)練學(xué)生的問(wèn)題需求分析，概要設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)，調(diào)試分析，程序測(cè)試，文檔編寫(xiě)等軟件工程學(xué)的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析與設(shè)計(jì)實(shí)際軟件的能力。

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

根據(jù)各種實(shí)驗(yàn)類(lèi)型目的與要求，本文設(shè)計(jì)了一種多種實(shí)驗(yàn)形式并存的多樣型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?shí)驗(yàn)項(xiàng)目表如表1所示。

由于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，并且教材已經(jīng)給出了詳細(xì)分析和源代碼，這里不再贅述，下面詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)。

3.1 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

⑴ 數(shù)碼時(shí)鐘設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

要求：利用所學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，能夠顯示當(dāng)前時(shí)間，包括時(shí)、分、秒，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒的調(diào)節(jié)。

實(shí)現(xiàn)參考：先定義一個(gè)標(biāo)記變量，初值為0，然后調(diào)用時(shí)間函數(shù)，實(shí)現(xiàn)一秒鐘對(duì)標(biāo)記變量置1。用循環(huán)語(yǔ)句檢測(cè)到標(biāo)記標(biāo)量變成1時(shí)，將秒加1，達(dá)到最大值時(shí)置0，分加1；分和時(shí)方法相同，最后刷新顯示。

⑵ 簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

要求：輸入算式就可識(shí)別將要進(jìn)行的運(yùn)算并計(jì)算出結(jié)果，運(yùn)算包括四則運(yùn)算、整除、求余，能識(shí)別非法字符，能按照四則運(yùn)算的優(yōu)先順序以及先算括號(hào)內(nèi)的規(guī)則計(jì)算。

實(shí)現(xiàn)參考：可以定義參加運(yùn)算的前一個(gè)數(shù)值為類(lèi)，并為此類(lèi)定義多種運(yùn)算作為函數(shù)成員，參與運(yùn)算的第二個(gè)數(shù)值作為函數(shù)成員的形參。這樣就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)數(shù)值之間的運(yùn)算，而對(duì)于多個(gè)數(shù)值的運(yùn)算，都是建立在此之上的。此外，還要注意括號(hào)以及運(yùn)算符號(hào)的先后順序?qū)\(yùn)算的影響。

3.2 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

大整數(shù)的四則運(yùn)算設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

要求：實(shí)現(xiàn)的范圍在-10150～10150之間大整數(shù)的四則運(yùn)算。

實(shí)現(xiàn)參考：①大整數(shù)的存放：可以定義一個(gè)類(lèi)來(lái)存放大整數(shù)，該類(lèi)要定義一個(gè)布爾類(lèi)型的變量（標(biāo)記正負(fù)）、一個(gè)字符竄類(lèi)型變量（存放大整數(shù)的絕對(duì)值），然后定義四則運(yùn)算以及計(jì)算大整數(shù)的位數(shù)的成員函數(shù)。②大數(shù)減法問(wèn)題：對(duì)于減法可以加減數(shù)加符號(hào)然后像二進(jìn)制那樣的方式取補(bǔ)（取補(bǔ)就是講大數(shù)的每一位都用9去減，然后個(gè)位數(shù)再加1），然后再計(jì)算。③大數(shù)加法的問(wèn)題：首先考慮兩個(gè)加數(shù)的符號(hào)，若為同號(hào)，可以將要計(jì)算的大數(shù)從高位到底位排序（由于一般的加法是低位對(duì)齊），然后兩大數(shù)就可高位對(duì)齊而低位沒(méi)有對(duì)齊，執(zhí)行加法操作，將結(jié)果再逆置去掉多余的0，就可得計(jì)算結(jié)果，最后符號(hào)為其中一個(gè)的符號(hào)；若為異號(hào)，則可以通過(guò)比較兩數(shù)的數(shù)值大小情況，總是用數(shù)值大的數(shù)來(lái)減數(shù)值小的數(shù)，符號(hào)由較大者決定。④大數(shù)乘法問(wèn)題：大數(shù)乘法可以用多次加法來(lái)實(shí)現(xiàn)。⑤大數(shù)求商問(wèn)題：可以通過(guò)多次減法得到最終結(jié)果。

可以參考下面的示例代碼定義大整數(shù)類(lèi)。

Class StrInt {

private：

enum {BYTENUM = 200}；//大整數(shù)位數(shù)上限常量

string _sign；//用于存放符號(hào)

string _num；//用于存放數(shù)值

public：

StrInt （const string& a=“0”）；

friend StrInt add （const StrInt& a，const StrInt& b）； //大數(shù)加

friend StrInt sub （const StrInt& a，const StrInt& b）； //大數(shù)減

friend StrInt mul （const StrInt& a，const StrInt& b）； //大數(shù)乘

friend StrInt div （const StrInt& a，const StrInt& b）； //大數(shù)除

…… //其他的成員可自行添加

}；

3.3 綜合型實(shí)驗(yàn)

學(xué)生學(xué)籍管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

要求：學(xué)生類(lèi)要包括學(xué)生的基本信息，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)籍的添加、刪除、修改、查詢(xún)。查詢(xún)可以實(shí)現(xiàn)按學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、系別查詢(xún)。要通過(guò)文件操作或數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)期保存。

實(shí)現(xiàn)參考：定義學(xué)生類(lèi)，可以定義姓名、性別、學(xué)號(hào)、系別、專(zhuān)業(yè)、班級(jí)、各科課程成績(jī)?yōu)閿?shù)據(jù)成員，定義查詢(xún)、修改為函數(shù)成員。對(duì)于刪除和添加可以通過(guò)定義函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“C++面向?qū)ο笳n程設(shè)計(jì)”多樣型實(shí)驗(yàn)的研究與探索，深刻體會(huì)到教學(xué)的目的不僅僅是教學(xué)生知識(shí)，還要教會(huì)學(xué)生思維方式以及學(xué)習(xí)的方法。本課程的多樣型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降膭?chuàng)建，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式呈多樣化，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從而取得了良好的教學(xué)效果。但創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)還有待進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭召意，朱艷輝，周玉.C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2010.5：151-154

[2] 陸貴榮，陳樹(shù)越.關(guān)于電子信息類(lèi)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)模式的思考[J].中國(guó)科技信息，2012.16：171

[3] 李玉順，武林，顧憶嵐.基于學(xué)習(xí)對(duì)象的教學(xué)資源設(shè)計(jì)及流程初探[J].中國(guó)電化教育，2012.1：78-85

[4] 錢(qián)能.C++程序設(shè)計(jì)教程（第二版）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].清華大學(xué)出版社，2007.

[5] 董欣.創(chuàng)新型人才培養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011.28（9）：142-144

[6] Tom Boyle. Layered learning design： Towards an integration oflearning design and learning object perspectives[J].Computers & Education，2010.54：661-668

[7] 王曉明，易兵，徐瑞宇.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011.28（2）：15-17

[8] Godin， Benoit. 'Innovation Studies'： The Invention of a Specialty.Minerva： A Review of Science， Learning & Policy，2012.50（4）：397-421

[9] 何飛，郭乃珠.C++教學(xué)中關(guān)于學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)[J].考試周刊，2008.8：66-68

[10] 王美玲，付佳，肖烜.創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目-數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010.29（9）：125-127