賴錦輝

摘要：針對目前程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程知識點(diǎn)分散，學(xué)生感覺枯燥和乏味，不知如何應(yīng)用等問題，論述程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程與專業(yè)結(jié)合教學(xué)的可能性，提出具體的案例教學(xué)設(shè)計(jì)和方法。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；課程改革；孤立；工具改造者；專業(yè)結(jié)合

0 引言

程序設(shè)計(jì)類課程是大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生接觸的第一門計(jì)算機(jī)編程語言，課程目的是提供一種廣義的解決問題的技能n]，可以用在任何編程設(shè)計(jì)中。在傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)類教學(xué)過程中，一般按照數(shù)據(jù)類型、操作符、分支語句、循環(huán)語句、輸入輸出、模塊化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的順序教學(xué)并舉例說明。實(shí)踐證明，這種過程周期較長，而且實(shí)驗(yàn)課程難以安排，盡管很多教師都對教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行了很多改革以期提高教學(xué)質(zhì)量，但有證據(jù)表明，如果不在一個(gè)具體領(lǐng)域內(nèi)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)這樣的抽象概念，學(xué)生很可能什么都學(xué)不會(huì)。程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)作到與專業(yè)應(yīng)用案例相結(jié)合，使得學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)程序去解決本專業(yè)領(lǐng)域的某些問題，而不是孤立地去講解一個(gè)個(gè)分散的知識點(diǎn)。

1 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教師方面

當(dāng)前，程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)活動(dòng)主要以教師講解為主，大部分同學(xué)是課堂上聽懂了，一旦自己編程就感覺很陌生，不知從何人手。為了提高教學(xué)效果，很多教師都作了改革，如用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、項(xiàng)目教學(xué)法、PBL教學(xué)法㈤等。還有的教學(xué)改革是從課程建設(shè)角度來進(jìn)行，從課程內(nèi)容的補(bǔ)充完善、實(shí)訓(xùn)案例擴(kuò)充、加強(qiáng)師生互動(dòng)等方面進(jìn)行深度探索。此外為了提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，基于網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行的教學(xué)改革也越來越多。

1.2 學(xué)生方面

目前一個(gè)普遍的問題是，學(xué)生抱怨程序設(shè)計(jì)課程內(nèi)容過于抽象和枯燥。他們通常認(rèn)為程序設(shè)計(jì)類課程是一門孤立的學(xué)科，與其他課程和將來工作沒有關(guān)系，這導(dǎo)致很多學(xué)生對該門課程產(chǎn)生“無用論”思想和抵觸情緒，更糟糕的是導(dǎo)致心理障礙，一看到代碼就會(huì)產(chǎn)生恐懼感，更有甚者會(huì)從此拒絕學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)有關(guān)的知識。

2 改革目標(biāo)

教學(xué)實(shí)踐表明，過多的抽象概念和理論只會(huì)在學(xué)生和教師之間豎起高墻。我們的目標(biāo)是讓學(xué)生能在很短時(shí)間內(nèi)寫出有意義的程序，而不是把重點(diǎn)放在語言細(xì)節(jié)上。因此在講程序設(shè)計(jì)課程中直接使用專業(yè)應(yīng)用案例，向?qū)W生展示程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和語句實(shí)例，進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行和數(shù)據(jù)測試，直面解決專業(yè)領(lǐng)域問題的方法。這種教學(xué)設(shè)計(jì)把原來孤立的程序設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成為面向?qū)I(yè)問題的程序設(shè)計(jì)教學(xué)，通過設(shè)計(jì)良好的案例展示，學(xué)生不僅清晰地理解程序結(jié)構(gòu)形成的過程，并將程序設(shè)計(jì)與專業(yè)問題的求解一并形成知識記憶關(guān)聯(lián)，而不再是一個(gè)一個(gè)離散的程序設(shè)計(jì)語言語法知識點(diǎn)。所以講好程序設(shè)計(jì)類課程的關(guān)鍵之一是使學(xué)生感到課程教學(xué)、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與他們專業(yè)應(yīng)用和發(fā)展相關(guān)聯(lián)。

大部分情形下，不必讓學(xué)生從零開始編程，而是改造他人已編寫好的程序用于解決新問題，形成新的功能，因此案例選擇很重要。

3 具體專業(yè)案例教學(xué)過程

很多教師都知道專業(yè)結(jié)合案例教學(xué)的重要性，并努力做到教學(xué)活動(dòng)不與專業(yè)脫節(jié)，但在選擇案例上往往無從下手。實(shí)際上，在設(shè)計(jì)專業(yè)應(yīng)用案例過程中，一些交叉性的、共性的東西，都可以作為結(jié)合點(diǎn)。

1）前期準(zhǔn)備。

跨學(xué)科的教學(xué)方法對教師提出了更高的要求。首先，教師盡量固定在某個(gè)專業(yè)大類上課，深入了解專業(yè)群人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)計(jì)劃和方案，及時(shí)關(guān)注社會(huì)新聞與行業(yè)動(dòng)態(tài)；其次，要與專業(yè)課教師、輔導(dǎo)員等密切聯(lián)系與溝通，積極參與學(xué)生社團(tuán)和專業(yè)活動(dòng)，努力將自身打造為“專家型教師；第三，教師要積極在自身潛力與教學(xué)方面不斷挖掘，努力鉆研，善于發(fā)現(xiàn)，認(rèn)真研究應(yīng)用案例與各個(gè)專業(yè)之間的最佳結(jié)合點(diǎn)，努力作好基礎(chǔ)為專業(yè)服務(wù)的教學(xué)工作。

廣東石油化工學(xué)院是華南地區(qū)唯一一所石油化工特色院校，高分子專業(yè)是特色專業(yè)，該專業(yè)主要培養(yǎng)具有高分子材料與工程專業(yè)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，掌握高分子材料的化學(xué)組成、合成制備、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系和加工應(yīng)用等全面知識的高級技術(shù)人才。筆者以高分子專業(yè)為教學(xué)對象，在深入了解該專業(yè)開設(shè)課程及實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)后，設(shè)計(jì)出符合高分子專業(yè)的程序設(shè)計(jì)案例，以求拋磚引玉，為其他教師帶來示范。

2）案例挖掘。

在挖掘?qū)I(yè)應(yīng)用案例中，可以參考情境概念教學(xué)中所應(yīng)用的不同案例：物理學(xué)專業(yè)喜歡使用力學(xué)的例子討論速度和加速度，熱動(dòng)專業(yè)可能討論反應(yīng)速率和動(dòng)態(tài)均衡的例子，國貿(mào)專業(yè)傾向于匯率、稅務(wù)等的數(shù)值計(jì)算。對這些例子進(jìn)行分析和理解后，教師可以再進(jìn)行抽象，從中提取數(shù)據(jù)規(guī)律。實(shí)際上，從這些專業(yè)的分支得到的案例和基礎(chǔ)知識，很容易同計(jì)算的概念結(jié)合。

以高分子專業(yè)為例，在“分子的立體構(gòu)型”這一節(jié)中提到“雜化軌道”的理論，并且雜化類型包括sp1、sp2和sp3三類，其中甲烷（CH4）屬于sp3雜化（英語：sp3 hybridization），是指一個(gè)原子同一電子層內(nèi)由一個(gè)ns軌道和三個(gè)np軌道發(fā)生雜化的過程。原子發(fā)生sp3雜化后，上述ns軌道和np軌道便會(huì)轉(zhuǎn)化成為四個(gè)等價(jià)的原子軌道，稱為“sp3雜化軌道”。

在課堂上，要求同學(xué)們編程實(shí)現(xiàn)描繪出“甲烷分子sp3雜化軌道”，值得一提的是，高分子專業(yè)的學(xué)生對“sp3雜化軌道”的概念早就熟知，教師不必浪費(fèi)時(shí)間去講解題目，實(shí)際上，很多時(shí)候，對于教師要求的編程任務(wù)，如果學(xué)生費(fèi)半天勁還看不懂題目，又何談編程呢？

因?yàn)槲覀儗I(yè)開設(shè)的程序設(shè)計(jì)語言是VB，因此，以vB為例，程序的最終結(jié)果如下。

圖1是一個(gè)動(dòng)態(tài)演示過程。首先，引導(dǎo)學(xué)生如何實(shí)現(xiàn)4個(gè)橢圓、2個(gè)小圓、X軸、Y軸以及箭頭的繪制，特別要注意圓心的位置，這就要用到line（）函數(shù)和circle（）函數(shù)；其次，如何讓y軸左右的圓向原點(diǎn)移動(dòng)，這就要用到timer控件來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫；最后，當(dāng)左右的圓移動(dòng)到原點(diǎn)那一刻，如何顯示圖1（b）的結(jié)果，這實(shí)際上就是圖1（a）的所有圓都消失，也就是用到CLS方法，而在消失那一刻，再用上述2個(gè)函數(shù)在窗體上繪制出圖1（b）的5個(gè)圓，由此程序設(shè)計(jì)如下：endprint

Private SubTImerl_Timer（）

Forml.Cls每次都清屏，重新在新的圓心位置畫圓，因此就感覺是圓在移動(dòng)

Line（5000，1000）-（5000，9000）：Line（1000，5000）-（9000，5000）

Line（4900，1200）-（5000，1000）：Line（5000，1000）-（5100，1200）

Line（8800，4900）-（9000，5000）：Line（8800，5100）-（9000，5000）

X1=X1+10設(shè)置6個(gè)圓心位置，左邊的圓圓心x坐標(biāo)向右邊增加，右邊的圓圓心x坐標(biāo)向左邊增加

X2=X2-10

X3=X3+10

X4=X4-10

X5=X5+10：X6=X6-10

Circle（X1，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（X2，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（x3，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（X4，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（X5，5000），50：Circle（X6，5000），50

IfX3>4500 Then當(dāng)移動(dòng)到原點(diǎn)后，時(shí)鐘控件間隔設(shè)為0，表示不再移動(dòng)，然后把所有圖像全部清除，顯示新的圖像

Labe12.Visible=True：Timer1.Interval=0

Form1.Cls

Line（5000，1000）-（5000，9000）：Line（1000，5000）-（9000，5000）

Line（4900，1200）-（5000，1000）：Line（5000，1000）-（5100，1200）

Line（8800，4900）-（9000，5000）：Line（9000，5000）-（8800，5100）

Circle（5000，5000），1 500，vbBlue，，，0.7

Circle（3000，5000），500，vbBlue，，，0.5

Circle（7000，5000），500，vbBlue，，，0.5

Circle（3500，5000），50：Circle（6500，5000），50

EndIf

End Sub

3）能力引導(dǎo)。

能力引導(dǎo)包括3方面：一是讓學(xué)生學(xué)會(huì)成為“工具的改造者”，也就是改造他人編寫好的程序用于解決新問題，形成新的功能；二是學(xué)會(huì)在已有程序上進(jìn)行相關(guān)聯(lián)專業(yè)知識擴(kuò)展；三是讓學(xué)生了解專業(yè)領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)的局限性所不能解決的一些問題。

仍以“甲烷sp3雜化軌道”為例，對于能力引導(dǎo)的第一方面，可以讓學(xué)生編程描述乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）的雜化軌道，其雜化軌道分別是spl和sp2雜化；對于能力引導(dǎo)的第二方面，可以向?qū)W生提出問題，比如編程實(shí)現(xiàn)輸入某一物質(zhì)，根據(jù)相應(yīng)的公式計(jì)算其雜化軌道數(shù)以及雜化軌道類型，設(shè)計(jì)界面如圖2所示。

由以上案例可知，程序設(shè)計(jì)和化工并不是風(fēng)馬牛不相及，實(shí)際上，在程序設(shè)計(jì)中，化學(xué)與化工的理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)與信息處理、分析和測試等都能應(yīng)用在教學(xué)案例中。當(dāng)然，學(xué)生也應(yīng)該看到計(jì)算機(jī)的局限性，如對于光譜和磁性（例如氧分子的順磁性）等理論的描述，用程序設(shè)計(jì)則很難加以解釋，這是能力引導(dǎo)的第三方面。

4）學(xué)生實(shí)踐。

在教學(xué)過程中選擇案例不宜太復(fù)雜，應(yīng)該能對學(xué)生有各種啟發(fā)，比如編程描述實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，也激發(fā)學(xué)生不斷地在自己本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)中挖掘案例并加深對該實(shí)驗(yàn)的理解。為了使學(xué)生編程能更深入，而不是簡單地實(shí)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)處理，可以把學(xué)生設(shè)計(jì)的專業(yè)案例作為期末成績的主要組成部分。

5）作品展示。

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的上機(jī)實(shí)踐，很多學(xué)生都設(shè)計(jì)出了優(yōu)秀專業(yè)案例，如圖3—7所示。

4 調(diào)查與分析

筆者所在計(jì)算機(jī)中心全體教師積極做出嘗試，歷經(jīng)一個(gè)學(xué)期的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革，不斷挖掘?qū)I(yè)教學(xué)案例，深入到各專業(yè)中與教師和學(xué)生互動(dòng)，力求能消除學(xué)生對程序設(shè)計(jì)的陌生感和抵觸感，同時(shí)也促進(jìn)專業(yè)教師的發(fā)展和深化專業(yè)課程建設(shè)。表1為學(xué)生問卷調(diào)查與結(jié)果分析。

從問卷調(diào)查的結(jié)果來看，學(xué)生普遍對專業(yè)結(jié)合教學(xué)是很歡迎的，至少在他們看來是學(xué)得其所，而不是疲于應(yīng)付考試。

5 結(jié)語

作為通識課程的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程有其抽象和枯燥的特點(diǎn)，如果將案例教學(xué)與學(xué)生所熟知的專業(yè)背景相結(jié)合，而不是孤立地去講授一門課程或者離散地講解某個(gè)知識點(diǎn)，將極大豐富程序設(shè)計(jì)教學(xué)的內(nèi)容，也促進(jìn)學(xué)生對程序設(shè)計(jì)的理解和應(yīng)用。筆者給出了具體的專業(yè)結(jié)合案例和教學(xué)方法，以求能為其他教師帶來靈感和啟發(fā)，為其他基礎(chǔ)課程結(jié)合專業(yè)教學(xué)提供示范作用。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：郭田珍）endprint