劉暢　諶衛(wèi)軍　鄭莉

摘要：實踐教學(xué)在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的作用不容忽視，如何在計算機基礎(chǔ)教學(xué)過程中更好地發(fā)揮實踐教學(xué)應(yīng)有的作用，使得學(xué)生不僅能應(yīng)用課堂所學(xué)知識，還能激發(fā)創(chuàng)新思維，是實踐教學(xué)的目的之一。文章通過對c++語言程序設(shè)計課程中學(xué)生提交的優(yōu)秀大作業(yè)進行介紹與點評，展示學(xué)生在應(yīng)用c++時體現(xiàn)出的創(chuàng)新性和良好的綜合素質(zhì)；通過分析每個優(yōu)秀作業(yè)的優(yōu)點，指出基礎(chǔ)教育課程中的實踐教學(xué)應(yīng)如何更好地激發(fā)學(xué)生興趣和靈感，以鍛煉學(xué)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)；計算機基礎(chǔ)教學(xué)；創(chuàng)新思維；c++語言程序設(shè)計

0、引言

21世紀已經(jīng)步入信息時代，國家對于信息人才的需求也越來越強烈。針對國家的特定需求，高校更加注重復(fù)合型人才的培養(yǎng)。作為其中的重要一環(huán)，計算機教學(xué)之路也在逐步地探索和改革中日益完善。對于面向各個專業(yè)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)，教師在傳授課堂基本知識的基礎(chǔ)上，需要考慮如何更好地啟發(fā)不同專業(yè)學(xué)生對于計算機的興趣，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用在各自領(lǐng)域中。實踐教學(xué)在啟發(fā)學(xué)生興趣和鍛煉學(xué)生動手能力方面尤為重要。筆者中的第一作者通過擔任c++語言程序設(shè)計課程助教一職，對實踐課程中的優(yōu)秀作業(yè)進行點評，總結(jié)出計算機基礎(chǔ)教學(xué)中實踐教學(xué)在啟發(fā)學(xué)生自主探索學(xué)習(xí)方面的一些經(jīng)驗。

1、實踐教學(xué)在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的定位

計算機基礎(chǔ)教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)復(fù)合型人才的重要組成部分。其中一項重要內(nèi)容就是要潛移默化地使學(xué)生養(yǎng)成一種新的思維方式，即能夠運用計算科學(xué)的基礎(chǔ)概念對問題進行求解、系統(tǒng)設(shè)計和行為理解，亦即建立計算思維。培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，使其能夠在各自專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用該思維系統(tǒng)地分析問題、解決問題是計算機基礎(chǔ)教學(xué)的目的之一。

隨著教學(xué)方法的進步，計算機基礎(chǔ)教學(xué)的理論知識在課堂中可以很好地得到傳授，如多媒體教學(xué)等；而在實踐教學(xué)方面，側(cè)重點更在于對理論知識的實踐與驗證，旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決具體問題的能力，希望能夠啟發(fā)學(xué)生的興趣，應(yīng)用計算思維自主設(shè)計問題并探索解決問題的方法。因此，實踐教學(xué)不僅僅是簡單地完成教學(xué)指導(dǎo)書中的相應(yīng)內(nèi)容和對課堂理論教學(xué)進行實踐驗證，還要達到啟發(fā)學(xué)生思考并提問進而實踐創(chuàng)新的目的。

2、特定風(fēng)格隨機音樂旋律的生成及計算機變奏編曲

2.1 音樂生成程序創(chuàng)作背景

特定風(fēng)格隨機音樂旋律生成程序以計算機音樂為背景，旨在通過計算機生成隨機音樂旋律，以此為作曲家提供靈感。該程序針對當前已有隨機音樂生成程序不能對給定旋律進行變奏、編曲的缺陷進行改進，主要目的是生成特定風(fēng)格的旋律和對給定旋律進行變奏編曲，如中國五聲音階風(fēng)格、埃及古典音樂風(fēng)格、西方浪漫派風(fēng)格等，能夠根據(jù)用戶提供的簡單要求，隨機生成一段音樂旋律并給旋律添加伴奏以構(gòu)成完整的音樂。

程序基于控制臺應(yīng)用進行開發(fā)，從TXT文本文件讀取給定旋律的基本信息，通過設(shè)計的和聲、旋律與伴奏生成算法，最終輸出一組具有指定風(fēng)格的MIDI格式音樂。

該程序作者是經(jīng)管學(xué)院的學(xué)生，其業(yè)余愛好為彈鋼琴和聲樂創(chuàng)作。從該生的大作業(yè)中可以明顯看出興趣是最好的老師。當學(xué)生從被動地完成作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橛膳d趣主動驅(qū)使時，往往能夠創(chuàng)作出極具想象力與創(chuàng)造力的作品，因此鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在自己感興趣的領(lǐng)域進行創(chuàng)作，而不僅僅局限于已經(jīng)成形的、網(wǎng)絡(luò)上的大量參考程序很有必要。

2.2 程序主要技術(shù)難點及解決方法

該程序中的一個難點在于c++高級開發(fā)的自主學(xué)習(xí)，即音樂的生成和保存問題。該問題涉及聲音的處理，這在c++語言程序設(shè)計課程中沒有講授。該生在經(jīng)過充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，最終選擇MIDI作為程序的輸出方式。MIDI是一種二進制文件，主要由頭塊和緊接著的多個音軌塊構(gòu)成，C++中的fstream類正好可以方便地進行二進制文件的創(chuàng)建和讀寫，因此該生通過上述的MIDIFile類、Chunk類等實現(xiàn)MIDI文件的制作。

第二個難點在于生成音樂過程中的音樂記號表示問題。雖然將隨機的序列按照算法映射到音符上可以產(chǎn)生隨機音樂，但是這種音樂沒有參考價值，也稱不上是音樂，此外如何將音符在計算機中表示也很困難。該生靈活地運用c++中自底向上的設(shè)計思想，先構(gòu)造最簡單的音符類，然后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建和旋類，最后構(gòu)成和聲類。

最后一個難點是生成音樂過程中隨機音樂和非隨機音樂之間的平衡問題。該生通過查閱聲樂方面的書籍和文獻，確定程序中生成音樂的“非隨機”模塊，進而應(yīng)用這些“非隨機”模塊作為基本元進行隨機組合，從而平衡了生成音樂過程中的隨機性與非隨機性。

從這個過程可以看出，在興趣的驅(qū)使下，學(xué)生變得更為主動，能夠自主探索解決問題的方法；同時，教師也應(yīng)當為學(xué)生指明大方向，授之以漁，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力。

2.3 程序類圖及核心算法設(shè)計

特定風(fēng)格音樂生成器類圖設(shè)計邏輯清晰，可以看出該生對于c++類的掌握和應(yīng)用十分嫻熟，這是設(shè)計出良好程序的前提保證。

該程序核心算法可以分為兩部分，其一是音樂部分算法，其二是文件部分算法。前者又分為和聲模塊生成算法及旋律伴奏生成算法，后者又分為事件的處理和文件的操作。由于生成算法中涉及過多的聲樂知識，此處便不再贅述。

2.4 程序點評

首先，從c++語言程序設(shè)計課程的教學(xué)目的和要求出發(fā)，該生完全掌握了所要求的內(nèi)容，能夠運用C++面向?qū)ο笤O(shè)計的思想靈活設(shè)計程序；對類的設(shè)計邏輯清晰，封裝性良好；運用了課程上所講授的所有內(nèi)容，展現(xiàn)出良好的c++程序設(shè)計能力。

同時，該生能夠結(jié)合自己的業(yè)余興趣愛好，從聲樂角度出發(fā)進行創(chuàng)作，利用C++這個有力的工具實現(xiàn)具有指定風(fēng)格的隨機音樂生成。最終驗收效果良好，每次運行指定風(fēng)格的生成模式會產(chǎn)生一組MIDI文件，每個都會播放出相似風(fēng)格但不同的鋼琴演奏曲。由此可見，該程序很好地達到了作者的預(yù)期，為作曲者提供靈感。endprint

相比其他守舊的程序，該程序最大的亮點在于學(xué)生結(jié)合了自己的興趣，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用在音樂創(chuàng)作上，學(xué)以致用。實踐教學(xué)的初期選題階段應(yīng)該以此種案例作為榜樣，鼓勵學(xué)生探索創(chuàng)新，結(jié)合自身愛好進行創(chuàng)作，從而拓寬學(xué)生思路，激發(fā)創(chuàng)作靈感。

3、基于MFC的上位機軟件設(shè)計

3.1 程序背景及功能介紹

基于MFC的上位機軟件設(shè)計程序針對全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯全國智能車競賽，采用C++語言，基于MFC框架，對智能車自主尋線部分所采集回的圖像進行處理。

由于下位機微控制器MCU沒有圖像顯示功能，因此該程序作者萌發(fā)了在上位PC機編寫軟件的想法，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，方便圖像處理工作的開展，從而進一步檢驗智能車尋線算法的正確性。

該程序能夠完成如下功能：攝像頭原始圖像以及處理之后的圖像顯示；可直接在上位機編寫圖像處理算法，通過代碼移植的方式簡化開發(fā)過程；車模運行過程中其他基本信息的示波器方式動態(tài)顯示；上位機與下位機的交互界面，實現(xiàn)參數(shù)傳遞?；贛FC的上位機軟件設(shè)計如圖l所示，軌道灰度圖如圖2所示，圖像直方圖如圖3所示。

與上一個從興趣出發(fā)所設(shè)計的程序不同，該生的程序源自實際需求，其在參加競賽培訓(xùn)時聯(lián)想到所學(xué)c++的知識并將其應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理中，達到非常好的實踐效果。教師同樣可以鼓勵學(xué)生結(jié)合自身專業(yè)，從實際需求出發(fā)設(shè)計出能夠解決其他課程問題的程序，也能對學(xué)生起到很好的鍛煉作用。

3.2 程序主要技術(shù)難點及算法設(shè)計

該程序是一個綜合性非常強的程序，其整合了上下位機串口通訊、智能車攝像頭圖像獲取及顯示、圖像分析處理、波形顯示等。其中每一部分都具有一定的技術(shù)難度。

首先，該生未接觸過MFC，需要自行學(xué)習(xí)。對于MFC單文檔視圖的整體結(jié)構(gòu)把握、類與類之間的函數(shù)相互調(diào)用以及數(shù)據(jù)共享中的許多細節(jié)問題，該生要下很大工夫研究。

其次，對于串口通訊協(xié)議的設(shè)計，尤其是虛擬示波器模塊的“通訊協(xié)議”以及相關(guān)類設(shè)計需要深入考慮，同時，如何接受多條數(shù)據(jù)類型、起始位、數(shù)據(jù)數(shù)目不定的曲線信息，也是程序邏輯設(shè)計的難點所在。

最后，由于該程序的應(yīng)用性很強，需要和底層下位機相互交互，因此需要對動態(tài)鏈接庫的動態(tài)加載以及與單片機端相協(xié)調(diào)的函數(shù)接口進行分析與設(shè)計。

在程序算法設(shè)計方面，圖像的獲取與顯示采用雙緩存技術(shù)，實現(xiàn)后臺采集與前臺顯示的獨立，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定與高效；運用vector容器進行數(shù)據(jù)管理，從而提高數(shù)據(jù)處理的簡便性以及數(shù)據(jù)接受過程中的穩(wěn)定與高效；采用序列化信息存儲方法，將基本信息保存為二進制文件，使得應(yīng)用程序在下次運行時能夠調(diào)用保存的大量配置信息，增加程序復(fù)用性。

3.3 程序點評

該程序最大的特點就是綜合性和應(yīng)用性強。據(jù)了解，該程序已經(jīng)使用在該生飛思卡爾實驗隊伍里，對智能車所獲取的數(shù)據(jù)進行分析與處理。

這也就是我們最希望看到的結(jié)果。c++語言程序設(shè)計課程不僅僅是想要學(xué)生了解基本概念、運行機制與原理，更希望學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用到實際生活中。與傳統(tǒng)照本宣科的課程不同，c++語言程序設(shè)計課程教學(xué)最重要的一點就是親自動手實踐，不僅需要完成相應(yīng)實驗內(nèi)容，還要求學(xué)生發(fā)揮想象力與創(chuàng)造力，設(shè)計出優(yōu)秀的工程程序。

4、結(jié)語

計算機科學(xué)與技術(shù)系語言設(shè)計類課程中的實驗課旨在鍛煉學(xué)生利用課程中學(xué)習(xí)到的理論知識解決實際問題。實踐教學(xué)中大作業(yè)是實現(xiàn)該目標的一種好方法，從初期的選題設(shè)計、中期的編碼調(diào)試到后期的結(jié)題文檔書寫等，都能夠起到很好的應(yīng)用所學(xué)知識的作用。我們期望越來越多的學(xué)生能夠結(jié)合自身興趣和專業(yè)，利用所學(xué)知識解決與自身密切相關(guān)的問題，切身體會到C-H-語言的實用魅力。因此，教師在教學(xué)過程中要注意調(diào)動學(xué)生的積極性，展現(xiàn)計算機在各個領(lǐng)域中的作用與魅力，從而激發(fā)學(xué)生的潛在興趣，使學(xué)生得到全方位的鍛煉，實現(xiàn)培養(yǎng)具有計算思維的復(fù)合型人才的宗旨。endprint