房琛琛，謝 濤，齊 琪

（西安交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心， 陜西 西安 710049）

0 引 言

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程是許多高校理工科類的公共基礎(chǔ)課程之一。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。然而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是：教師先講授實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)，然后布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)；學(xué)生上機(jī)編程實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，學(xué)生提交一份電子或紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告；教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出學(xué)生此次實(shí)驗(yàn)成績(jī)。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式普遍存在一些問題：①先教師講授再上機(jī)實(shí)踐，學(xué)生基本就是按部就班完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或者講義上內(nèi)容，無法培養(yǎng)動(dòng)手能力和思考能力[1]；②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際問題聯(lián)系較弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)目的性不強(qiáng)，不能達(dá)到學(xué)以致用[2-3]；③實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容設(shè)計(jì)不能真實(shí)反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，不能反映學(xué)生的實(shí)際操作能力。這些不足導(dǎo)致無法培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手編程能力和創(chuàng)新能力。

1 將Flash技術(shù)融入到計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中

隨著Flash技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)lash動(dòng)畫已經(jīng)進(jìn)入到教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的教學(xué)往往受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限，不能達(dá)到理想的教學(xué)效果。通過Flash技術(shù)可以把一些難于表述清楚的知識(shí)點(diǎn)或難點(diǎn)制作成動(dòng)畫案例，讓學(xué)生更好地理解知識(shí)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性。為了達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果，可以設(shè)計(jì)具有互動(dòng)性的動(dòng)畫案例，使學(xué)生參與教學(xué)，提高教學(xué)效果。

在制作Flash動(dòng)畫時(shí)可以采取兩種方式：①順序播放式用于演示操作或者順序流程之類的案例；②交互式是通過鍵盤或者鼠標(biāo)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)交互的效果。教師可以針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)案例，根據(jù)其內(nèi)容特點(diǎn)選擇不同方式的動(dòng)畫。

在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程中，以程序代碼的講解為例，可以設(shè)計(jì)程序的單步執(zhí)行動(dòng)畫案例，當(dāng)程序運(yùn)行到某一行時(shí)，變量的值是多少，或表達(dá)式的值是多少，都可以通過動(dòng)畫形式一步一步演示，使學(xué)生對(duì)程序的每行代碼都有深入的了解。

還可以通過Flash動(dòng)畫制作出一些類似于教具的軟件，這里簡(jiǎn)稱電子教具，如生成一個(gè)畫板工具，實(shí)現(xiàn)流程圖的制作等。這些教具并不是一個(gè)完整的案例，但是能給老師提供一個(gè)虛擬的演示工具。

總之，F(xiàn)lash動(dòng)畫在幫助學(xué)生理解掌握知識(shí)點(diǎn)上起到了催化劑的作用。Flash以可視化和多媒體化的形式展示內(nèi)容，容易聚集學(xué)生的注意力，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，學(xué)生會(huì)覺得更生動(dòng)形象，更容易理解知識(shí)內(nèi)容，并且因其互動(dòng)性好，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與感[4]。

2 實(shí)驗(yàn)案例的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思想

實(shí)驗(yàn)案例的設(shè)計(jì)應(yīng)該將不同層次的知識(shí)點(diǎn)貫穿起來，將現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)逐步遷移到下一知識(shí)層次[5]。所以，在進(jìn)行案例設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮此次實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)層次，并考慮如何將這些知識(shí)點(diǎn)根據(jù)層次的深入而貫穿起來。

例如，在學(xué)習(xí)排序算法的過程中，學(xué)生經(jīng)常遇到的問題是：為什么出現(xiàn)多種排序算法？某一特定的問題需要使用哪種排序算法？所以，在設(shè)計(jì)“排序算法比較”實(shí)驗(yàn)案例時(shí)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪亲寣W(xué)生自主探索、思考、發(fā)現(xiàn)排序算法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用性，能編程實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問題，并能歸納、總結(jié)、演示。

2.2 “排序算法比較”的實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)

排序是計(jì)算機(jī)內(nèi)經(jīng)常進(jìn)行的一種操作，在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。其目的就是將一組無序的記錄序列調(diào)整為有序的記錄序列。排序的算法有很多種，本次實(shí)驗(yàn)選取了經(jīng)典的3種排序算法。

學(xué)生通過老師的講授以及用電子教具操作實(shí)踐，加深對(duì)3種排序算法的理解。學(xué)生在上機(jī)實(shí)踐中，用C語言編程實(shí)現(xiàn)冒泡排序、選擇排序、快速排序3種算法，并對(duì)比多種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)給定的3種實(shí)際應(yīng)用案例選擇合適的算法實(shí)現(xiàn)并總結(jié)證明。具體實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。

圖1 案例實(shí)現(xiàn)方案

1）知識(shí)講解。

排序算法在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，但是教學(xué)中學(xué)生不容易接受。為了便于學(xué)生理解排序算法的思想，本案例采用Flash動(dòng)畫展示排序的過程，生動(dòng)形象的展現(xiàn)手段改進(jìn)了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，便于學(xué)生理解和掌握排序的相關(guān)概念，進(jìn)行編程應(yīng)用。圖2展示了冒泡排序的Flash動(dòng)畫畫面。

圖2 用Flash演示冒泡排序算法

2）方法引導(dǎo)。

為了讓學(xué)生對(duì)算法有更深刻的了解，本案例通過撲克牌電子教具，讓學(xué)生手動(dòng)模擬3種排序算法的過程，理解編程實(shí)現(xiàn)的思路。電子教具是用Flash制作的模擬真實(shí)撲克牌的交互式動(dòng)畫，學(xué)生可以手動(dòng)拖動(dòng)卡片，模擬不同算法的排序過程。

3）上機(jī)實(shí)踐指導(dǎo)。

針對(duì)學(xué)生在上機(jī)編程實(shí)現(xiàn)過程中遇到問題，教師有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)，鼓勵(lì)他們相互討論。在實(shí)驗(yàn)過程中，啟發(fā)學(xué)生思考對(duì)比實(shí)驗(yàn)的分類目的，引導(dǎo)學(xué)生得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

4）對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

用4種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來運(yùn)行3種排序算法，完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析表。包括：基于3種不同樣本大小的完全隨機(jī)數(shù)據(jù)的3種排序算法對(duì)比分析表（表1）；基于3類不同數(shù)據(jù)特征數(shù)據(jù)的3種排序算法對(duì)比分析表（表2）。其中，完全隨機(jī)數(shù)據(jù)要求學(xué)生使用隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生；接近正序數(shù)據(jù)/接近反序數(shù)據(jù)/較多重復(fù)數(shù)據(jù)，學(xué)生可以自己生成，也可使用教師提供的數(shù)據(jù)做實(shí)驗(yàn)。

表1 3種排序算法實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)（完全隨機(jī)數(shù)據(jù)）

表2 3種排序算法實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)（非隨機(jī)數(shù)據(jù)，樣本大小N=100）

5）實(shí)際應(yīng)用。

選擇合適的算法應(yīng)用到實(shí)際案例中，詳細(xì)地描述解決問題的思路，并對(duì)通過運(yùn)行程序得出的結(jié)果進(jìn)行論證。3個(gè)實(shí)際案例如下。

實(shí)際案例1：統(tǒng)計(jì)學(xué)生信息。某班班長(zhǎng)有一份學(xué)生基本信息表(已按照學(xué)號(hào)從小到大排序)。現(xiàn)要求按照年齡從小到大的順序重新排序。要求：年齡相同的學(xué)生，學(xué)號(hào)按照小的在前，大的在后。請(qǐng)你只做一遍排序，就能幫班長(zhǎng)把統(tǒng)計(jì)表整理好。

實(shí)際案例2：換座位。某班團(tuán)支部組織全班30名同學(xué)觀看愛國主義教育電影。座位選擇了某區(qū)的一排。30名同學(xué)持票入場(chǎng)后并未對(duì)號(hào)入座。電影開場(chǎng)后工作人員要求必須按照票號(hào)就坐。為了不影響其他觀影人員，工作人員每次只能調(diào)整2名同學(xué)的座位。請(qǐng)問：最少調(diào)整多少次才能使30名同學(xué)坐到自己的座位上(工作人員已記錄了30名同學(xué)的目前的座位號(hào)和票號(hào)）？

實(shí)際案例3：統(tǒng)計(jì)期末考試成績(jī)。某學(xué)生幫助院教務(wù)老師統(tǒng)計(jì)某一級(jí)全院學(xué)生公共科目“高數(shù)”的期末考試成績(jī)。上報(bào)的統(tǒng)計(jì)表格包含3列信息（姓名、學(xué)號(hào)、成績(jī)）。要求：成績(jī)從高到低排名，成績(jī)相同的按照學(xué)號(hào)從小到大排序。請(qǐng)問：如果需要你來完成此工作，請(qǐng)給出排序的設(shè)計(jì)思路。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與驗(yàn)收

（1）程序驗(yàn)收：程序是否能編譯通過。若能通過，查看結(jié)果的正確性。

（2）實(shí)驗(yàn)質(zhì)量：總分100。上機(jī)實(shí)現(xiàn)3種排序算法占60%，運(yùn)行程序完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析表占20%，選擇合適的算法應(yīng)用到實(shí)際案例中并論證占20%。

（3）自主獨(dú)立：自主思考與獨(dú)立實(shí)踐能力。能夠獨(dú)立完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析表，并能給出正確的結(jié)論。自主分析實(shí)際應(yīng)用案例問題，給出解決思路，并通過運(yùn)行程序論證答案的正確性。

（4）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性與完整性，要求有對(duì)比實(shí)驗(yàn)表（時(shí)間、交換次數(shù)、穩(wěn)定性），并給出結(jié)論、實(shí)際案例的分析總結(jié)等。

3 結(jié) 語

以“排序算法的比較”內(nèi)容為例，從學(xué)習(xí)研究、對(duì)比分析、實(shí)現(xiàn)調(diào)試、總結(jié)、驗(yàn)收過程進(jìn)行案例設(shè)計(jì)，將講解、思考、動(dòng)手、實(shí)踐于一體。通過對(duì)排序算法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)和分析，加深學(xué)生對(duì)3種不同排序算法原理的理解，重點(diǎn)了解它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。同時(shí)，讓學(xué)生上機(jī)實(shí)踐，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)特定場(chǎng)景案例選擇合適的算法并論證。從分析到論證，比較容易激發(fā)學(xué)生對(duì)算法學(xué)習(xí)的興趣，提升他們的成就感。與以往學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的區(qū)別還在于，在上機(jī)實(shí)踐前先讓他們自己通過電子教具手動(dòng)排序，加深理解理論，為他們上機(jī)編程提供思路?；韭鋵?shí)以學(xué)生遇到問題為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)際需求為歸宿[6]，加強(qiáng)基本編程思維和方法的訓(xùn)練。

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，能夠使用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題。采用Flash動(dòng)畫加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為其進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。兩年來，以該方法設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)案例，學(xué)生反饋學(xué)習(xí)效果良好。下一步計(jì)劃就是制作一系列實(shí)驗(yàn)案例所需要的Flash動(dòng)畫，將實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)得更細(xì)致、更完善。

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