高級語言程序設(shè)計的鞏固教學(xué)
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摘要：高級語言程序設(shè)計在高校信息技術(shù)類專業(yè)中非常重要。為鞏固學(xué)生在學(xué)習(xí)高級程序設(shè)計語言后解決問題的能力，該文提出一種基于圖形的高級程序設(shè)計語言的鞏固教學(xué)方法。該方法主要采取以圖形的形式表述課程知識點，設(shè)計圖形繪制相關(guān)課題給學(xué)生訓(xùn)練，幫助學(xué)生理解、提高學(xué)習(xí)興趣，分組討論、實踐并考核。經(jīng)過兩屆學(xué)生的檢驗，方法可行，效果良好。
關(guān)鍵詞：圖形；程序設(shè)計；鞏固教學(xué)；高級語言；DirectX
1引言
自從計算機發(fā)明出來，直到現(xiàn)在，它仍對人們的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生著巨大的影響。計算機在各個領(lǐng)域中的普及和應(yīng)用，使得高級語言程序設(shè)計成為信息技術(shù)類專業(yè)的核心課程。由于高級程序語言與自然語言的差異性，算法邏輯性強、概念抽象，以現(xiàn)有方式講授，學(xué)生在學(xué)習(xí)高級程序設(shè)計語言時，非常吃力。在一些高等院校中，雖然學(xué)生上完高級程序設(shè)計語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩門課程，已經(jīng)掌握一定的編程基礎(chǔ)，但是僅是在理論層面上和簡單知識點上，還未能用于解決實際問題或復(fù)雜問題。因此，有必要在后續(xù)實踐課程、必修課或選修課中，融入程序設(shè)計的要求，以使學(xué)生在畢業(yè)前，掌握足夠的能力。
2相關(guān)工作
“十三五”期間的《教育部關(guān)于加強高等學(xué)校在線開放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見》希望能夠通過多種方式使用在線開放課程，以達(dá)到人才的培養(yǎng)目標(biāo)。范江波等[1,2]提到教師的教學(xué)應(yīng)以知識習(xí)得為目的，從“知識型教學(xué)”向“能力型教學(xué)”轉(zhuǎn)變，主導(dǎo)教學(xué)過程，設(shè)計課上和課下相結(jié)合，翻轉(zhuǎn)與討論相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。教師要啟發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生喜歡上編程，同時課上講精、講清知識的脈絡(luò)。在高級語言程序設(shè)計教學(xué)中，往往會采用多媒體或計算機教學(xué)，課堂大多以理論灌輸為主，學(xué)生只能被動地接受這種灌輸，整個教學(xué)過程缺乏師生間的溝通，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性便無法充分調(diào)動。實踐環(huán)節(jié)，由于課時不足、學(xué)生理解能力有限、實踐內(nèi)容及實踐方法不合適等原因，教師并未有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，導(dǎo)致學(xué)生在實踐過程中只能根據(jù)指導(dǎo)書步驟來輸入代碼，甚至不清楚所輸入代碼的含義[3]。在實驗過程中，學(xué)生理解能力或?qū)W習(xí)態(tài)度不一致，導(dǎo)致學(xué)習(xí)步調(diào)不一。針對某些學(xué)生的某些問題進(jìn)行輔導(dǎo)，讓其他學(xué)生等待，是一種浪費。制作精美的微課件和微視頻，可以滿足人們對可視化畫面的使用愛好，增添趣味性和吸引力[4]。張榮等[5,6]提出在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計的過程中，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境是一個重要原則。他們使用大家熟悉的人物圖像作為角色排隊來講述排序算法，利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。陳靜在文章[7]中針對課堂教學(xué)形式單一，理論與實踐脫節(jié)；“學(xué)而不知所用”感強烈等問題，提出一種基于任務(wù)驅(qū)動的高級語言程序設(shè)計課程改革，其間讓學(xué)生兩到三人一組，合作設(shè)計完成任務(wù)，相互討論學(xué)習(xí)，消除知識茫然感。但是它并未涉及任務(wù)內(nèi)容或形式。陳彥君等[8]提到對于高級語言程序設(shè)計課程，注重編程能力的培養(yǎng)，筆試不能很好地測驗出來，應(yīng)通過實踐測評學(xué)生程序設(shè)計能力，線下課堂交流考查學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐并重的素養(yǎng)和能力?；趫D形的教學(xué)在初等或中等教育中，已經(jīng)使用得很多。王婷[9]提到從小人們學(xué)習(xí)知識都是由看圖識字、看圖說話來展開的，從圖的方式去理解事物是一種最直觀的方法。針對初中生的編程教學(xué)，有很長一段時間是采用VisualBasic來實踐，雖然它是可視化的編程工具，但是功能程序部分仍然是要文本編輯，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易覺得編程學(xué)習(xí)枯燥乏味。現(xiàn)在已經(jīng)有很多轉(zhuǎn)換成使用圖形化編程來代替。比如：Scratch、Hop⁃scotch、Alice等，還有Code.org在線平臺。用戶可以通過類似玩積木拼搭的方式，用一塊塊代表不同代碼的圖形模塊進(jìn)行編程，構(gòu)建出可以運行的程序，可以是應(yīng)用或游戲。讓學(xué)生對程序設(shè)計學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，激發(fā)自主學(xué)習(xí)性和創(chuàng)新思維[10]。當(dāng)前學(xué)習(xí)程序設(shè)計等課程，也可以采用圖形的方式，解釋復(fù)雜的原理過程。還使用該方法把一段文字轉(zhuǎn)換成了一個知識圖。通過一種圖形化存儲的動態(tài)分析方法，將抽象的內(nèi)存分配、變量值的變化過程直觀地展示給學(xué)生，幫助學(xué)生理解相關(guān)知識點[11,12]。該方法主要是涉及知識點的圖形化，還未讓學(xué)生使用這些知識去開發(fā)一些讓自己可直觀看到的東西。在實際教學(xué)過程中，由于每一門課都會涉及的很多其他內(nèi)容，所以不可能面面俱到，只要有關(guān)系，就必須講，而是有側(cè)重點，課時有限等原因，甚至把不重要的內(nèi)容透明化。比如：在C語言程序設(shè)計過程中，并不會去解釋main函數(shù)如何被調(diào)用。在講授圖像處理過程中，使用Matlab作為開發(fā)工具，將隱藏文件讀取、圖像顯示等功能代碼。
3基于圖形的鞏固教學(xué)思路
針對上過高級語言程序設(shè)計課程的學(xué)生，在解決問題的能力上還有欠缺，需要借助后續(xù)的實踐課程或其他專業(yè)課程來加強?；趫D形的高級語言程序設(shè)計鞏固教學(xué)思路，在知識點描述上，使用圖形讓學(xué)生更直觀地理解所述內(nèi)容；在程序設(shè)計上，借助DirectX圖形程序設(shè)計開發(fā)類庫，讓學(xué)生進(jìn)行圖形開發(fā)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。該教學(xué)思路主要從以下方面開展。
3.1用圖形展示知識結(jié)構(gòu)
對于還未開展過大項目開發(fā)的學(xué)生來說，一個DirectX圖形項目代碼，涉及的內(nèi)容太多。若讓學(xué)生自己看懂整個項目代碼，理清思路，是比較困難的。而實際上，當(dāng)前的主要任務(wù)也不是搞懂整個項目，而只是需要能夠了解框架，能夠使用該框架，加入必要的代碼來繪制特定圖形。因此，在線下，課前，教師需要把整個項目的框架，通過框圖的方式展示給學(xué)生，僅需要對后面可能會修改的區(qū)域做相對詳細(xì)的介紹。該框架以wWinMain函數(shù)為主體，其間調(diào)用到InitWindow、InitDevice、Ren⁃der等函數(shù)。圖中粗略介紹各個函數(shù)的調(diào)用關(guān)系和函數(shù)內(nèi)的主要功能.通過這樣一個框架圖，學(xué)生可以了解到整個項目的運行，而又不用陷入各種細(xì)節(jié)中去，無法理清頭緒。教師在講解過程中，可以側(cè)重于CreateWindow和ClearRenderTargetView兩個函數(shù)，讓學(xué)生知道基于該項目，可能會修改到的地方及其用途。
3.2提出創(chuàng)新性圖形繪制任務(wù)
在傳統(tǒng)的命令行式窗口中，輸出只能是以可打印的字符形式出現(xiàn)，因此，傳統(tǒng)的任務(wù)通常是要求用字符打印出不同圖案，或者對序列排序后打印出來等等。跟傳統(tǒng)的方法不一樣，這里采用圖形窗口程序為基礎(chǔ)，教師可以根據(jù)基礎(chǔ)項目的內(nèi)容，要求學(xué)生在此基礎(chǔ)上開展各種圖形的繪制。比如：前面的Tutori⁃al01項目，可以要求修改窗口大小、變換背景顏色、讓背景色隨著時間不斷漸變。這樣讓學(xué)生直觀地看到自己修改的效果，提高學(xué)習(xí)興趣。若對基礎(chǔ)項目僅進(jìn)行單個簡單的修改，那么跟傳統(tǒng)的方式差別不大，因此，需要構(gòu)思一些相對復(fù)雜的任務(wù)，但把任務(wù)分解，各個子問題不用太大，避免需要花費太多時間才能理解，而失去信心。比如：隨著課程的開展，逐漸深入，InitDevice函數(shù)將變得更加復(fù)雜?；谶@個項目，就可以引申出，修改著色器、增加頂點、修改變換矩陣等等。可以要求學(xué)生繪制圖形式的問題：畫點、畫線、擦除、正弦線，跟其他課程知識相結(jié)合。
3.3小組開發(fā)和考核
在相同班級中，學(xué)生的水平也是參差不齊的，而且有些學(xué)生想對于跟教師，更習(xí)慣跟學(xué)生交流，因此，該鞏固教學(xué)采用分小組的形式來開展討論和開發(fā)。小組共同分析所給任務(wù)，討論思路，接下來每個人都進(jìn)行編寫代碼。分組的時候，主要以自愿為主，根據(jù)具體情況做微調(diào)。這樣他們相互溝通順暢些，同時避免強強聯(lián)手，弱者聚群，起不到相互指導(dǎo)的作用。通常分小組的一個弊端，就是有些學(xué)生會僅掛名，不動手。這就需要在考核的時候規(guī)避這個問題。采取逐個答辯的方式來考核。答辯的時候，需要教師對整個任務(wù)有深入的了解，針對學(xué)生的代碼，抽取具體功能代碼段進(jìn)行問答，以此來得出學(xué)生的評價。當(dāng)學(xué)生對所問問題都能回答到位，基本上也就掌握所作任務(wù)了。
4教學(xué)開展效果
依據(jù)前面敘述的教學(xué)方法，切實使用到了兩屆學(xué)生的課程中。第一屆為選修課“計算機圖形與動畫技術(shù)”，共31人選修；第二屆為必修課“圖形圖像處理”，共53人上。從成績分布來看，基本上成正態(tài)分布，能夠區(qū)分學(xué)生的水平層次。學(xué)生反應(yīng)良好，從課程學(xué)習(xí)過程中，不僅學(xué)到計算機圖形相關(guān)的內(nèi)容，還提高了程序設(shè)計能力。
5結(jié)論
該文針對上完高級程序設(shè)計語言課程后，能力還未能解決實際問題，需要鞏固的情況，提出一種基于圖形的高級程序設(shè)計語言鞏固教學(xué)方法。在其他課程開展過程中，以圖形的方式展示主要的知識脈絡(luò)和架構(gòu)，再以圖形設(shè)計內(nèi)容為學(xué)生設(shè)計題目，并進(jìn)行分組實現(xiàn)和考核。經(jīng)過兩屆學(xué)生的使用檢驗，方法可行，效果良好。當(dāng)然，知識架構(gòu)的圖形化和題目設(shè)計，對不同的課程需要，仍需要相應(yīng)的分析和設(shè)計。
參考文獻(xiàn)：
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作者：鄧正杰 蔣文娟 莫壯堅 單位：海南師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院