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探析培養學生程序設計能力的有效策略
論文關鍵詞:程序設計 數據結構 算法 編碼 調試
論文摘要:該文分析了程序設計在學科中的地位以及程序設計有關的知識和能力構成,結合自己多年的計算機專業教學實踐,探討了在計算機教學中培養學生程序設計能力的有效策略。
計算機科學是一種創造性思維活動,其必須面向設計。計算機的本質是“程序的機器”, 只有懂得程序設計,才能懂得計算機,真正了解計算機是怎樣工作的。培養學生程序設計能力對計算機專業的學生來說不僅是培養職業技能的需要,也是培養大學生創造性思維的重要途徑。學習程序設計可以培養學生運用算法來解決實際問題的能力,這種解決問題的方式是計算機所獨有的,也只有通過對計算機的程序設計語言和程序設計方法的學習才有可能獲得這種解決問題的能力。
1 程序設計在計算機學科中的地位
程序設計是利用某種計算機語言,編制完成某一特定功能的程序的過程,是涉及描述、開發及有效實現求解的一系列活動,是利用計算機實現自動化的重要手段。
計算機學科主要是系統地研究信息描述和變換的算法過程,包括它們的理論、分析、設計、效率、實現和應用。可以這樣說,一切算法的基本問題是“什么能被自動化”以及“如何有效地自動化”。這個自動化的過程就是程序設計的過程。
程序設計語言是人們學習計算機的最基本的工具,也是人們學習計算機基礎與應用知識的基本課程。通過學習,使學生掌握程序設計的基本概念、基本知識和基本方法,養成良好的程序設計風格,得到一定的程序設計訓練,具備初步編寫程序解決實際問題的能力。程序設計也正是有形表達抽象思維的方法,在程序設計過程中貫穿閱讀判斷、分析思考、工具利用、抽象表達、綜合創造等多項技能,是理論、抽象、設計和應用的綜合能力培養過程。因此程序設計是計算機學科教學的重要內容之一,對計算機專業人才素質的培養至關重要。
2 程序設計的知識和能力構成
根據循序漸進的原則,與程序設計有關的教學內容主要有:計算機基礎知識和操作、程序設計語言和基本的程序設計方法、最基本的數據結構及其基本算法、常用的算法設計方法等。在學習這些知識的同時,必須與能力的訓練有機地結合起來。程序設計能力表現在以下幾個方面:
1)自然語言能力。要有較強的運用自然語言描述現實事物的能力,只有運用背景知識正確且清晰地陳述問題及其求解目標,才能確定程序的功能。
2)描述能力。程序設計是為了告訴計算機做什么和如何做。這就需要利用定義、定理、公式、函數等數學工具把問題形式化,建立數學模型。
3)數據結構設計能力。選擇合理的存儲結構,在計算機中表示數學模型,是程序設計的一個重要方面。
4)算法構造能力。好的程序由精心構造的、好的算法構成。給出問題求解的離散化計算過程,是程序設計中最具有創造性的工作。
5)程序編碼能力。用某種程序設計語言表達算法,盡管這種能力往往被認為技術含量不高,但也需要對程序設計語言的熟練掌握和對算法設計的深刻理解。
6)程序調試能力。程序調試能力是一種專業綜合技能,需要對程序設計語言和程序結構有深刻的理解,需要熟練的操作技能,需要會設置測試數據和設置程序斷點,這些都有待于學生在實踐中逐步積累經驗。
可以說,程序設計能力的高低很大程度上反映在駕馭自然語言、數學語言和計算機語言的能力上。這3種語言是人們畢生有用的3種通用智能工具。前兩者是后者的基礎,良好的和數學訓練是學好程序設計語言和培養程序設計能力的重要基礎。
3 培養程序設計能力的有效策略
知識的價值在于運用,知識的運用需要技能,而技能的形成則依賴訓練。程序設計知識的學習和能力的培養需要各方面的知識基礎,它是一個系統的教育訓練過程,需要多個教學環節的緊密配合才能完成。
1)明確教學要求
程序設計語言課程一般是為應用性教學而設置的,因此,課程的教學不僅僅是傳授知識,而且應該強調應用性,應該以培養學生的能力為主。程序設計語言的內容比較豐富,在教學中如果面面俱到,必會耗費較多課時,而且教學效果不一定好。因為過分強調程序設計語言的系統性和完整性就可能會轉移學生對課程重點的注意力,關鍵在于教會學生如何正確運用程序設計語言編寫程序,訓練實用編程能力。所以必須突出重點,突出應用性,側重教思想,即把程序設計語言的基本思想、基本、基本概念、基本知識和基本方法教給學生,使他們在學習中對硬件、軟件環境、程序設計的基本思想和基本技巧,所學程序設計語言的基本概念和使用方法以及編程技術有一個比較全面的感性認識,從而提高解決實際問題的能力。
2)打好基礎。嚴格的數學訓練是程序設計能力的基礎,學習和加強排列與組合、數列、數學歸納法等離散系統的數學方法對提高程序設計能力尤為重要。問題描述和建立數學模型是程序設計的前奏,數學歸納法、窮舉法、構造證明法等證明技巧是算法設計方法的基礎。
3)強化水平。程序設計的符號系統以英語為基礎,程序設計文檔語言首選英語。英文資料是最新和最大的技術資料來源,英語水平是我國軟件產業發展和參與國際競爭的制約因素。
4)重視閱讀訓練。從某種意義上來說,程序設計是用程序設計語言和方法進行的一種。可以想象,如果學生沒有閱讀過一份完整、規范、有實用價值的標準程序,即使記住了有關語言的語法規則,也不可能寫出像樣的程序。所以,大量閱讀、分析、修改和擴充典型的算法和程序,是提高程序寫作能力的有效途徑。而這個重要學習環節往往未得到應有的重視,缺乏配套的程序設計閱讀分析教材。教師應經常學生閱讀程序,理解程序,提高學生分析程序的能力。
5)注重算法設計,突出數據結構內容。瑞士科學家、PASCAL語言和MODULA-2語言的發明者沃思(Wirth)教授提出了著名的公式:程序=算法+數據結構。這個公式表達了程序的實質,說明對于一個程序設計問題來講,算法與程序設計是緊密聯系的,絕不能脫離數據結構去講解算法設計。程序設計語言的教學應該結合數據結構的基本內容。對于同一個計算問題,選用不同的數據結構,其算法大不一樣,算法的優劣程度也不同。因此,要教會學生對不同的問題選擇合適的數據結構。在整個程序設計課程中,必須強調算法設計方法,通過不斷的算法設計訓練,使學生切實掌握迭代、枚舉、遞歸、分類等常用算法設計方法。
6)更新教學內容。計算機學科是一門綜合性學科,而且程序設計語言的應用領域在不斷擴大和發展。因此,在教學中應結合專業的特點和教學的要求,將軟件工程的思想方法貫穿于整個教學過程,介紹程序設計語言的最新發展和應用,重視面向對象程序設計方法的引入,搞好教材內容的更新。如圖形程序設計、下拉式或彈出式菜單、計算機病毒防治等等。這樣不僅能把最新的知識和最新發展動態充實到教學上來,大大豐富了教學內容,而且使學生加深對程序設計語言的理解和掌握,保持對信息技術和專業的興趣,及時跟上信息技術日新月異的發展趨勢,在今后工作中保持領先地位。
7)采用先進教學手段。用傳統的課堂教學方法講授動態的算法和數據結構是十分低效的,像排序、遞歸等抽象動態的內容講解就常常是費力不討好。應該根據課程特點,采用先進的現代教學方法,如直觀教學方法:利用掛圖、教具等講解,以及計算機輔助教學(CAI)和計算機輔助學習(Computer Aided Learning,簡稱CAL)進行教學,通常開發利用與課程內容與教學特點相適應的多媒體課件進行教學。它們是講解算法和進行程序設計訓練的最佳教學平臺,既能增加學習的趣味性,又可利用圖形的直觀性幫助抽象和動態過程的理解。
8)加強實踐環節,強化創造性思維能力培養。在教學中,常常聽到學生提出這樣的問題:“程序設計語言有什么用?”,有的學生還反映:“程序設計語言并不難學,就是不知道如何應用?”一些學生學到了一定的科學知識,但上機動手水平低。這種現象與普遍忽視實踐環節有關。為了扭轉這一局面,在整個教學過程中,必須強調實踐環節的重要性,充分安排上機實踐時間,加強系統訓練和實踐能力的培養,強化創造性思維能力培養。根據課程特點,在教學中,采用案例驅動教學,進行興趣引導;在實踐中,可以精心組織一系列由易到難、由淺入深、配套銜接、結合學科學習、有一定設計技巧的程序設計作業,最后再安排一次綜合性強、有一定難度的課程設計實踐,對學生進行項目訓練,提高學生應用能力。通過上機作業和課程設計的完成,使學生獨立思考,各顯才干,經驗,培養他們的動手能力和編程能力,以及分析問題和解決問題的能力。
4 結論
總之,培養學生計算機程序設計能力的方法和途徑很多,但是編程序不難,編好程序不易。作為教師,必須從培養學生編程思維的角度出發,按照以上策略認真進行編程知識的教學和技能的培養,加強實踐,提高學生科學思維的能力,真正學會程序設計的真本領。
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