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培养学生程序设计能力的有效策略
论文关键词:程序设计 数据结构 算法 编码 调试
论文摘要:该文分析了程序设计在学科中的地位以及程序设计有关的知识和能力构成,结合自己多年的计算机专业教学实践,探讨了在计算机教学中培养学生程序设计能力的有效策略。
计算机科学是一种创造性思维活动,其必须面向设计。计算机的本质是“程序的机器”, 只有懂得程序设计,才能懂得计算机,真正了解计算机是怎样工作的。培养学生程序设计能力对计算机专业的学生来说不仅是培养职业技能的需要,也是培养大学生创造性思维的重要途径。学习程序设计可以培养学生运用算法来解决实际问题的能力,这种解决问题的方式是计算机所独有的,也只有通过对计算机的程序设计语言和程序设计方法的学习才有可能获得这种解决问题的能力。
1 程序设计在计算机学科中的地位
程序设计是利用某种计算机语言,编制完成某一特定功能的程序的过程,是涉及描述、开发及有效实现求解的一系列活动,是利用计算机实现自动化的重要手段。
计算机学科主要是系统地研究信息描述和变换的算法过程,包括它们的理论、分析、设计、效率、实现和应用。可以这样说,一切算法的基本问题是“什么能被自动化”以及“如何有效地自动化”。这个自动化的过程就是程序设计的过程。
程序设计语言是人们学习计算机的最基本的工具,也是人们学习计算机基础与应用知识的基本课程。通过学习,使学生掌握程序设计的基本概念、基本知识和基本方法,养成良好的程序设计风格,得到一定的程序设计训练,具备初步编写程序解决实际问题的能力。程序设计也正是有形表达抽象思维的方法,在程序设计过程中贯穿阅读判断、分析思考、工具利用、抽象表达、综合创造等多项技能,是理论、抽象、设计和应用的综合能力培养过程。因此程序设计是计算机学科教学的重要内容之一,对计算机专业人才素质的培养至关重要。
2 程序设计的知识和能力构成
根据循序渐进的原则,与程序设计有关的教学内容主要有:计算机基础知识和操作、程序设计语言和基本的程序设计方法、最基本的数据结构及其基本算法、常用的算法设计方法等。在学习这些知识的同时,必须与能力的训练有机地结合起来。程序设计能力表现在以下几个方面:
1)自然语言能力。要有较强的运用自然语言描述现实事物的能力,只有运用背景知识正确且清晰地陈述问题及其求解目标,才能确定程序的功能。
2)描述能力。程序设计是为了告诉计算机做什么和如何做。这就需要利用定义、定理、公式、函数等数学工具把问题形式化,建立数学模型。
3)数据结构设计能力。选择合理的存储结构,在计算机中表示数学模型,是程序设计的一个重要方面。
4)算法构造能力。好的程序由精心构造的、好的算法构成。给出问题求解的离散化计算过程,是程序设计中最具有创造性的工作。
5)程序编码能力。用某种程序设计语言表达算法,尽管这种能力往往被认为技术含量不高,但也需要对程序设计语言的熟练掌握和对算法设计的深刻理解。
6)程序调试能力。程序调试能力是一种专业综合技能,需要对程序设计语言和程序结构有深刻的理解,需要熟练的操作技能,需要会设置测试数据和设置程序断点,这些都有待于学生在实践中逐步积累经验。
可以说,程序设计能力的高低很大程度上反映在驾驭自然语言、数学语言和计算机语言的能力上。这3种语言是人们毕生有用的3种通用智能工具。前两者是后者的基础,良好的和数学训练是学好程序设计语言和培养程序设计能力的重要基础。
3 培养程序设计能力的有效策略
知识的价值在于运用,知识的运用需要技能,而技能的形成则依赖训练。程序设计知识的学习和能力的培养需要各方面的知识基础,它是一个系统的教育训练过程,需要多个教学环节的紧密配合才能完成。
1)明确教学要求
程序设计语言课程一般是为应用性教学而设置的,因此,课程的教学不仅仅是传授知识,而且应该强调应用性,应该以培养学生的能力为主。程序设计语言的内容比较丰富,在教学中如果面面俱到,必会耗费较多课时,而且教学效果不一定好。因为过分强调程序设计语言的系统性和完整性就可能会转移学生对课程重点的注意力,关键在于教会学生如何正确运用程序设计语言编写程序,训练实用编程能力。所以必须突出重点,突出应用性,侧重教思想,即把程序设计语言的基本思想、基本、基本概念、基本知识和基本方法教给学生,使他们在学习中对硬件、软件环境、程序设计的基本思想和基本技巧,所学程序设计语言的基本概念和使用方法以及编程技术有一个比较全面的感性认识,从而提高解决实际问题的能力。
2)打好基础。严格的数学训练是程序设计能力的基础,学习和加强排列与组合、数列、数学归纳法等离散系统的数学方法对提高程序设计能力尤为重要。问题描述和建立数学模型是程序设计的前奏,数学归纳法、穷举法、构造证明法等证明技巧是算法设计方法的基础。
3)强化水平。程序设计的符号系统以英语为基础,程序设计文档语言首选英语。英文资料是最新和最大的技术资料来源,英语水平是我国软件产业发展和参与国际竞争的制约因素。
4)重视阅读训练。从某种意义上来说,程序设计是用程序设计语言和方法进行的一种。可以想象,如果学生没有阅读过一份完整、规范、有实用价值的标准程序,即使记住了有关语言的语法规则,也不可能写出像样的程序。所以,大量阅读、分析、修改和扩充典型的算法和程序,是提高程序写作能力的有效途径。而这个重要学习环节往往未得到应有的重视,缺乏配套的程序设计阅读分析教材。教师应经常学生阅读程序,理解程序,提高学生分析程序的能力。
5)注重算法设计,突出数据结构内容。瑞士科学家、PASCAL语言和MODULA-2语言的发明者沃思(Wirth)教授提出了著名的公式:程序=算法+数据结构。这个公式表达了程序的实质,说明对于一个程序设计问题来讲,算法与程序设计是紧密联系的,绝不能脱离数据结构去讲解算法设计。程序设计语言的教学应该结合数据结构的基本内容。对于同一个计算问题,选用不同的数据结构,其算法大不一样,算法的优劣程度也不同。因此,要教会学生对不同的问题选择合适的数据结构。在整个程序设计课程中,必须强调算法设计方法,通过不断的算法设计训练,使学生切实掌握迭代、枚举、递归、分类等常用算法设计方法。
6)更新教学内容。计算机学科是一门综合性学科,而且程序设计语言的应用领域在不断扩大和发展。因此,在教学中应结合专业的特点和教学的要求,将软件工程的思想方法贯穿于整个教学过程,介绍程序设计语言的最新发展和应用,重视面向对象程序设计方法的引入,搞好教材内容的更新。如图形程序设计、下拉式或弹出式菜单、计算机病毒防治等等。这样不仅能把最新的知识和最新发展动态充实到教学上来,大大丰富了教学内容,而且使学生加深对程序设计语言的理解和掌握,保持对信息技术和专业的兴趣,及时跟上信息技术日新月异的发展趋势,在今后工作中保持领先地位。
7)采用先进教学手段。用传统的课堂教学方法讲授动态的算法和数据结构是十分低效的,像排序、递归等抽象动态的内容讲解就常常是费力不讨好。应该根据课程特点,采用先进的现代教学方法,如直观教学方法:利用挂图、教具等讲解,以及计算机辅助教学(CAI)和计算机辅助学习(Computer Aided Learning,简称CAL)进行教学,通常开发利用与课程内容与教学特点相适应的多媒体课件进行教学。它们是讲解算法和进行程序设计训练的最佳教学平台,既能增加学习的趣味性,又可利用图形的直观性帮助抽象和动态过程的理解。
8)加强实践环节,强化创造性思维能力培养。在教学中,常常听到学生提出这样的问题:“程序设计语言有什么用?”,有的学生还反映:“程序设计语言并不难学,就是不知道如何应用?”一些学生学到了一定的科学知识,但上机动手水平低。这种现象与普遍忽视实践环节有关。为了扭转这一局面,在整个教学过程中,必须强调实践环节的重要性,充分安排上机实践时间,加强系统训练和实践能力的培养,强化创造性思维能力培养。根据课程特点,在教学中,采用案例驱动教学,进行兴趣引导;在实践中,可以精心组织一系列由易到难、由浅入深、配套衔接、结合学科学习、有一定设计技巧的程序设计作业,最后再安排一次综合性强、有一定难度的课程设计实践,对学生进行项目训练,提高学生应用能力。通过上机作业和课程设计的完成,使学生独立思考,各显才干,经验,培养他们的动手能力和编程能力,以及分析问题和解决问题的能力。
4 结论
总之,培养学生计算机程序设计能力的方法和途径很多,但是编程序不难,编好程序不易。作为教师,必须从培养学生编程思维的角度出发,按照以上策略认真进行编程知识的教学和技能的培养,加强实践,提高学生科学思维的能力,真正学会程序设计的真本领。
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