程序可視化技術(shù)在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言教學(xué)中的應(yīng)用探討

文章編號(hào)：1962-5913(2008)11-0063-02

摘要：本文探討了程序可視化技術(shù)在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言教學(xué)中的應(yīng)用問(wèn)題，并介紹了筆者所設(shè)計(jì)的用VB編寫(xiě)的冒泡排序算法的程序可視化應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：程序；可視化；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

引言

可視化技術(shù)充分發(fā)揮了人對(duì)幾何圖形圖像的認(rèn)知能力，采用視覺(jué)方法為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域和教學(xué)應(yīng)用提供了新的解決方法或?qū)W習(xí)方法，成為近10年來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)中的熱點(diǎn)，其理論和技術(shù)也日益成熟，并運(yùn)用到計(jì)算機(jī)科學(xué)的許多領(lǐng)域。程序可視化就是利用計(jì)算機(jī)的圖形對(duì)所研究的程序的功能和行為進(jìn)行圖形模擬。在這個(gè)模擬可視化的過(guò)程中困難的是最大限度地使模擬出的圖形易被人們理解。而且每一個(gè)不同的程序就要使用不同的方法進(jìn)行圖形的可視化模擬。這都給程序可視化的研究帶來(lái)了許多的困難。但是隨著計(jì)算機(jī)多媒體通信技術(shù)的不斷進(jìn)步。計(jì)算機(jī)日益支持各種高級(jí)的人機(jī)接口形式。能給人們提供更多的圖形表現(xiàn)形式。以滿足人們各種不同的表現(xiàn)方式。

程序可視化直觀地將程序用圖形來(lái)表示。圖形能給人直觀的感覺(jué)，使難懂的程序變得明了和富有表現(xiàn)力?？梢暬煞譃槎喾N，如程序可視化、數(shù)據(jù)可視化和算法可視化。程序可視化包含程序執(zhí)行的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。程序可視化能幫助我們理解程序是如何實(shí)現(xiàn)的。它的效率如何。這個(gè)程序與其他程序有和不同之處。因此有必要進(jìn)行程序可視化的應(yīng)用研究。

由于每一個(gè)程序的不同，所以就沒(méi)有一種程序可視化的模擬方法是萬(wàn)能的，即既可以用于這一程序可視化，又可以適用與其他的程序可視化。對(duì)各個(gè)程序可視化問(wèn)題需采用不同的方法，從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，程序可視化是一門(mén)藝術(shù)，只要靈活運(yùn)用，精心設(shè)計(jì)，就能達(dá)到易于理解和藝術(shù)化的境界。目前Windows操作系統(tǒng)為我們提供了優(yōu)美的圖形化設(shè)計(jì)環(huán)境，而許多面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言使人們有了更多的選擇余地。

計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用和軟件的開(kāi)發(fā)利用，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在課堂教學(xué)中的作用越來(lái)越大，特別是在較難理解的課程的課堂教學(xué)中的作用更為明顯，因?yàn)樗梢詫⒙?、光、電有機(jī)地融為一體，使學(xué)習(xí)者耳目一新，同時(shí)又激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了事半功倍的效果。然而計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程自身的輔助教學(xué)卻遠(yuǎn)落后于其他課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。這是我們計(jì)算機(jī)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的教師對(duì)此沒(méi)有足夠重視。本文提出的程序可視化技術(shù)在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用。能夠利用計(jì)算機(jī)的圖形展示程序的功能，能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。

1程序可視化的過(guò)程

可視化技術(shù)運(yùn)用于科學(xué)研究的全過(guò)程?？梢暬幚磉^(guò)程從大量原始數(shù)據(jù)的采集開(kāi)始，通過(guò)過(guò)濾，去除干擾因素及噪音，經(jīng)過(guò)映射將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為基本的幾何圖形元，利用它們，并結(jié)合設(shè)計(jì)好的圖形生成模型，采用圖形圖像技術(shù)，繪制成圖，最終反映給用戶。其流程如圖1。

在框圖中，各模塊獨(dú)立作用，完成獨(dú)立的功能，并將處理過(guò)后的消息傳遞給其他模塊。通過(guò)準(zhǔn)確設(shè)計(jì)模塊的工作任務(wù)，用戶就能避免重復(fù)的編程設(shè)計(jì)。由于模塊功能獨(dú)立運(yùn)行，因此為系統(tǒng)的并行實(shí)現(xiàn)提供了可能性。

2程序可視化的應(yīng)用設(shè)計(jì)

本文實(shí)現(xiàn)程序的可視化方法是在原用于教學(xué)的源程序中插入一小段程序用于實(shí)現(xiàn)程序的可視化，而不破壞源程序的結(jié)構(gòu)。這樣可以使本方法具有一定的通用性，也便于程序的學(xué)習(xí)和理解。這一小段用于程序可視化的程序不會(huì)破壞源程序的正常運(yùn)行。是否加入這一小段程序，僅僅在于是否使這個(gè)源程序有可視化的功能而已。這種方法特別適合于初學(xué)程序設(shè)計(jì)的人員，以及在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言教學(xué)中的應(yīng)用。在這里我們使用的是可視化編程語(yǔ)言Visual Basic。

Visual Basic是極其有特色和功能強(qiáng)大的軟件，主要表現(xiàn)在：所見(jiàn)即所得的程序界面設(shè)計(jì)，基于對(duì)象的設(shè)計(jì)方法，極短的軟件開(kāi)發(fā)周期，較易維護(hù)的生成代碼。它也是我們學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的入門(mén)高級(jí)語(yǔ)言。在這里所說(shuō)的可視化程序語(yǔ)言主要指的是程序設(shè)計(jì)過(guò)程的可視化，即所見(jiàn)即所得的程序界面設(shè)計(jì)，不同于本文在這里討論的程序可視化。程序可視化是為了把程序運(yùn)行過(guò)程的可視化。即把程序運(yùn)行過(guò)程用圖示的方法顯示出來(lái)。

在本例程序中，我們是用不同大小的圓表示不同大小的數(shù)據(jù)，這在冒泡排序程序中是很形象化的，形象地再現(xiàn)了冒泡的過(guò)程。在其他的排序程序中可以探討其他的表現(xiàn)方式，以最能再現(xiàn)該程序的過(guò)程特點(diǎn)為目標(biāo)。

3程序可視化的應(yīng)用實(shí)例

以在高級(jí)程序語(yǔ)言教學(xué)中最常見(jiàn)的冒泡排序程序?yàn)槔？梢暬拿芭菖判虺绦蛉缦拢?/p>

For i = 1 To 5‘原程序部分

For j = 1 To 5 - i

If a(j) > a(j + 1) Then

t = a(j)

a(j) = a(j + 1)

a(j + 1) = t

For k = 1 To 5‘插入的可視化部分程序

Circle (i * 3000 + j * 800， 300 + 1000 * k)， 38 * a(k)， 99 * i

Text1(k - 1).Text = Str(a(k))

Next k

End If

Print

Sleep (1000) ‘延時(shí)等待

Next j

Next i

For i = 1 To 5‘插入的可視化部分程序

Text1(i - 1).Text = Str(a(i))

Print a(i)

Circle(18800，800 + 1000 * i)，30 *a (i)，5

Next i

程序運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：

從以上的程序運(yùn)行結(jié)果可以清楚地看出本程序的運(yùn)行共交換了幾次，比較兩個(gè)相鄰圖形，即可知道每次交換的是哪兩個(gè)數(shù)據(jù)。在這里的數(shù)據(jù)是從文本框數(shù)組中輸入的。我們?cè)诔绦蜻\(yùn)行中可以改變這些數(shù)據(jù)以便于觀察不同數(shù)據(jù)時(shí)的排序過(guò)程。我們可以把本可視化的部分程序插入選擇法排序程序中同樣能得到該程序可視化的效果，也能清楚地分辨出這兩種排序程序的不同之處。

參考文獻(xiàn)

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