與專業應用案例結合的程序設計基礎課

賴錦輝

摘要：針對目前程序設計基礎課程知識點分散，學生感覺枯燥和乏味，不知如何應用等問題，論述程序設計基礎課程與專業結合教學的可能性，提出具體的案例教學設計和方法。

關鍵詞：程序設計；課程改革；孤立；工具改造者；專業結合

0 引言

程序設計類課程是大學非計算機專業學生接觸的第一門計算機編程語言，課程目的是提供一種廣義的解決問題的技能n]，可以用在任何編程設計中。在傳統的程序設計類教學過程中，一般按照數據類型、操作符、分支語句、循環語句、輸入輸出、模塊化、數據結構的順序教學并舉例說明。實踐證明，這種過程周期較長，而且實驗課程難以安排，盡管很多教師都對教學活動進行了很多改革以期提高教學質量，但有證據表明，如果不在一個具體領域內學習程序設計這樣的抽象概念，學生很可能什么都學不會。程序設計類課程教學作到與專業應用案例相結合，使得學生學會設計程序去解決本專業領域的某些問題，而不是孤立地去講解一個個分散的知識點。

1 程序設計基礎課程教學現狀

1.1 教師方面

當前，程序設計類課程的教學活動主要以教師講解為主，大部分同學是課堂上聽懂了，一旦自己編程就感覺很陌生，不知從何人手。為了提高教學效果，很多教師都作了改革，如用任務驅動法、項目教學法、PBL教學法㈤等。還有的教學改革是從課程建設角度來進行，從課程內容的補充完善、實訓案例擴充、加強師生互動等方面進行深度探索。此外為了提高學生的自主學習能力，基于網絡平臺進行的教學改革也越來越多。

1.2 學生方面

目前一個普遍的問題是，學生抱怨程序設計課程內容過于抽象和枯燥。他們通常認為程序設計類課程是一門孤立的學科，與其他課程和將來工作沒有關系，這導致很多學生對該門課程產生“無用論”思想和抵觸情緒，更糟糕的是導致心理障礙，一看到代碼就會產生恐懼感，更有甚者會從此拒絕學習與計算機有關的知識。

2 改革目標

教學實踐表明，過多的抽象概念和理論只會在學生和教師之間豎起高墻。我們的目標是讓學生能在很短時間內寫出有意義的程序，而不是把重點放在語言細節上。因此在講程序設計課程中直接使用專業應用案例，向學生展示程序設計結構和語句實例，進行實際的運行和數據測試，直面解決專業領域問題的方法。這種教學設計把原來孤立的程序設計轉變成為面向專業問題的程序設計教學，通過設計良好的案例展示，學生不僅清晰地理解程序結構形成的過程，并將程序設計與專業問題的求解一并形成知識記憶關聯，而不再是一個一個離散的程序設計語言語法知識點。所以講好程序設計類課程的關鍵之一是使學生感到課程教學、作業和實驗內容與他們專業應用和發展相關聯。

大部分情形下，不必讓學生從零開始編程，而是改造他人已編寫好的程序用于解決新問題，形成新的功能，因此案例選擇很重要。

3 具體專業案例教學過程

很多教師都知道專業結合案例教學的重要性，并努力做到教學活動不與專業脫節，但在選擇案例上往往無從下手。實際上，在設計專業應用案例過程中，一些交叉性的、共性的東西，都可以作為結合點。

1）前期準備。

跨學科的教學方法對教師提出了更高的要求。首先，教師盡量固定在某個專業大類上課，深入了解專業群人才培養目標、培養計劃和方案，及時關注社會新聞與行業動態；其次，要與專業課教師、輔導員等密切聯系與溝通，積極參與學生社團和專業活動，努力將自身打造為“專家型教師；第三，教師要積極在自身潛力與教學方面不斷挖掘，努力鉆研，善于發現，認真研究應用案例與各個專業之間的最佳結合點，努力作好基礎為專業服務的教學工作。

廣東石油化工學院是華南地區唯一一所石油化工特色院校，高分子專業是特色專業，該專業主要培養具有高分子材料與工程專業的基礎知識和專業知識，掌握高分子材料的化學組成、合成制備、結構與性能關系和加工應用等全面知識的高級技術人才。筆者以高分子專業為教學對象，在深入了解該專業開設課程及實驗目標后，設計出符合高分子專業的程序設計案例，以求拋磚引玉，為其他教師帶來示范。

2）案例挖掘。

在挖掘專業應用案例中，可以參考情境概念教學中所應用的不同案例：物理學專業喜歡使用力學的例子討論速度和加速度，熱動專業可能討論反應速率和動態均衡的例子，國貿專業傾向于匯率、稅務等的數值計算。對這些例子進行分析和理解后，教師可以再進行抽象，從中提取數據規律。實際上，從這些專業的分支得到的案例和基礎知識，很容易同計算的概念結合。

以高分子專業為例，在“分子的立體構型”這一節中提到“雜化軌道”的理論，并且雜化類型包括sp1、sp2和sp3三類，其中甲烷（CH4）屬于sp3雜化（英語：sp3 hybridization），是指一個原子同一電子層內由一個ns軌道和三個np軌道發生雜化的過程。原子發生sp3雜化后，上述ns軌道和np軌道便會轉化成為四個等價的原子軌道，稱為“sp3雜化軌道”。

在課堂上，要求同學們編程實現描繪出“甲烷分子sp3雜化軌道”，值得一提的是，高分子專業的學生對“sp3雜化軌道”的概念早就熟知，教師不必浪費時間去講解題目，實際上，很多時候，對于教師要求的編程任務，如果學生費半天勁還看不懂題目，又何談編程呢？

因為我們專業開設的程序設計語言是VB，因此，以vB為例，程序的最終結果如下。

圖1是一個動態演示過程。首先，引導學生如何實現4個橢圓、2個小圓、X軸、Y軸以及箭頭的繪制，特別要注意圓心的位置，這就要用到line（）函數和circle（）函數；其次，如何讓y軸左右的圓向原點移動，這就要用到timer控件來實現動畫；最后，當左右的圓移動到原點那一刻，如何顯示圖1（b）的結果，這實際上就是圖1（a）的所有圓都消失，也就是用到CLS方法，而在消失那一刻，再用上述2個函數在窗體上繪制出圖1（b）的5個圓，由此程序設計如下：endprint

Private SubTImerl_Timer（）

Forml.Cls每次都清屏，重新在新的圓心位置畫圓，因此就感覺是圓在移動

Line（5000，1000）-（5000，9000）：Line（1000，5000）-（9000，5000）

Line（4900，1200）-（5000，1000）：Line（5000，1000）-（5100，1200）

Line（8800，4900）-（9000，5000）：Line（8800，5100）-（9000，5000）

X1=X1+10設置6個圓心位置，左邊的圓圓心x坐標向右邊增加，右邊的圓圓心x坐標向左邊增加

X2=X2-10

X3=X3+10

X4=X4-10

X5=X5+10：X6=X6-10

Circle（X1，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（X2，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（x3，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（X4，5000），500，vbRed，，，0.5

Circle（X5，5000），50：Circle（X6，5000），50

IfX3>4500 Then當移動到原點后，時鐘控件間隔設為0，表示不再移動，然后把所有圖像全部清除，顯示新的圖像

Labe12.Visible=True：Timer1.Interval=0

Form1.Cls

Line（5000，1000）-（5000，9000）：Line（1000，5000）-（9000，5000）

Line（4900，1200）-（5000，1000）：Line（5000，1000）-（5100，1200）

Line（8800，4900）-（9000，5000）：Line（9000，5000）-（8800，5100）

Circle（5000，5000），1 500，vbBlue，，，0.7

Circle（3000，5000），500，vbBlue，，，0.5

Circle（7000，5000），500，vbBlue，，，0.5

Circle（3500，5000），50：Circle（6500，5000），50

EndIf

End Sub

3）能力引導。

能力引導包括3方面：一是讓學生學會成為“工具的改造者”，也就是改造他人編寫好的程序用于解決新問題，形成新的功能；二是學會在已有程序上進行相關聯專業知識擴展；三是讓學生了解專業領域中計算機的局限性所不能解決的一些問題。

仍以“甲烷sp3雜化軌道”為例，對于能力引導的第一方面，可以讓學生編程描述乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）的雜化軌道，其雜化軌道分別是spl和sp2雜化；對于能力引導的第二方面，可以向學生提出問題，比如編程實現輸入某一物質，根據相應的公式計算其雜化軌道數以及雜化軌道類型，設計界面如圖2所示。

由以上案例可知，程序設計和化工并不是風馬牛不相及，實際上，在程序設計中，化學與化工的理論計算、實驗設計、數據與信息處理、分析和測試等都能應用在教學案例中。當然，學生也應該看到計算機的局限性，如對于光譜和磁性（例如氧分子的順磁性）等理論的描述，用程序設計則很難加以解釋，這是能力引導的第三方面。

4）學生實踐。

在教學過程中選擇案例不宜太復雜，應該能對學生有各種啟發，比如編程描述實驗原理、實驗步驟、分析和處理實驗數據等，也激發學生不斷地在自己本專業的實驗中挖掘案例并加深對該實驗的理解。為了使學生編程能更深入，而不是簡單地實現一些數據處理，可以把學生設計的專業案例作為期末成績的主要組成部分。

5）作品展示。

經過一個學期的上機實踐，很多學生都設計出了優秀專業案例，如圖3—7所示。

4 調查與分析

筆者所在計算機中心全體教師積極做出嘗試，歷經一個學期的程序設計基礎課程教學改革，不斷挖掘專業教學案例，深入到各專業中與教師和學生互動，力求能消除學生對程序設計的陌生感和抵觸感，同時也促進專業教師的發展和深化專業課程建設。表1為學生問卷調查與結果分析。

從問卷調查的結果來看，學生普遍對專業結合教學是很歡迎的，至少在他們看來是學得其所，而不是疲于應付考試。

5 結語

作為通識課程的程序設計基礎課程有其抽象和枯燥的特點，如果將案例教學與學生所熟知的專業背景相結合，而不是孤立地去講授一門課程或者離散地講解某個知識點，將極大豐富程序設計教學的內容，也促進學生對程序設計的理解和應用。筆者給出了具體的專業結合案例和教學方法，以求能為其他教師帶來靈感和啟發，為其他基礎課程結合專業教學提供示范作用。

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（編輯：郭田珍）endprint