探析五導法的程式設計課程群教學研究論文
摘要：針對程式設計課程群的教學，以人才培養目標的定位為基礎，提出基於五導法的教學模式，分別闡釋“導教、導學、導思、導用、導創”的含義和具體實施辦法，說明如何圍繞教學內容建立三維的教學資源，實施混合式教學，採用多樣化的考核方式，以提高程式設計課程群的教學質量。
關鍵詞：程式設計；課程群；教學模式；混合式教學
1背景
程式設計課程群包含的課程主要有程式設計基礎（C語言）、資料結構、面向物件程式設計（Java語言）、程式設計課程設計等，是計算機專業的基石。這些課程之間存在緊密的依存、遞進關係。對於廣大的地方高校來說，開展程式設計課程群的教學研究，就是研究這些課程知識的“教法、學法、用法、創法”。文章將從教與學著手，探討在教學中的所用、所感、所思、所改。
2五導法
所謂“五導法”就是在教學過程中進行的導教、導學、導思、導用、導創。
2.1導教
2.1.1知識點化繁為簡
對於地方院校來說，計算機類專業人才培養計劃中通常會先講授程式設計基礎（C語言）、再講授資料結構、最後講授最流行的面嚮物件語言——Java。在這些課程中存在大量的基本語法、原理和技巧，譬如：C語言的輸入輸出格式控制、運算子、表示式、運算規則、賦值語句等，靈活多樣；資料結構中指標的使用無處不在；Java語言中包含許可權的交叉融合、物件與引用的多型性等。對於初學者來說，教師必須採取有效的策略，比如選擇性講授，即先講授最常使用的知識、應用方式，且大量運用演示法、案例法，讓學生在例項中逐步理解、掌握、熟悉；再逐步延伸，增加深度和廣度；最後還需要有畫龍點睛的總結。在C語言教學中，若只顧及語法知識的全面性、完整性，將會導致顧此失彼、欲速而不達的結果；若只注重演算法，而輕視、忽視基本語法，將導致程式程式碼的編寫寸步難行、錯誤百出。所以，要秉持語法夠用的原則。在資料結構課程中，大量的教材在講述順序線性表時，都是直接採用動態申請連續空間的方式來儲存線性表中的元素[1]。這種方式顯著地增加了學生學習的難度。為什麼不先講述使用靜態的陣列來儲存元素，再過渡到動態的儲存方式呢？所以，教師講授時要化繁為簡、由易及難、逐步深入，遵循循序漸進的認知規律。
2.1.2思維的轉化
雖然程式設計的演算法來源於數學，但不能照搬數學思維。譬如：三個數如何求最大值。數學思維使用的是三個單分支的if語句，且每個if語句中的表示式都是由兩個與運算子連線三個關係表示式構成的；而程式設計思維使用的是一個賦值語句、兩個單分支的if語句，且每個if語句中的表示式只是一個簡單的關係運算。顯然，後者不僅效率高，而且運用了程式設計中經常使用的一種技巧和思維，即“假設第一個數就是最大值”[2]。數學思維向程式設計思維的轉變，需要一個過程、一段時間，需要培養。在程式設計教學的推進過程中，還存在著一個程式的main函式向多個子函式的轉變（即程式模組化）、過程化程式設計向物件化程式設計的轉變等，這是思維的轉變，也是教學的難點。
2.2導學
2.2.1量變到質變
學習沒有捷徑，只有經歷大量的程式碼練習，才能保證程式設計水平質的提高。對於常用演算法必須爛熟於心，日積月累，才能熟練生巧，才能應用，才可能有創新。
2.2.2課堂內外“三步曲”
每一門課程，教師必然對其有著深入的研究；每一節課，課堂上的教學內容必然是豐富的，重點和難點必然是清晰的。因此，需要學生課前預習、課上專心、課後複習。只有做到了課前預習，課堂上的學習才會是有的放矢；只有做到了課後複習，才能鞏固課堂知識。所以，只有真正做到了“課前預習、課上專心、課後複習”的課堂內外三步曲，才能實現高效課堂。
2.2.3“三動”學習法
在實際教學中，教師發現，程式設計的初學者，在閱讀自己或他人編寫的程式程式碼時，採取的方式只是“動眼”，即用眼睛死死地盯著程式程式碼行中的各個符號。這樣僅僅瞭解單個表示式、單條語句的表面意思，而不可能清楚變數值的.變化、哪些語句被選擇或被迴圈執行了，也就搞不清變數、表示式、語句的真正作用和含義，當然不能歸納出程式的功能，也得不出程式的正確結果。正確的做法是：拿出筆、攤開紙，依照程式語句的次序，認真地手工執行程式程式碼，把每個變數當前的值記錄下來，如果存在迴圈，則把迴圈體重複執行3~5次，這樣才能清晰掌握每個變數值的變化情況、每條語句的執行情況，進而推導、得出程式的功能或結果。也就是說，對於一段程式、一個演算法，只有手工執行，才能理清其執行過程、功能。因此，在學習程式設計時，務必堅信不勞而獲是天方夜譚，務必時刻執行勤能補拙，務必每題實踐著“三動”學習法，即“動手、動腦、動眼”[3]。
2.3導思
2.3.1思考的廣度
自頂向下、逐步求精，是程式設計的原則之一。任何複雜的問題都可以找到簡單的原理或者雛形。譬如：3個整數求最值、10個整數求最值、陣列求最值、選擇排序等。這些問題的求解包括從順序結構到選擇結構、到一重迴圈、到二重迴圈；從單一的main函式實現到使用子函式實現。從這個例子可以看出，只有深刻理解求最值的雛形，才能順利向廣度推進。再譬如：使用線性表實現各種集合運算，對順序儲存來說基本操作就是元素的移動（即選擇性賦值），對鏈式儲存來說基本操作就是鏈的連線（即指標賦值）。
2.3.2思考的深度
在求最值的例子中，包含著這樣一個拓展的問題：如何求解一個數組中的最大值和次大值。一種演算法是這樣的：max1=max2=a[0];for(i=1;i<n;i++){if(max1<a[i]){max2=max1;max1=a[i];}elseif(max2<a[i])max2=a[i];}但這個演算法存在Bug，即如果第一個數就是最大值，則求出的次大值是錯誤的。修正Bug的方式有多種。從此例可以得出：要保證演算法的正確性，必須多方測試，特別是邊界、極限、特例等問題。對於求最值的問題，如何使用面向物件的思維來求解呢？如果是在main主方法中直接對陣列求最大值，而沒有定義任何其他成員變數和成員方法。這樣的話，就完全沒有運用面向物件的思維。正確的思維是：類中包含相應的成員變數、成員方法，儘量透過成員方法去操作成員變數。問題的關鍵是類中包含幾個成員變數最合適呢？需要幾個過載的構造方法呢？解答了這些問題，設計出的類才具有普適性、重用性，才是真正面向物件的思維。
2.3.3思考的維度
隨著學習的不斷深入、知識的不斷積累，隨之而來的是思考的深度、廣度以及維度。解答一個問題可能有多種演算法，透過多維度的思考、比較、分析，才能挑選出最清晰、最高效的演算法。譬如：1-2+3-4+...…-100解答這個問題有多種方法，如每次把符號位乘以-1、判斷當前項的奇偶性、把奇偶項分開計算、使用模運算來確定符號位、使用位與運算來確定符號位等，關鍵點在於實現各項的正負相間。這些方法中最後一種方法無疑是最“高大上”的。思考是建立在對相關知識熟練掌握基礎之上的，否則就是緣木求魚、胡思亂想。
2.4導用
學習的目的不是為了考試，是為了應用。譬如：在C語言中，模運算(即%)的意思是兩個整數相除，（商是整數）取餘數。基本應用有奇偶數的判別、素數的判別、整數各位數字的分離等，進一步的應用有求最大公約數、數學黑洞等，高階應用有模冪運算、孫子問題（中國剩餘定理）、凱撒密碼等[4]，這些都是模運算的經典應用。在近年廣受關注的大眾化競賽“藍橋杯全國軟體和資訊科技專業人才大賽”中，也不乏模運算應用的試題。在模運算的應用從低階到中級、再到高階的過程中，往往是混合多方面知識的綜合應用，應用絕對不是生搬硬套，而是建立在模仿、思考基礎之上的。
2.5導創
應用的昇華就是創新，或者說應用的最高境界就是創新。教、學、思、用都是為創新服務的。在“大眾創新、萬眾創業”的時代背景下，讓學生廣泛參與到各級各類競賽、創業、創新活動中，以賽代練，在活動中學習、思考、應用、創新。
3教學資源和平臺
為保證“五導法”教學方式的順利實施，構建了三維的教學資源和平臺。藉助精品課程教學資源、網路資源，進行教學資源的二次開發，形成特色鮮明的校本教學資源，建設成理論教學“點資源”、實踐教學“線資源”、網路共享課程“面資源”的教學資源體系。在教學中推行分類教學平臺，實現資源聚集；在實驗教學中實現理論學習與實踐的對接；利用幕課平臺和資源，實現學分認證；利用共享課程資源開展翻轉課堂學習。多維的教學資源和教學方式，滿足和豐富了學生多元化學習的需求和發展。
4結語
在實際教學中，因地制宜，將“案例式、演示式、漸進式、啟發式”等教學方法融合在一起，變“授人以魚”為“授人以漁”，開展“翻轉課堂”的教學模式，使學生的學習模式發生了革命性變化，變被動學習為主動學習。學生在自主學習、獨立探索、協作學習與實踐、交流互動、成果報告和評價反饋中，達到知識的傳授和內化，達到能力的提升和拓展，充分體現以學生為主體、能力培養為核心的教育思想。
參考文獻：
[1]嚴蔚敏,吳偉明.資料結構(C語言版)[M].北京:清華大學出版社,2002:24,27.
[2]楊路明.C語言程式設計教程[M].北京:北京郵電大學出版社.2005:48.
[3]熊啟軍.基於漸進啟發式的資料結構線性表的教學[J].現代計算機,2011(6):34.
[4]ld326的專欄.模運算[EB/OL].(2012-08-18)[2016-10-13].http://blog.csdn.net/ld326/article/details/7880429.
作者:熊啟軍 程格平 屈俊峰 谷瓊 單位:湖北文理學院數學與計算機科學學院