葛文庚，藺 莉

（黃淮學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 駐馬店 463000）

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)普遍開(kāi)設(shè)的一類重要課程，因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)本身有其自己獨(dú)立的理論體系，對(duì)學(xué)習(xí)者思維方式的要求也比較特殊，對(duì)邏輯性思維的要求很高，同時(shí)對(duì)實(shí)踐開(kāi)發(fā)一能力的要求也很高，所以大多數(shù)學(xué)生很難適應(yīng)課程的要求，學(xué)習(xí)過(guò)程比較痛苦，教師的教學(xué)也很難達(dá)到理想的效果，成為師生普遍認(rèn)為難學(xué)、難懂、難教的一門(mén)課程。該課程的教學(xué)目標(biāo)是要學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，掌握 C/C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用，能夠熟練運(yùn)用C/C++語(yǔ)言解決一般問(wèn)題。此外，還要求通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握學(xué)習(xí)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一般方法，養(yǎng)成良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，對(duì)軟件工程有初步的認(rèn)識(shí)。

1 高校程序設(shè)計(jì)課程普遍存在的問(wèn)題

隨著各行各業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普及，為適應(yīng)社會(huì)對(duì)高層次人才的需求，各高校不僅在計(jì)算機(jī)專業(yè)開(kāi)設(shè)了程序設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程，還在非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生中加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)知識(shí)的教學(xué)，陸續(xù)開(kāi)設(shè)了程序設(shè)計(jì)課程，并將其設(shè)為必修課程[1]。學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，涉及的語(yǔ)言如C、VB等，“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程雖然以講授 C/C++語(yǔ)言為主，但并非單純講授一門(mén)語(yǔ)言，其主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的閱讀程序、設(shè)計(jì)程序的能力，分析、解決問(wèn)題的能力和邏輯思維能力[2]。這樣不僅有助于提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)，更加強(qiáng)調(diào)對(duì)程序設(shè)計(jì)方法的掌握和程序設(shè)計(jì)風(fēng)格的養(yǎng)成，為學(xué)生今后繼續(xù)學(xué)習(xí)其他高級(jí)程序設(shè)計(jì)課程打下牢固的基礎(chǔ)[3]。

程序設(shè)計(jì)是高等學(xué)校學(xué)生第一學(xué)年必須選修的基礎(chǔ)課程。學(xué)生對(duì)該課程的實(shí)際掌握情況將直接影響到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。高校“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容，即程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)方法。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是語(yǔ)法規(guī)則和語(yǔ)句的集合，多數(shù)以 C或者 C++為例加以介紹；程序設(shè)計(jì)方法則是算法設(shè)計(jì)和使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言描述算法的過(guò)程。然而目前程序設(shè)計(jì)教學(xué)的現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀[4]。由于程序設(shè)計(jì)課程所采用的仍然是傳統(tǒng)的知識(shí)傳授方式，這種教學(xué)方式偏重于“教”，忽略了學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的特征，以至于學(xué)生花了很大精力去學(xué)習(xí)語(yǔ)法，但還是不知如何編寫(xiě)一個(gè)正規(guī)的程序，不知道怎樣通過(guò)編程去解決實(shí)際問(wèn)題[4]。使得程序設(shè)計(jì)低效難教的現(xiàn)狀得不到改善。通過(guò)對(duì)學(xué)生調(diào)查和訪談，大部分學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)充滿了畏懼，認(rèn)為其晦澀難懂，學(xué)難致用，并因此沮喪，漸失學(xué)習(xí)興趣；而教師也因反復(fù)教授學(xué)生也無(wú)法掌握最基本的程序結(jié)構(gòu)而感到苦惱，漸失教學(xué)熱情，“難學(xué)”、“難教”成為師生的共識(shí)。如何有效地開(kāi)展程序設(shè)計(jì)教學(xué)，探討程序設(shè)計(jì)教學(xué)的新思想、新方法和新理論，已成為教學(xué)改革中亟待解決的問(wèn)題。

2 算法與語(yǔ)言規(guī)則的在本課程中的關(guān)系

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程既培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題（算法與程序設(shè)計(jì)）的能力，又使他們比較熟練地掌握一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言?！俺绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程不僅包括語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)范的學(xué)習(xí)，還包括程序算法的設(shè)計(jì)。

2.1 算法內(nèi)容學(xué)習(xí)

一般情況下，問(wèn)題可以分為兩大類兩類問(wèn)題都需要有自己的算法，數(shù)值類一般有固定的算法。而非數(shù)值處理中，只有少數(shù)的典型問(wèn)題有現(xiàn)成的算法（如排序問(wèn)題、檢索問(wèn)題等）可供選用，其余算法設(shè)計(jì)是各異的，沒(méi)有統(tǒng)一的模式，需要學(xué)生根據(jù)已學(xué)過(guò)的知識(shí)充分發(fā)揮個(gè)人的創(chuàng)造力，對(duì)給定的問(wèn)題設(shè)計(jì)出最優(yōu)算法，這也是最能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的部分。不管是哪一類算法，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上都要求結(jié)合實(shí)際選取典型的問(wèn)題，同時(shí)還要考慮學(xué)生的接受情況，由易到難，循序漸進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)。通常，一個(gè)問(wèn)題都會(huì)有不止一種解決方法。隨著語(yǔ)言語(yǔ)法知識(shí)的深入學(xué)習(xí)，可能會(huì)使某一問(wèn)題的求解過(guò)程變得簡(jiǎn)單。例如在求解Fibonacci數(shù)列問(wèn)題上，學(xué)習(xí)數(shù)組之前的解決方法就比學(xué)習(xí)之后要復(fù)雜得多。如果一開(kāi)始就選擇難度較高的算法，往往會(huì)使學(xué)生望而生畏，挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)而產(chǎn)生抵觸情緒。俗話說(shuō)：“興趣是最好的老師”。但是要讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)感興趣，并不是一件容易的事情，這是由程序設(shè)計(jì)本身的特性——抽象所決定的。為此，教師要想方設(shè)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的積極性。

2.2 語(yǔ)言規(guī)則學(xué)習(xí)

對(duì)程序設(shè)計(jì)而言，語(yǔ)言僅是一個(gè)描述算法的工具。所以，語(yǔ)言規(guī)則的學(xué)習(xí)應(yīng)該是在確定了問(wèn)題空間 （解決問(wèn)題的范圍）的基礎(chǔ)上有目標(biāo)的語(yǔ)言學(xué)習(xí)。用不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)程序解決同一個(gè)問(wèn)題，其算法可以是一樣的。但是程序設(shè)計(jì)最終是對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的應(yīng)用。一般地，編寫(xiě)程序總是要選擇一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，而每種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言又都有各自的規(guī)則體系。因此有人提出，既然算法是程序設(shè)計(jì)的核心，就應(yīng)該把“算法分析”和“語(yǔ)言規(guī)則體系”兩者分開(kāi)學(xué)習(xí)，以便突出重點(diǎn)、分散難點(diǎn)，這種主張有一定的道理。然而，程序設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)的重要課程，在教學(xué)中首先應(yīng)該強(qiáng)調(diào)通過(guò)算法與程序設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方法，讓結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想滲透到教學(xué)的全過(guò)程；其次才是對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的教學(xué)。“算法分析”與“語(yǔ)言規(guī)則體系”在實(shí)際教學(xué)中彼此是相融合的，不可能決然分開(kāi)，必須結(jié)合某種具體的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行算法的教學(xué)。

3 提出語(yǔ)法子集的客觀必要性

3.1 課程性質(zhì)所限

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容，即程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)方法。按照教學(xué)大綱的要求，“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的計(jì)劃學(xué)時(shí)是 48+16，僅利用 48（理論）+16（實(shí)踐）學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)并掌握程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)（包括語(yǔ)法的算法兩個(gè)方面），時(shí)間緊，在授課時(shí)，老師對(duì)教學(xué)內(nèi)容作了刪減，精選了課堂上應(yīng)該講授的基本知識(shí)，其余部分讓學(xué)生在課下自學(xué)完成。應(yīng)該重點(diǎn)講解程序設(shè)計(jì)的思想和方法，真正做到“精講”。

3.2 學(xué)習(xí)者之需要

高中生經(jīng)過(guò)選拔性考試進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)具備了接受高等教育的智力和能力水平。新生大都是帶著勝利者的喜悅和自信步入大學(xué)的。面對(duì)新的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，幾乎所有新生都有一種尋求自己位置的迫切需要，表現(xiàn)在學(xué)習(xí)上就是想在新班級(jí)新同學(xué)中力爭(zhēng)上游，首先在學(xué)習(xí)上超過(guò)他人。所以，他們大都有好好學(xué)習(xí)，不虛度大學(xué)時(shí)光的愿望，對(duì)自己有較高的期望值[6]。但經(jīng)過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)后，一部分學(xué)生學(xué)習(xí)效果卻不佳，尤其是在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí)更是步履蹣跚。其原因之一是由于程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的特殊性及教學(xué)方法的不斷更新和對(duì)學(xué)習(xí)能力要求的提高，給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)了很大的困難。計(jì)算機(jī)的‘思維’方式是不同的；它有不同的記憶方法來(lái)記憶事實(shí)?！币虼嗽谒惴ń虒W(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生突破傳統(tǒng)的思維方式，超越教材內(nèi)容的束縛，通過(guò)尋求不同的解決方案來(lái)努力培養(yǎng)自己創(chuàng)新的思維習(xí)慣。為了使學(xué)生盡快適應(yīng)新的學(xué)習(xí)環(huán)境及學(xué)習(xí)方式，我們必須從教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)下功夫，想辦法。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐筆者認(rèn)為，如果合理地選擇教學(xué)內(nèi)容，巧妙地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，會(huì)使教學(xué)收到事半功倍的效果。

4 語(yǔ)法子集抽取實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

語(yǔ)法子集：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法內(nèi)容相對(duì)來(lái)說(shuō)比較多，由于課時(shí)、課程性質(zhì)、學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平等限制只能講授其中最主要的語(yǔ)法要素，將這一部分語(yǔ)法內(nèi)容定義為語(yǔ)法子集。

研究設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)首先用來(lái)將 C/C++語(yǔ)言程序進(jìn)行分詞編碼，為統(tǒng)計(jì)階段提供接口；其次，對(duì)得到的大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻數(shù)統(tǒng)計(jì)。為了對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的分析，選擇實(shí)際選用的教材樣例程序作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的進(jìn)行了驗(yàn)證，來(lái)檢測(cè)語(yǔ)法子集的可行性、可靠性。

4.1 實(shí)驗(yàn)分析

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容，即程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)方法。將其中所講授的某一種確定的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言稱為教學(xué)語(yǔ)言。目前作為該課程教材的大多是 C或者 C++語(yǔ)言，而 C++是在 C的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，可以說(shuō)C++是 C的超集，所以研究選擇了 C/C++語(yǔ)言，其關(guān)系如圖1所示。

圖1 C/C++語(yǔ)言Fig.1 C/C++language

1）“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程不僅包括語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)范的學(xué)習(xí)，還包括程序算法的設(shè)計(jì)。這些內(nèi)容涵蓋的知識(shí)單元有：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概論，程序設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)，算法與問(wèn)題求解，事件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，算法策略，基本算法，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。一般情況下，一個(gè)問(wèn)題的求解過(guò)程可能涉及多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)語(yǔ)法要素，如在求解兩個(gè)整數(shù)的最大公約數(shù)問(wèn)題上，會(huì)用到如變量定義、輸入輸出、數(shù)據(jù)交換、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)等知識(shí)點(diǎn)，而就單純循環(huán)控制結(jié)構(gòu)中就會(huì)出現(xiàn)很多語(yǔ)法要素，如用到的關(guān)鍵詞可能有 while，for等，運(yùn)算符有=，%等。因此對(duì)語(yǔ)法內(nèi)容的選取首先需要確定問(wèn)題空間，即先確定學(xué)習(xí)者所能解決的問(wèn)題范圍。

2）C/C++語(yǔ)法特點(diǎn)

從語(yǔ)法的角度看，源程序?qū)嶋H上是一個(gè)字符序列。這些字符序列按順序分別組成了一系列“單詞”。這些“單詞”包括語(yǔ)言事先約定好的保留字（ReservedWords，如用于描述分支控 制 的 if、else， 用 于 描 述 數(shù) 據(jù) 類 型 的 int等 ）、 常 量（Constant）、運(yùn)算符（Operator）、分隔符以及程序員自己定義的變量名、函數(shù)名等?！皢卧~”的組合形成了語(yǔ)言有意義的語(yǔ)法單位，如變量定義、表達(dá)式（Expression）、語(yǔ)句、函數(shù)定義等。一些簡(jiǎn)單語(yǔ)法單位的組合又形成了更復(fù)雜的語(yǔ)法單位，最后一系列語(yǔ)法單位組合成程序。

4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)主要由以下3個(gè)步驟組成：

1）數(shù)據(jù)采集（數(shù)據(jù)采樣）

將目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)院校所選用的作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教材作為主要分析對(duì)象。原始數(shù)據(jù)主要來(lái)源于目前國(guó)內(nèi)用于“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教材，包括國(guó)內(nèi)的許多專家學(xué)者所編著的教材和國(guó)外原文教材的翻譯版本教材。由于數(shù)據(jù)量較大，只能選取其中的一些由權(quán)威出版社及程序設(shè)計(jì)方面的專家學(xué)者所著的一部分。為了盡量降低采樣主觀性，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的普遍性，處理數(shù)據(jù)主要是其中的樣例程序和課后習(xí)題的實(shí)現(xiàn)程序。由于這些教材形式主要包括課件及相關(guān)的電子文本，所以首先要解決的問(wèn)題就是從自然語(yǔ)言文本中抽取樣例程序，并生成 TXT文本。

2）數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理階段要解決的問(wèn)題就是對(duì)已經(jīng)篩選出的符合條件的程序進(jìn)行分詞、標(biāo)注。分詞工作會(huì)去除掉程序中多余無(wú)用的部分（如注釋，多余空格等），標(biāo)注的信息包括該詞的類型（關(guān)鍵字、運(yùn)算符、界符、標(biāo)識(shí)符、常量），該詞所屬的程序文件編號(hào)，該程序所屬的問(wèn)題范疇。C/C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的單詞分為5大類：關(guān)鍵字、運(yùn)算符、界符、常數(shù)和標(biāo)識(shí)符。數(shù)據(jù)處理階段主要實(shí)現(xiàn)對(duì)樣例程序的分詞，它將接收到的所有符號(hào)根據(jù)構(gòu)詞規(guī)則轉(zhuǎn)換成一系列單詞串，并將單詞分為以上5大類。其中，關(guān)鍵字（如while等）和界符（如分號(hào)等）都是確定的且數(shù)量有限，將屬于這兩類的單詞賦予一個(gè)固定的類型編碼，如關(guān)鍵字用 1表示，界符用 2表示；運(yùn)算符（如加號(hào)等）是確定的，則所有的運(yùn)算類型（算術(shù)運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、位運(yùn)算符、賦值運(yùn)算符和結(jié)構(gòu)運(yùn)算符）都用一個(gè)統(tǒng)一的編碼 3表示；標(biāo)識(shí)符（如變量名等）統(tǒng)歸為一類用 4表示；而常數(shù)（如整數(shù) 6等）也統(tǒng)歸為一個(gè)編碼5。

對(duì)13類算法進(jìn)行了編碼，如計(jì)數(shù)、求和、求階乘等分一類，編碼為 01；求兩個(gè)整數(shù)的最大公約數(shù)、最小公倍數(shù)等分另一類，編碼為 02；以此類推，編碼表如表1所示。

表1 算法編碼表Tab.1 Algorithm code table

3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)數(shù)據(jù)處理階段得到的單詞表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。以單詞出現(xiàn)的頻數(shù)和在所有文件中出現(xiàn)的比例為統(tǒng)計(jì)依據(jù)。比較其中出現(xiàn)或未出現(xiàn)的語(yǔ)法部分，統(tǒng)計(jì)其中出現(xiàn)頻率較高的語(yǔ)法內(nèi)容，得出子集。最終得到的是所有程序文件中出現(xiàn)的C/C++語(yǔ)言的單詞頻數(shù)統(tǒng)計(jì)表（不包括重復(fù)出現(xiàn)的情況）。通過(guò)對(duì)該表的分析得出最后的結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外大量用于高校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)的教材進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理兩個(gè)階段將教材中的樣例程序文件按照所屬算法分類，并對(duì)程序代碼進(jìn)行分詞、標(biāo)注；經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析階段得到一個(gè)量化語(yǔ)法子集。通過(guò)對(duì)該量化子集和經(jīng)驗(yàn)子集進(jìn)行比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，它們的一致性程度高。本文還進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：基于語(yǔ)法子集的程序設(shè)計(jì)教學(xué)開(kāi)展，不會(huì)對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的教學(xué)產(chǎn)生不良影響，說(shuō)明該子集可以應(yīng)用于教學(xué)。

實(shí)踐證明，應(yīng)用 C/C++語(yǔ)言的語(yǔ)法子集開(kāi)展“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的教學(xué)能更好地提高程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)效率，幫助學(xué)生理清學(xué)習(xí)思路，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力有比較大的幫助。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究的主要內(nèi)容是針對(duì)初學(xué)者特點(diǎn)，在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的知識(shí)選取上采取“瘦身”措施，消除很多 C/C++語(yǔ)言教材中存在的“知識(shí)臃腫”現(xiàn)象。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)突出C/C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的主干知識(shí)，淡化分支知識(shí)，摒棄末葉知識(shí)。在對(duì)C/C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)論證分析的基礎(chǔ)上，合理取舍每個(gè)教學(xué)單元的知識(shí)內(nèi)容，將主干知識(shí)列入教學(xué)目標(biāo)，放在首位；將分支知識(shí)作次要介紹；對(duì)不利于課程主體內(nèi)容教學(xué)、容易使初學(xué)者陷入迷魂陣的“末葉”知識(shí)堅(jiān)決舍棄。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)既容易進(jìn)入主題，又不迷失方向。

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