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計算機專業大學生程序設計課程教學方法探討
計算機專業大學生程序設計課程教學方法探討
孫明偉，唐敏
（武漢大學遙感信息工程學院，湖北武漢430079）
摘要：對大學生編程素質的培養，對許多非計算機專業的高校院系來說也是一項重要的教學任務。非計算機專業的大學生面臨計算機基礎相對薄弱、程序設計課時安排有限等問題，為在有限的時間內提高學生的程序設計能力，采用一種教師理論講解與學生實踐操作緊密結合的三階段教學方法，幫助學生迅速跨過了程序設計的門檻，讓學生能夠通過后續持續的自我編程練習提高編程素質，取得了很好的教學效果。
關鍵詞：三階段教學法；程序設計課程；非計算機專業；本科教學
武漢大學遙感信息工程學院是集遙感、測繪、信息技術于一體的信息和工程類學院，學院培養的人才在中國乃至世界上一直具有重要的影響力。在本科生培養方面，除了系統培養學生的空間科學、地球科學等專業知識外，還系統培養學生的信息科學知識，包括計算機網絡技術、程序設計技術、數據庫技術、模式識別與人工智能技術等。由于專業課程較多，相對于計算機專業的學生來說，本院學生在信息學科的課程數與課時數安排上還是較少，比如計算機原理、操作系統原理等課程都沒有教學安排。本人承擔學院程序設計技術的本科教學工作，在學生計算機基礎相對薄弱、程序設計課時安排有限的情況下，使用一套教師理論講解與學生實踐操作緊密結合的三階段教學方法，使學生迅速跨過了程序設計的門檻，讓學生能夠通過后續持續的自我編程練習來提高編程素質，取得了很好的教學效果。
一、程序設計課程的三階段教學方法
程序設計是一門實踐性較強的課程，理想的教學結果應該是學生通過程序設計課程的學習掌握編程語言、養成良好的編程習慣并能夠完成簡單的軟件開發任務。根據程序設計課程的特點，學院將教學場地安排在具備100臺左右計算機的機房。結合本院學生的學科背景、計算機知識儲備等情況，本人將整個課程的教學過程劃分成3個階段，不同階段采用不同的具體教學方法，各階段具體教學方法如下表所示。
第一階段，即學生剛開始學習程序設計的階段。首先教師進行教材相應章節的知識講解，使學生了解相應的基礎理論。然后教師將示例代碼輸入到程序編譯器，該過程中輔助適當的代碼介紹并編譯運行。最后要求學生將代碼在各自機位的計算機上進行輸入與編譯運行。對于初學者來說，最后過程中往往會產生大量的低級錯誤，包括編譯器操作錯誤、輸入法引起的符號錯誤等，這時學生通過舉手示意，教師即到相應機位查看并解決各種問題，同時向學生解釋錯誤產生的原因。
第一階段的教學進度會比較慢，主要是由于學生剛開始接觸程序設計課程，對編程環境以及程序設計理論比較陌生，因此會犯許多低級錯誤。教師在解決這類錯誤時，一方面需要自身具備較強的程序設計功底與豐富的程序設計經驗，因為許多低級錯誤較難通過常規的編譯器錯誤提示來定位與排除。另一方面教師也需要具備充分的耐心以及適當的技巧，如果出現的錯誤匪夷所思，則可通過學生的重復演示來定位程序錯誤的原因。隨著學生練習次數的增加，程序出錯的概率會逐漸降低，這時就可進入第二階段。
第二階段，即學生對編程較為熟悉的階段。首先教師同樣進行教材相應章節的知識講解，使學生掌握相應的基礎理論。然后要求學生將示例代碼輸入到編譯器并編譯執行。如果例子較為復雜的話，該過程中部分學生也會出現一些編譯錯誤或邏輯錯誤，導致代碼無法運行或運行得到錯誤結果，同樣學生通過舉手示意，教師到相應機位查看、解決并解釋問題。最后教師公布標準代碼并適當解釋代碼含義，編譯執行并展示代碼執行結果。在該過程中教師需要要求學生參考標準代碼，養成良好的編程習慣。第二階段的教學進度就比較快了，該階段可一直持續到將教材內容全部講授完畢。
第三階段，即學生進行軟件設計的實踐練習階段。(m.baimashangsha.com)首先教師布置一個軟件設計任務，比如要求學生編寫一個類似于微軟“畫圖板”的軟件，明確要求軟件需要具備的基本功能，并要求代碼具備規范性、軟件具備美觀實用性等。然后學生利用三周左右的時間去獨立完成軟件設計任務，該過程中學生可以相互交流或上網查閱相應資料，但不允許代碼拷貝與抄襲。最后每位學生利用10分鐘左右的時間公開演示所設計的軟件，介紹基本功能與創意性、并展示關鍵代碼等。在學生演示過程中，教師適當提問或點評，并根據學生的演示情況進行打分作為期末成績的一部分。第三階段可極大提高學生的實踐動手能力，由于采用公開演示的方式，也基本杜絕了抄襲現象。
三階段教學方法，各階段在整個教學過程中所占的時間比例如圖1所示。三階段的教學過程結束后，幾乎所有學生均能掌握程序設計的基本理論，具備程序設計的實踐動手能力，能夠獲得較為理想的教學效果。
二、教學成果展示
以我院學生2011~2012學年、2012~2013學年學生程序設計課程的期末成績，來說明三階段教學方法的教學效果。2011~2012學年，由于學院教學條件的限制，程序設計課程主要在普通教室授課，教學過程主要以理論講述為主，課后學生動手練習為輔。2012~2013學年，由于學院教學條件的改善，程序設計課程改為在計算機房授課，并按照三階段教學方法來實施教學工作。統計學生兩個不同學年的期末成績，得到如圖2、圖3所示的結果。
從圖2中可看出，2011~2012學年，62名學生參加考試，取得及格成績的學生人數為49名，不及格學生人數為13名，大部分及格同學的成績位于80分左右。從該結果可看出，程序設計課程如果僅僅使用課堂授課的方式，較難取得理想的教學效果。從圖3中可看出，2012~2013學年，72名學生參加考試，取得及格成績的學生人數為70名，不及格學生人數為2名，大部分及格同學的成績位于90分以上。從該結果可看出，程序設計課程改為在計算機房授課，并采用三階段教學方法后，取得了理想的教學效果。
通過將學生的成績按照≤69分、70～79分、80～89分、≥90分劃分為4個成績區間，分別統計2011~2012學年、2012~2013學年4個成績區間學生人數占總人數的百分比，可繪制得到如圖4所示的結果。
從圖4中可以看出，2011~2012學年學生期末成績主要分布在89分以下，而2012~2013學年學生期末成績主要分布在90分以上，由此可見三階段教學方法相對于傳統的教學方法來說，能夠顯著改善非計算機專業的大學生程序設計課程的教學效果。
三、結論
程序設計是一門實踐性較強的課程，對于高校非計算機專業的大學生來說，在學生計算機基礎知識相對薄弱及課時安排有限的情況下，采用一種教師理論講解與學生實踐操作緊密結合的三階段教學方法，能夠使學生迅速跨過程序設計的門檻，并繼續通過不斷的自我練習，鞏固提高程序設計水平，實踐也表明該方法能夠取得理想的教學效果。
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