问题驱动的“C++程序设计”教学方法研究

问题驱动的“C++程序设计”教学方法研究
摘要:问题驱动教学方法是实践建构主义认知理论的重要方法之一,对激发学生学习兴趣、培养主动学习能力具有重要意义。

本文提出将问题驱动教学方法应用到C++程序设计课程的教学中,改进传统的教学方法与手段,加强实验、实践环节,增加上机考核。

初步实践表明新的教学方法能够有效提高C++程序设计课程的教学效果,提升学生的实际动手编程能力。

关键词:问题驱动;教学方法;C++程序设计
在高等教育大众化的环境下,内容陈旧、形式单一、理论与实际脱节的课堂教学方法已不能适应我国现阶段高等教育的教学要求,也不能满足当代大学生的学习需求。

因此,改进课堂教学方法、教学手段以提高课堂教学效率,是缓解现阶段高等教育中“教”和“学”矛盾的有效手段和重要途径,是深入实践国家高等教育“质量工程”的体现[1]。

建构主义理论[2]认为知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境,即社会背景下借助他人的帮助(如教师或学习伙伴),利用必要的学习资料,通过意义建构的方式获得的。

在知识获取的过程中,强调学生是信息加工的主体,是意义的主动建构者,而不是外部刺激的被动接受者,驱使学生不断学习的动力应该是逐步解决问题而获得的成就感,而不是教师不断地灌输和填鸭,教师在学习过程中起着引导学生如何发现问题、分析问题以及解决问题的作用。

因此,问题驱动的教学方法受到日益重视,在高等数学[3]、线形代数[4]、管理学原理[5]以及计算机原理[6]、计算机应用基础[7]等课程的教学中得到广泛的应用。

C++程序设计语言是贝尔实验室的Bjarne stroutsup在吸收C程序设计语言优点的基础上开发的支持面向对象程序设计的计算机编程语言[8]。

它既能支持结
构化程序设计已保持对C语言的兼容,又通过类(class)机制实现面向对象编程。

当前,C++程序设计语言成为国内外众多高校计算机专业学生学习计算机编程的第一门程序设计课程,该门课程学习的好坏对于学习其他计算机专业核心课程(如数据结构、操作系统、编译原理)至关重要;另外,程序设计类课程实践性强,非常适合采用问题驱动式的教学方法。

因此,本文探讨问题驱动的教学方法在C++程序设计课程教学中的应用,对于提高计算机专业学生的C++程序设计能力具有重要的实际意义,对于其他计算机专业课程的建设和改革具有一定的借鉴意义。

1问题驱动的教学方法在C++程序设计教学中的应用
1.1问题驱动的教学方法简介
所谓问题驱动的教学方法,就是借助现代化的教学环境和教学手段,设计合适的问题或选择典型的实际问题,通过引导学生如何分析问题和解决问题,从而启发学生思维、培养学生兴趣的教学方法,培养学生探究学习、协作学习、终身学习
的习惯,为进一步学习和深造奠定坚实的基础。

问题驱动的教学过程的实施对教师提出了更高的要求。

教师在课程教学中遵循如下原则:(1)教师
基金项目:天津理工大学教改基金(2008016)资助,天津市高等学校科技发展基金(20071306)资助。

需要根据教材的内容、学生的认知规律和实际情况,以提出问题的方式引导学生主动学习和思考;(2)所设计的问题要涵盖课程的主要的知识点,同时又要循序渐进,有一定的梯度;(3)鼓励学生大胆尝试,勇于在课堂上提出问题,教师在分析答疑过程中帮助学生提高他们解决问题的能力。

1.2问题驱动的C++程序设计教学案例
基于上述原则,结合C++程序设计语言的特点选取一些实际问题和经典问题,讲解C++编程求解问题的过程,有利于学生对C++程序设计的学习和掌握,进而提高C++程序设计能力。

这里介绍几个教学案例。

1.2.1从“Hello World”程序入门
C++程序设计课程是学生学习编程的开始,如何引导学生快速入门,并激发学生进一步学习的欲望至关重要。

传统的教学方法首先介绍C++语言的语法特点,然后介绍C++程序的基本结构,再举一些程序实例。

我们正好相反,首先提出问题要求编程在屏幕上打印“Hello World”字样;然后,以特定的编译器(如Visual C++6.0)为基础,课堂上当场编写程序代码(如图1所示),同时演示C++程序的编辑、编译和连接等调试过程;还可以引导学生,如何修改程序在屏幕上输出其他字样,如“The Great Wall”,等等。

这样的做法,一方面使学生很快了解真实编译环境下C++程序的基本框架;另一方面也可以鼓励学生自己动手编程,从一开始就充分调动学生的学习积极性。

图1C++结构化程序框架
与此同时,C++语言还支持面向对象程序设计,以类为基础重新编程实现在屏幕上输出“Hello World”(如图2),进一步使学生了解C++程序的完整结构。

最后,基于上述实例程序,总结C++程序的基本结构如下:(1)程序主要由类和函数组成,图1所示程序是图2程序的退化形式(即结构化形式,保持对C语言的兼容);(2)每一个程序有且只有一个主函数(main函数),并且是程序的入口点;(3)程序可能会用到一些系统库函数或对象,此时使用文件包含预处理,如#include 。

图2C++面向对象程序框架
1.2.2类对象的初始化问题
C++类对象的初始化是C++教学中的一个难点,很多学生不理解为什么要引入构造函数进行初始化。

为此,我们通过梳理C++中各种数据类型的初始化过程,循序渐进、逐步深入到对象初始化的问题,并在教学中适当设置问题,要求学生思考。

对于C++基本类型数据,初始化是一个相对容易的过程,在变量定义时直接赋初值即可。

例如,int a=3;float f[3]={1, 2, 3}。

前者给普通变量赋初值,后者给数组赋初值。

对于结构(struct),由于成员默认具有公有(public)的存取权限,我们也可直接进行初始化。

struct Date {
int year, month, day;
};
可以直接给结构变量赋初值,如struct Date d1= {2007, 10, 4};
但是,对于类(class),由于成员默认具有私有(private)的存取权限,试图直接进行初始化,必然是徒劳的。

class CDate {
int year, month, day;
};
给类对象直接赋初值,如CDate d1={2007, 10, 4};编译出错。

实际上,这相当于直接访问类对象的私有(private)数据成员,如D1.year=2007;d1.month=10;d1.day=4;当然被禁止。

所以,类对象的初始化依靠直接赋初值的办法是行不通的,必须另劈蹊径。

另外,对于C++基本数据类型的变量,如果没有初始化,我们还可以有补救的措施,例如,
int a;//定义一个变量,但未初始化
…//其它一些操作
a=3;//赋值
++a;//自增量操作
同样,这些补救措施对类对象来说也是无济于事,受到成员的私有(private)的存取权限所禁止。

并且,类对象是对现实世界对象的直接模拟,要求一旦创建就应该具有一个有意义的初值,并且是立即和自动完成的。

所有这一切,都说明初始化的任务,必然落到成员函数的身上;但普通的成员函数需要用户程序显式调用,无法自动完成,必然要一个特殊的成员函数完成初始化的过程,C++中称为构造函数,类的唯一性和对象的多样性决定了构造函数名称与类名相同。

然后,通过一些实例程序来演示对象的初始化过程,学生将更容易理解为什么要用构造函数进行对象的初始化。