层进式教学法.doc

“层进式教学法”在计算机语言教学中的具体应用

[摘 要] 编程语言作为高校理工科专业必修的一门公共基础课程，尤其对于计算相关专业的学生来说，学好并能灵活使用编程语言解决实际问题是至关重要的，直接影响了学生对于计算机专业后续课程的学习，好比跟中国人学写文章一样，是我们必须掌握的一门基础技能，是最能直接体现学生基本素养的一门课程，然而编程与写作在学习方法与领悟上却又不同，计算机编程语言的语法成分非常简单，仅有数据，运算，控制，传输四种成分，远不如写文章那样复杂，其中数据，运算，传输三种成分绝大部分学生都能很快掌握，那为什么还有那么多学生在抱怨编程学不会呢？不能灵活运用编程语言来解决实际问题呢？其实无非是对于编程语言的控制成分没有深刻领悟，说的更彻底一点，控制成分也仅有三种结构，学生往往不能娴熟运用的就是重复结构，纠其原因学生自身不够努力可能是一个原因，但是我觉得教师的教学策略和方法缺乏启发性，创新性可能也是更重要的一影响因素，教师没有讲透彻重复结构，学生又怎能理解计算机的思维呢？本文通过作者自身的教学过程，探索进行了“层进式教学法”在循环教学过程的应用，并通过两届学生的调研数据进行对比统计来检验这种教学策略的效果。
[关键词]编程语言；计算机；层进式教学法
[中图分类号] G443 [文献标识码] A
一、基础理论
“层进式教学法”就是按照人的思维是由具体至抽象，由特殊至一般，由零散至系统，从实践至理论的掌握过程，再由理论至实践的灵活运用过程，来实现对有效信息进行收集，加工存储及运用，来循序渐进的培养学生掌握知识，领悟理论、解决实际问题的能力。然而这种方法在其他学科例如数学，语文等具备很深积淀的经典学科中得到广大教师的实际运用，然后唯独计算机编程语言这门课程中很少被广大学者提及与运用，其实这种方法也非常适合在计算机编程语言课程上使用。
二、“层进式教学法”教学案例
for i=min to max step k
…exit for
next i
图1：循环的结构
以高校学生使用编程语言最多的Visual Basic为例，知识点为讲解for循环。
其基本结构见下图1：
这个就是for循环的基本结构，非常直观也很容易理解，就是i在[min,max]范围内每次增长K，中途执行exit for可强行退出。讲解很容易，可是学生听懂了之后还是不会用，很难会解决一些实际问题，我们可用层进式教学方法来实现学生的逐步掌握及灵活运用。
1.教学示例一（正常循环）：编写一个程序求1到10这十个数的和与连乘积。
这个题目非常简单，可采用“累加”与“累乘”法进行。累加法是设置一个存放和数的变量，称为“累加器”，它的初始值设为0，累加过程通过循环实现，在循环体中，和数与累加器相加后再赋值给累加器；累乘的算法与累加类似，不过设置的是“累乘器”，它的初始值应设为1。注意这个问题即可，学生基本都会写。
2. 教学示例二（循环自动转换）：
上图1应该循环的起始值，终止值，包含步长应该都是整数，那么如果不符合这个规则，计算机编程语言的编译器是如何处理的呢？这就需要学生能明确知道，而不是弃之不管，我们给出下图2的循环示例2，对于Visual Basic语言的这种循环系统将自动调用cint函数（此函数转换规则可查MSDN）转换，系统会自动转成图3的循环。
for i=2.5 to 7.5 step 3.1
msgbox i
next i
图2：循环示例2
for i=2 to 8 step 3
msgbox i
next i
图3：等价循环示例2
3. 教学示例三（奇怪的循环）：
如果我们写了如下图4这种有点看上去不能结束的循环程序，计算机的执行结果又会怎么处理呢？三个循环参数min、max和k如果在循环体内被改变，不会影响循环的执行次数，图4的循环等价与图5的写法。
Min=1:max=100:k=3
for i=min to max step k
min=min+1
max=max+2
k=k-1
…..
next i
图4：循环示例3
Min=1:max=100
for i=1 to 100 step 3
min=min+1
max=max+2
k=k-1
…..
next i
图5：等价循环示例3
4. 教学示例四（跳跃的循环）：
但循环控制变量若在循环体内被重新赋值，则循环次数有可能发生变化，具体分析见下图6。
图6：跳跃循环分析
for i=1 to 5 step 1
i=i+2
msgbox i
next i
msgbox i
循环分析：
第一次：i=1
循环内i=3
弹出
第二次：i=4（注意:加步长）
循环内i=6
弹出
第三次：I=7(退出循环)
弹出

基金项目：“十一五”国家课题“高校应用型人才培养模式研究”子课题——基于‘软件工厂’的应用型人才培养模式(FIB070335-B8-04)
5. 教学示例五(循环结束判断技术的运用)
在上图1中我们把执行过exit for语句退出的循环称为中途退出循环,如何让学生理解和运用这个技术呢?我们引入教学示例六:判断一个数n是否为素数,算法是从[2,n-1]范围内,没有发现任何数能被n整除.具体实现如下图7;那么能不能进一步优化代码呢?通过分析可以进一步减少算法的时间复杂度(见图8),可以进一步拓展成寻找制定范围内的素数（见图9），这样学生就理解了这个技术，并领悟了循环的意义乃至多重嵌套的使用。
‘判断素数
n=105
for i=2 to n-1
if n mod i= 0 then
exit for
end if
next
if i>n-1’ then正常结束
msgbox “yes”
end if

图7：判断素数
图9：判断素数优化
‘判断素数优化
n=105
for i=2 to sqr(n) ‘优化
if n mod i= 0 then
exit for
end if
next
if i>n-1’ then正常结束
msgbox “yes”
end if

‘寻找3位素数
For n=100 to 999’双循环
for i=2 to sqr(n) ‘优化
if n mod i= 0 then
exit for
end if
next
if i>n-1’ then正常结束
加入n
end if
next n
图10：寻找素数
三、调研数据对比
通过对2届非计算机专业理工科与计算机专业学生的调研以试卷的形式完成以下任务：
1．寻找指定范围的素数（教学内容）
2．寻找指定范围的水仙花数（灵活运用）
3．寻找指定范围的降序素数
得出了以下基本数据见表1：
普通教学法
层进式教学法
学生班级
完成比例/优化比例
学生班级
完成比例/优化比例
任务一
任务二
任务三
任务一
任务二
任务三
数11(1)
48%/20%
38%/15%
20%/8%
数10(1)
78%/55%
68%/50%
64%/48%
计12(1)
50%/21%
40%/16%
23%/10%
计10(1)
80%/61%
70%/56%
69%/53%
平均
49%/21%
39%/16%
22%/9%
平均
79%/58%
69%/53%
66%/51%
表：数据统计表
通过分析教学效果，得出了教学效果对比图见图11：

图11：教学效果对比图
四、结论
通过图11我们可以明显看到，普通教学法和层进式教学法对于任务一，任务二即课程讲授内容掌握情况完成比例大约差1倍，优化代码比例差近两倍，而对于任务三需要学生能用循环解决实际问题完成比例差了近3倍，优化比例差了近4倍，由此可见层进式教学法能够大幅度提高课堂教学效果，并且能够更大幅度提高学生将课堂知识转化成自己解决问题技能的比例，层进式教学法应该在计算机编程语言的教学领域中大范围推广和运用。
[参考文献]
[1] 魏顺平，路秋丽，何克抗,李宇翔. 教学设计自动化语义模型及其实现方法[J].开放教育研究，2009,（6）：52~61.
[2]陈国良,董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学,2011(1):7-11.
[3]钟志贤,王觅,林安琪.量规：一种现代教学评价的方法[J].中国远程教育,2007,(10):43~46.
[4] Luca Botturi ,Todd Stubbs. Handbook of Visual Languages for Instructional Design: Theories and Practices [M]. Information Science
Publishing,2007.