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一般進(jìn)入大學(xué)后,學(xué)生才會(huì)逐漸的接觸到計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言,計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言是一門新的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,其主要是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程,這些計(jì)算機(jī)程序在實(shí)際工作中有很大的作用。雖然計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言現(xiàn)已廣泛流行,有很大的作用,但是對(duì)于學(xué)生而言仍然是一門很難的學(xué)科,學(xué)生很難對(duì)C語(yǔ)言進(jìn)行掌握,不理解C語(yǔ)言,但是學(xué)生一旦學(xué)會(huì)C語(yǔ)言,就會(huì)進(jìn)行各種程序的編寫,發(fā)現(xiàn)C語(yǔ)言的魅力。在本文中,我們對(duì)C語(yǔ)言編寫程序的技巧進(jìn)行學(xué)習(xí)。
一、計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言內(nèi)容
想要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言并不是一件很難的事情,C語(yǔ)言編寫程序是一件水到渠成的事情,C語(yǔ)言主要課可以分成這幾個(gè)模塊:(1)語(yǔ)言運(yùn)算符和運(yùn)行順序。(2)C語(yǔ)言的基本程序結(jié)構(gòu),順序、選擇以及循環(huán)。(3)數(shù)組。(4)函數(shù)。(5)指針。(6)結(jié)構(gòu)體和共用體。(7)文件。C語(yǔ)言的運(yùn)算符和運(yùn)算順序是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言的基礎(chǔ),也是計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言的獨(dú)特之處,計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言的運(yùn)算非常的靈活,運(yùn)用也非常的豐富,當(dāng)一個(gè)運(yùn)算中出現(xiàn)多種運(yùn)算時(shí),在組合運(yùn)算表達(dá)式中,就會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先運(yùn)算順序和結(jié)合規(guī)則。計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言是三種基本程序的結(jié)構(gòu),這三種程序結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言必須掌握的程序結(jié)構(gòu),所有的程序結(jié)構(gòu)都是按照?qǐng)?zhí)行順序進(jìn)行的,在執(zhí)行程序的過(guò)程中,會(huì)根據(jù)輸入的任務(wù)選擇結(jié)構(gòu),并不斷的執(zhí)行相關(guān)的任務(wù)指導(dǎo)滿足選擇結(jié)構(gòu)的條件[1]。數(shù)組其實(shí)就是一組數(shù)據(jù)的有序結(jié)合,在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序中需要對(duì)有共同性質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,根據(jù)數(shù)組維數(shù)的不同,將其分為一維數(shù)組和多維數(shù)組,在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序中,對(duì)數(shù)組的引用,可以為某些編程提供更為方便的環(huán)境。函數(shù)是計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言的重要組成部分,在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言中每一個(gè)函數(shù)都有特定的單一功能,通過(guò)函數(shù)模塊的調(diào)用將其特定的功能實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序時(shí),引入函數(shù)主要是為了將其中出現(xiàn)的重復(fù)代碼解決以及滿足編寫程序的結(jié)構(gòu)化和模塊化等需求,根據(jù)不同的使用方法可以將函數(shù)分成不同的種類,從定義上分,可以將函數(shù)分成有返回值函數(shù)和無(wú)返回值函數(shù),從作用上分,可以將函數(shù)分成內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù),從使用上分,可以將函數(shù)分為用戶函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序的過(guò)程中,應(yīng)用作為廣泛的一種數(shù)據(jù)類型就是指針,指針是計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言的精華部分,指針也是計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序的一個(gè)特征。通過(guò)指針變量獲取各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),將數(shù)組和字符的使用簡(jiǎn)化。計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序中經(jīng)常使用的一種數(shù)據(jù)類型是結(jié)構(gòu)體和共用體,主要是對(duì)多個(gè)不同的數(shù)據(jù)組成的實(shí)體進(jìn)行描述,其中每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)就是一個(gè)實(shí)體,將這些數(shù)據(jù)項(xiàng)結(jié)合在一起就形成了一個(gè)特定的單元,也就是結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體和共同體可以將計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程中的數(shù)據(jù)類型和數(shù)組類型結(jié)合成一個(gè)整體。計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程中文件是相關(guān)數(shù)據(jù)的有序結(jié)合,從用戶的角度,可以將文件分為設(shè)備文件和普通文件,從儲(chǔ)存方式上進(jìn)行分類,可以將文件分成二進(jìn)制碼文件和ASCII碼文件,當(dāng)然從文件的讀寫方式進(jìn)行分類,可以將文件分成非緩沖文件系統(tǒng)和緩沖文件系統(tǒng)[2]。
二、計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序技巧
計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言最好的學(xué)習(xí)方法就是練習(xí),也就是說(shuō)要多上機(jī),只有在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行出來(lái)的程序,才是正確的程序,否則將是不正確的C語(yǔ)言編寫程序,學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序的主要技巧有:
1.根據(jù)示例程序,注重示例程序。從示例開(kāi)始學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程,是學(xué)習(xí)新知識(shí)的開(kāi)始,通過(guò)對(duì)示例的練習(xí),逐漸形成自己的思考模式。在進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程時(shí),需要對(duì)相關(guān)的程序進(jìn)行編寫,這時(shí)對(duì)每一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有了一定的了解,這是運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程的基礎(chǔ),熟練的運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有了深刻的理解和透徹的領(lǐng)悟。在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程之前,通過(guò)對(duì)示例的模仿,了解編程的基本步驟,幫助進(jìn)行程序的編寫。
2.多練習(xí)程序編寫。程序編寫不能停留在對(duì)理論知識(shí)的掌握上面,需要通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行鍛煉和提升,想要提高計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程能力,就需要多進(jìn)行上機(jī)練習(xí)。上機(jī)可以將學(xué)生的動(dòng)手操作能力提升,在實(shí)踐中將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用,通過(guò)上機(jī),將自己在理論知識(shí)學(xué)習(xí)中的薄弱之處進(jìn)行指出,然后進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程的效果,提高實(shí)際操作動(dòng)手能力。
3.在編程時(shí),注重綜合知識(shí)的運(yùn)用。計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程需要大量的運(yùn)用綜合知識(shí),包括C語(yǔ)言的7項(xiàng)基本內(nèi)容,同時(shí)還要執(zhí)行不同的程序結(jié)構(gòu)。綜合知識(shí)的運(yùn)用,有利于編寫出優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言程序,將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的編程中,將編程效果提升。
4.掌握計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)。編寫的計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言程序,雖然可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行,但是,掌握住扎實(shí)的理論知識(shí)是基礎(chǔ),在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程中應(yīng)該明白掌握基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于對(duì)于上機(jī)的重要性,沒(méi)有基礎(chǔ)知識(shí)作為上機(jī)的前提,上機(jī)操作編程工作是沒(méi)有辦法進(jìn)行的,所以需要掌握住扎實(shí)的理論知識(shí)[3]。
三、小結(jié)
隨著信息化腳步的加快,計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言在生活中得到普遍的應(yīng)用,在工作有著重要的意義,在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序中,掌握相應(yīng)的技巧,是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程的基礎(chǔ)也是可靠保證,掌握住基礎(chǔ)理論知識(shí),和上機(jī)技術(shù),在計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編寫程序中有不可替代的作用。
參考文獻(xiàn):
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[2]秦興.探究計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編輯程序技巧[J].信息與電腦(理論版),2012;6
計(jì)算機(jī)科學(xué)的很多分支,比如:程序設(shè)計(jì)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息安全等,基本上都要依靠一定的數(shù)學(xué)功底。因此對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),數(shù)學(xué)修養(yǎng)是非常重要的。推理、創(chuàng)新、邏輯思維、分析問(wèn)題解決問(wèn)題等方面的能力都得到了一定的體現(xiàn)。
一、數(shù)學(xué)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的應(yīng)用
1、三角學(xué)和代數(shù)
三角學(xué)和代數(shù)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最基礎(chǔ)的知識(shí)。高中時(shí)期所學(xué)的數(shù)學(xué),最重要的內(nèi)容就是三角學(xué)和代數(shù)了,它們可以幫助我們解決類似求幾何圖形邊長(zhǎng)等簡(jiǎn)單的問(wèn)題,也可以幫助我們從方程中解答出一個(gè)或者多個(gè)的根。
2、線性代數(shù)
只要想在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中工作,扎實(shí)的線性代數(shù)基礎(chǔ)是必需的。而線性方程組與矩陣是其基礎(chǔ)與核心。圖形學(xué)自始至終離不開(kāi)矢量,我們常常抽象出的幾何數(shù)值表示法,比如坐標(biāo)X\Y\Z,就被稱之為矢量。一般我們也可以用矢量來(lái)描述平移、縮放或者旋轉(zhuǎn)。在圖形學(xué)里矩陣的表述也相當(dāng)流行,許多問(wèn)題都要用到矩陣方程組的數(shù)值解法。由此我們可以看出線性代數(shù)的思想貫穿于整個(gè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中。
3、微積分學(xué)
數(shù)學(xué)中的基礎(chǔ)分支。內(nèi)容主要包括函數(shù)、極限、微分學(xué)、積分學(xué)及其應(yīng)用。求曲線的切線問(wèn)題,求長(zhǎng)度、面積、體積、重心問(wèn)題等都需要用到微積分。它是一種很有用的工具,是高級(jí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要成分。也有許多研究者用微積分學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述他們的問(wèn)題和解決方法。微積分學(xué)是一能為你打開(kāi)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與后繼的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之門的課程。
4、微分幾何學(xué)
數(shù)學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科,應(yīng)用微分學(xué)來(lái)研究空間中的曲線、曲面等圖形性質(zhì)的數(shù)學(xué)分支。以光滑曲線、曲面作為研究對(duì)象,由曲線的弧線長(zhǎng)、曲線上一點(diǎn)的切線等概念展開(kāi)。討論的重點(diǎn)內(nèi)容則是平面曲線在一點(diǎn)的曲率和空間的曲線在一點(diǎn)的曲率等。如果需要建模,也就是說(shuō)用曲線和曲面來(lái)創(chuàng)造形體,則微分幾何學(xué)是基礎(chǔ)。
5、概率論與統(tǒng)計(jì)學(xué)
概率論是研究隨機(jī)現(xiàn)象數(shù)量規(guī)律的數(shù)學(xué)分支。統(tǒng)計(jì)學(xué)是通過(guò)搜索、整理、分析數(shù)據(jù)等手段,以達(dá)到推斷所測(cè)對(duì)象的本質(zhì),甚至預(yù)測(cè)對(duì)象未來(lái)的一門綜合性科學(xué)。概率論與統(tǒng)計(jì)學(xué)則涉足到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的許多領(lǐng)域。比如:計(jì)算機(jī)圖形學(xué)涉及人類學(xué)科等的相關(guān)領(lǐng)域,例如虛擬現(xiàn)實(shí)和人機(jī)交互(HCI),就需要統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)分析數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)描繪真實(shí)世界牽涉到各種未知事件的概率問(wèn)題,就需要用到概率論進(jìn)行分析。
二、數(shù)學(xué)在編程中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞:VB編程土木工程學(xué)習(xí) 應(yīng)用 淺談
Abstract: with the development of society and the progress of science and technology, people in all walks of life from personnel of ability constantly increasing demand, for civil are no exception. In order to realize the safety of structures, practical, beautiful, economy, accurate, to the computer's dependence on civil engineering are getting more and more serious. Therefore, as a study of civil engineering in the school student, understand and master the computer technology is very important, especially in computer programming. This paper, the author will with computer programming of the Visual Basic programming (hereinafter referred to as VB programming) as an example on computer programming in civil engineering application of learning.
Keywords: VB programming civil engineering study on application
中圖分類號(hào): TP313文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)
1.引言
VB(Visual Basic)是微軟推出的基于Windows環(huán)境的軟件開(kāi)發(fā)工具。它的主要特點(diǎn)為:1)、可視化;2)、面向?qū)ο螅?)、采用事件驅(qū)動(dòng)的編程模式;4)、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。其編程過(guò)程中主要應(yīng)用的是窗體(Form)和幾種基本的控件,如命令按鈕(Command)、標(biāo)簽(Label)和文本框(Text)并對(duì)其進(jìn)行編程控制。在應(yīng)用VB編程之前,首先分析問(wèn)題,確定程序要完成什么任務(wù),然后按下面的步驟創(chuàng)建應(yīng)用程序:
1)、新建工程,并在工程中添加窗體
2)、設(shè)計(jì)窗體界面
3)、設(shè)置對(duì)象的屬性
4)、編寫程序代碼
5)、運(yùn)行、調(diào)試程序(重復(fù)3、4、5步)
6)、保存工程、窗體文件
7)、編譯程序,產(chǎn)生EXE文件
VB編程是幾種計(jì)算機(jī)程序中較為易學(xué)的一種,也是為大多數(shù)在校大學(xué)生所掌握的一種計(jì)算機(jī)編程。它的應(yīng)用十分廣泛,四則運(yùn)算計(jì)算器、體彩模擬器、紅綠燈系統(tǒng)及俄羅斯方塊等小游戲都可以通過(guò)VB編程加以實(shí)現(xiàn)?;谒?jiǎn)單易學(xué)、方便實(shí)用的特點(diǎn),我們可以將它應(yīng)用到我們的日常學(xué)習(xí)當(dāng)中,用程序語(yǔ)言去詮釋我們的想法,解決難題。下文中,筆者就將以計(jì)算機(jī)編程中的VB編程為例淺談?dòng)?jì)算機(jī)編程在土木工程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。
2.計(jì)算機(jī)編程應(yīng)用到土木工程學(xué)習(xí)中必要性
2.1、是提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的需要
對(duì)于土木學(xué)子來(lái)說(shuō),僅學(xué)好專業(yè)知識(shí)不再意味著能夠走向成功,時(shí)代在改變,對(duì)我們的要求也在改變,學(xué)會(huì)使用計(jì)算機(jī)工具才能夠事半功倍。在我們的課本當(dāng)中,有很多數(shù)據(jù)表格,我們通過(guò)查表計(jì)算出最終結(jié)果。顯然,表格中的數(shù)據(jù)都是約數(shù),并且書中只列出了部分?jǐn)?shù)據(jù),其他的數(shù)據(jù)需要通過(guò)“內(nèi)插法”求得,計(jì)算過(guò)程不僅復(fù)雜而且不夠精準(zhǔn),這對(duì)一個(gè)小小的作業(yè)題目來(lái)說(shuō)可能造不成多大的誤差,但對(duì)于一個(gè)龐大的工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)就可能造成巨大的誤差,而運(yùn)用計(jì)算機(jī),將其計(jì)算過(guò)程編輯成程序,計(jì)算出來(lái)的結(jié)果精度和效率將明顯提高,所造成的誤差將大大的減小。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中,學(xué)生既能夠發(fā)揮自己的計(jì)算機(jī)水平,學(xué)以致用,又能夠提高自身的動(dòng)手能力和辦事效率;其次,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也得到了極大的提高,同時(shí)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程解決實(shí)際問(wèn)題的思維能力也能得到進(jìn)一步的完善和提高。
2.2、是鞏固專業(yè)知識(shí)的需要
計(jì)算機(jī)編程對(duì)于土木學(xué)子來(lái)說(shuō)不僅僅是將公式寫成代碼的過(guò)程,還是一個(gè)對(duì)公式再認(rèn)識(shí)的過(guò)程。在公式中,不同的字母具有不同的定義,同時(shí)也代表不同的運(yùn)算規(guī)律。將復(fù)雜的公式轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的代碼的過(guò)程中,我們對(duì)字母的具體含義會(huì)有個(gè)更加深刻的認(rèn)識(shí),這樣有助于加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用,從而起到鞏固知識(shí)的作用。
2.3、是提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的需要
隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,各行各業(yè)對(duì)其從業(yè)人員的綜合技能要求越來(lái)越高,土木從業(yè)人員也不例外。眾所周知,當(dāng)今學(xué)習(xí)土木工程的大學(xué)生就業(yè)形勢(shì)依然嚴(yán)峻,不少學(xué)生畢業(yè)后找不到工作,自身能力不足,實(shí)難找到稱心如意的工作。另一方面,很多工程單位又找不到理想的人才,它們需要懂土木工程的人才,更需要能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)和土木工程融會(huì)貫通,能夠用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言解決工程問(wèn)題的人才。為何我們不投其所好,抓住這個(gè)契機(jī),學(xué)好專業(yè)知識(shí)的同時(shí)學(xué)好計(jì)算機(jī)??偟恼f(shuō)來(lái),會(huì)計(jì)算機(jī)編程的土木人不會(huì)找不到理想的工作。
2.4、是成就事業(yè),取得成功的需要
土木行業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的行業(yè),長(zhǎng)久以來(lái)人們都是通過(guò)紙筆來(lái)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的計(jì)算,這樣的計(jì)算過(guò)程不僅繁瑣,效率還相當(dāng)?shù)?,并且?jì)算出來(lái)的結(jié)果的正確性和精度難以保證,這就成為了行業(yè)發(fā)展和個(gè)人成功的極大阻礙。所以對(duì)于在校的土木學(xué)子,學(xué)好計(jì)算機(jī)編程,將其應(yīng)用到學(xué)習(xí)當(dāng)中,培養(yǎng)自己應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程解決問(wèn)題的思維和能力,可以為將來(lái)的實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),提高辦事精度和效率,打敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、成就事業(yè)、取得成功。
3.計(jì)算機(jī)編程在土木工程學(xué)習(xí)中的具體應(yīng)用
VB編程的基本步驟在土木工程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用同引言敘述步驟相同,下面筆者就以土木工程學(xué)習(xí)中土力學(xué)教材《土力學(xué)地基基礎(chǔ)》(第4版,清華大學(xué)出版社)中求解地基中的附加應(yīng)力為例(例題3.1,P93)淺談VB編程在土木工程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。
例:已知某矩形地基,長(zhǎng)度為l=2.0m,寬度為b=1.0m,作用有均布荷載p=100kPa,計(jì)算此矩形面積的角點(diǎn)下深度為z=1.0m處的附加應(yīng)力σz。
首先,在理解題意的前提下,為了在VB中實(shí)現(xiàn)求解該問(wèn)題的附加應(yīng)力值,我們先通過(guò)已知條件設(shè)置一個(gè)窗體,并按要求預(yù)設(shè)好一系列所需要的控件:五個(gè)標(biāo)簽、五個(gè)文本框和兩個(gè)命令按鈕。
接著根據(jù)矩形面積受均布荷載作用下附加應(yīng)力公式:“,m=,n= ”,對(duì)各按鈕控件進(jìn)行代碼編輯,代碼如下:
Private Sub Command1_Click()
p = Val(Text1.Text)
b = Val(Text2.Text)
l = Val(Text3.Text)
z = Val(Text4.Text)
m = l / b
n = z / b
t = (m * n / (Sqr(1 + m * m + n * n))) * (1 / (n * n + m * m) + 1 / (1 + n * n))
αc = (Atn(m / (n * Sqr(1 + m * m + n * n))) + t) / (2 * 3.1415926)
σz =αc * p
Text5.Text =σz
End Sub
最后,我們運(yùn)行該程序,在對(duì)應(yīng)的文本框中輸入對(duì)應(yīng)的已知數(shù)據(jù):均布荷載值P=100kPa,矩形短邊b=1,矩形長(zhǎng)邊l=2,點(diǎn)深度值z(mì)=1,點(diǎn)擊確定按鈕,就可以得到該條件下深度為1.0m處的附加應(yīng)力值σz= 19.9941076008979kPa。
另外我們可按照課本上的方法,通過(guò)查表的方式,求出σz=19.99kPa。不難看出通過(guò)程序求解出來(lái)的附加應(yīng)力要精確的多,同時(shí),有了這樣一個(gè)小程序,在解答類似問(wèn)題時(shí)的效率會(huì)得到大大地提高。
4、結(jié)語(yǔ)
以上就是VB編程在土木工程學(xué)習(xí)中的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用,讀者可以試著自己完成。VB編程在土木工程學(xué)習(xí)中還有很多的具體應(yīng)用,再如土力學(xué)中的分層總和法計(jì)算地基沉降等,讀者若有興趣可以試一試,筆者在此就不一一列舉了。作為一個(gè)土木學(xué)子,要想提高自己的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力找到理想的工作,要想贏得事業(yè)成就未來(lái),掌握專業(yè)知識(shí)僅僅是一個(gè)前提,我們還要做的就是掌握一些能夠?yàn)閷I(yè)服務(wù)的工具。計(jì)算機(jī)作為新時(shí)代的產(chǎn)物,對(duì)各行各業(yè)從業(yè)人員來(lái)說(shuō)都是舉足輕重的。在校的我們應(yīng)該努力學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí),掌握計(jì)算機(jī)編程,并將其應(yīng)用到我們的學(xué)習(xí)及以后的工作當(dāng)中,做一個(gè)懂計(jì)算機(jī)、懂計(jì)算機(jī)編程的土木人。
參考文獻(xiàn)
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【2】王曉敏,徐曉敏,Visual Basic程序設(shè)計(jì)(第二版),中國(guó)鐵道出版社,2008;
【3】陳希哲,土力學(xué)地基基礎(chǔ)(第4版),清華大學(xué)出版社,2003
作者簡(jiǎn)介
本文從作者的個(gè)人經(jīng)歷和教學(xué)實(shí)踐出發(fā),論述了計(jì)算機(jī)教學(xué)對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)學(xué)生的重要性和必要性,希望能引起開(kāi)設(shè)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)校的重視,為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】
計(jì)算機(jī);R語(yǔ)言;統(tǒng)計(jì)學(xué)
2013級(jí)以前我都是講授《信息處理技術(shù)》這類大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程。隨著教學(xué)的深入,發(fā)現(xiàn)學(xué)生的信息處理技術(shù)課上有很多題,無(wú)論是理論題還是操作題都涉及到了統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。于是我很自覺(jué)的加入到統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)中,從而也發(fā)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合的重要性。在我讀大學(xué)的時(shí)候,也是整個(gè)中國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)最熱門的時(shí)候,幾乎全國(guó)理工類大學(xué)或綜合性大學(xué)都開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)這個(gè)專業(yè)。當(dāng)時(shí)就聽(tīng)老師在爭(zhēng)論計(jì)算機(jī)科學(xué)屬于理學(xué)范疇,而技術(shù)屬于工學(xué)范疇,兩個(gè)合在一起命名的專業(yè)畢業(yè)時(shí)到底是拿理學(xué)還是工學(xué)的學(xué)位證書?反正我大四畢業(yè)時(shí),學(xué)校認(rèn)定的是工學(xué)學(xué)位。
據(jù)本人感覺(jué)計(jì)算機(jī)是一個(gè)工具,學(xué)好計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù),對(duì)今后的工作有很大的幫助。計(jì)算機(jī)的技術(shù)又分兩個(gè)方面,一個(gè)是硬件方面的技術(shù),一個(gè)是軟件方面的技術(shù)。計(jì)算機(jī)硬件我們俗稱是計(jì)算機(jī)的“軀體”,計(jì)算機(jī)軟件我們俗稱計(jì)算機(jī)的“靈魂”。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言不需要掌握很多計(jì)算機(jī)硬件方面的知識(shí),但是與本行業(yè)相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件是必須掌握的。雖說(shuō)現(xiàn)今的軟件設(shè)計(jì)的都比較人性化、智能化,甚至沒(méi)有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的人只要?jiǎng)觿?dòng)鼠標(biāo)就可以搞定。但是對(duì)于接受過(guò)大學(xué)教育的學(xué)生而言,掌握基本的計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)還是必要的。今天我們探討的是計(jì)算機(jī)軟件方面的技術(shù),主要想說(shuō)說(shuō)計(jì)算機(jī)軟件與統(tǒng)計(jì)學(xué)的結(jié)合。如何通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)讓它在統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)測(cè)中發(fā)揮作用。
統(tǒng)計(jì)學(xué)是以現(xiàn)象的數(shù)量特征為研究對(duì)象,利用自身特有的方法,探索現(xiàn)象發(fā)展規(guī)律的一門方法論科學(xué)。對(duì)于最基本的統(tǒng)計(jì)圖表,微軟公司辦公軟件Office中的Excel就可以完成。對(duì)于Excel2007以前的版本只能畫簡(jiǎn)單的柱狀圖、餅圖、圓環(huán)圖、散點(diǎn)圖等,還能運(yùn)用統(tǒng)計(jì)函數(shù)做一些相關(guān)的計(jì)算,生成數(shù)據(jù)匯總表或數(shù)據(jù)透視表。Excel2007以后的版本在做統(tǒng)計(jì)分析前,要安裝一個(gè)“數(shù)據(jù)分析”功能包,安裝好后它會(huì)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)菜單下的“分級(jí)顯示”模塊的右邊。有了這個(gè)數(shù)據(jù)分析包就可以做時(shí)間數(shù)列分析(如:移動(dòng)平均法、指數(shù)平滑法、趨勢(shì)推測(cè)法)、假設(shè)檢驗(yàn)(如:均值的假設(shè)檢驗(yàn)、兩樣本方差的F檢驗(yàn)、獨(dú)立性卡方檢驗(yàn))、相關(guān)與回歸分析等。
Excel是一個(gè)通用的辦公軟件,它有一部分的統(tǒng)計(jì)功能。而對(duì)于統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言,他們可以使用SAS、SPSS、R。SAS全稱STATISTICALANALYSISSYSTEM,它是由美國(guó)NORTHCAROLINA州立大學(xué)1966年開(kāi)發(fā)的統(tǒng)計(jì)分析軟件。SAS系統(tǒng)主要完成以數(shù)據(jù)為中心的四大任務(wù):數(shù)據(jù)訪問(wèn);數(shù)據(jù)管理;數(shù)據(jù)呈現(xiàn);數(shù)據(jù)分析。但是由于它專業(yè)性強(qiáng),需要一定的編程基礎(chǔ),而且要付費(fèi)購(gòu)買正版軟件,所以只適用于大型公司或企業(yè)里進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。它是由美國(guó)IBM公司收購(gòu)并繼續(xù)研發(fā)的統(tǒng)計(jì)分析軟件。它最突出的特點(diǎn)就是操作界面極為友好,輸出結(jié)果美觀漂亮。用戶只要掌握一定的Windows操作技能,精通統(tǒng)計(jì)分析原理,就可以使用該軟件為特定的科研工作服務(wù)。R語(yǔ)言給人的第一印象是免費(fèi)開(kāi)源,在某種程度上它與SAS,就像Linux和Windows的區(qū)別。它小巧好用,源代碼開(kāi)放,可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行更改,也可以在R的綜合檔案網(wǎng)絡(luò)CRAN中下載安裝不同的功能包。但是優(yōu)點(diǎn)同時(shí)又是它的軟肋,由于隨意性大對(duì)于非常用函數(shù)還是自己寫比較好,下載別人的函數(shù)包使用風(fēng)險(xiǎn)比較大。
下面我以一個(gè)班的學(xué)生成績(jī)舉例,從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度分析學(xué)生的文理科偏好,從而對(duì)R語(yǔ)言的編程步驟進(jìn)行說(shuō)明。這個(gè)例子首先把Excel表里的數(shù)據(jù)導(dǎo)入R,求出保留3位小數(shù)的樣本相關(guān)系數(shù)矩陣,根據(jù)結(jié)果我們可以看出主成分的標(biāo)準(zhǔn)差,及相關(guān)矩陣的六個(gè)特征值和前兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.9%已經(jīng)超過(guò)了80%。第一主成分對(duì)應(yīng)的系數(shù)符號(hào)前三個(gè)(數(shù)理化)為負(fù),后三個(gè)(語(yǔ)史英)為正,絕對(duì)值均在0.4左右,反映了理科和文科成績(jī)的類別差異,有的學(xué)生是理科好文科差(如6,7,45號(hào)),有的理科差文科好(如30,49號(hào));第二主成分對(duì)應(yīng)的系數(shù)符號(hào)都相同,反映學(xué)生各科成績(jī)的一種均衡特點(diǎn),比如有的學(xué)生各科成績(jī)均好(如26,33號(hào))或者有的均差(如8號(hào))。因此我們可以把第一主成分理解為課程差異因子,第二主成份理解為課程均衡因子。從這個(gè)例子中,我們可以看到計(jì)算機(jī)軟件(R語(yǔ)言)對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析起到了多么重要的作用。光掌握了統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理不會(huì)用軟件編程,靠自己手工計(jì)算的年代已過(guò)去,特別是大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái),更應(yīng)該借助計(jì)算機(jī)軟件分析大數(shù)據(jù)背后的關(guān)聯(lián),為今后工作的安排和制定,提供預(yù)測(cè)依據(jù)。
因此就本人在高校工作十多年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的學(xué)生大一上學(xué)期需要開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類相關(guān)課程,了解計(jì)算機(jī)的基本軟硬件知識(shí)并且熟練掌握Office辦公組件中的Word、Excel、Powerpoint。大一下學(xué)期再開(kāi)設(shè)一門計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言,本人建議是C語(yǔ)言,在計(jì)算機(jī)眾多編程語(yǔ)言中,C語(yǔ)言是基礎(chǔ),學(xué)好了它再學(xué)習(xí)其他的編程語(yǔ)言,只是寫法上形容詞的不同,算法思想是一致的。如果沒(méi)有進(jìn)行過(guò)編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)或編程思維的基本鍛煉,想用好R語(yǔ)言進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析也是不切實(shí)際的。而R語(yǔ)言是現(xiàn)今統(tǒng)計(jì)學(xué)界最流行的工具軟件,作為統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該很好的掌握并運(yùn)用它。
關(guān)鍵詞 程序設(shè)計(jì);學(xué)習(xí)方法;編程實(shí)踐
中圖分類號(hào):G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-489X(2012)28-0012-02
21世紀(jì)是信息時(shí)代,也是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為必不可少的交流工具,不懂計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì),就不能真正理解計(jì)算機(jī)的工作原理,進(jìn)而無(wú)法充分有效地利用計(jì)算機(jī)這個(gè)工具解決學(xué)習(xí)和工作中的實(shí)際問(wèn)題。大學(xué)生是社會(huì)發(fā)展的新生力量,絕不能落后于社會(huì)應(yīng)用,而是應(yīng)該高于社會(huì)的一般水平。大學(xué)生應(yīng)該對(duì)自己提出更高的要求,學(xué)好程序設(shè)計(jì)是非常必要的。
1 學(xué)好程序設(shè)計(jì)的重要性
很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生沒(méi)有重視程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí),主要還是沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到其重要性。大家都知道辦公軟件是當(dāng)今學(xué)習(xí)和工作中必不可少的應(yīng)用軟件,學(xué)生也能夠認(rèn)真對(duì)待,但是多數(shù)人僅限于基本操作和應(yīng)用,沒(méi)有研究其高級(jí)功能,所以很多人不知道辦公軟件也可以根據(jù)需要編程來(lái)實(shí)現(xiàn)更高層次的需要。另外,很多應(yīng)用軟件是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員編寫的,他們既掌握本專業(yè)知識(shí),又懂得計(jì)算機(jī)應(yīng)用,由他們來(lái)編寫應(yīng)用軟件是非常有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生更應(yīng)該重視程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。
總的來(lái)說(shuō),學(xué)好程序設(shè)計(jì)還有多個(gè)優(yōu)點(diǎn):1)可以作為今后工作和學(xué)習(xí)的一個(gè)輔助工具;2)更加深入地理解計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程;3)能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維和抽象的思維能力;4)能夠培養(yǎng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決本專業(yè)問(wèn)題的能力。
2 非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的困難因素
2.1 動(dòng)手能力不強(qiáng)
程序設(shè)計(jì)是高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門重要基礎(chǔ)必修課程,該課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)密邏輯思維能力,較深入地學(xué)習(xí)和理解計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的思路和方法。學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言過(guò)程中不僅要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)法知識(shí),還要學(xué)會(huì)運(yùn)用這些知識(shí)去編程,學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)解決本專業(yè)的實(shí)際問(wèn)題。其邏輯性和實(shí)踐性都很強(qiáng),要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的動(dòng)手能力。而非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生多數(shù)沒(méi)有編程基礎(chǔ),同時(shí)計(jì)算機(jī)操作能力不強(qiáng),所以學(xué)起來(lái)比較吃力。
2.2 缺乏主動(dòng)性
非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開(kāi)始學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí),感到新奇、好玩,聽(tīng)教師說(shuō)明該課程的性質(zhì)和用途后,都表示很有信心。但是隨著學(xué)習(xí)的深入,陸續(xù)出現(xiàn)的語(yǔ)法規(guī)則與程序代碼,讓很多學(xué)生感到枯燥乏味,并產(chǎn)生畏懼心理,聽(tīng)課沒(méi)有興趣,缺乏主動(dòng)性。
2.3 基礎(chǔ)相對(duì)薄弱
學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)需要較強(qiáng)的邏輯思維能力和一定的數(shù)學(xué)、英語(yǔ)基礎(chǔ)。有的學(xué)生基礎(chǔ)差,在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí)顯得力不從心,不能掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)解題的基本思維方式。尤其是所學(xué)外語(yǔ)非英語(yǔ)的學(xué)生,甚至連英文字母都不認(rèn)識(shí),記憶程序語(yǔ)言指令很吃力,對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生畏懼感。
3 學(xué)好程序設(shè)計(jì)的方法
3.1 努力提高學(xué)習(xí)興趣
興趣是最好的老師,要學(xué)好程序設(shè)計(jì),必須對(duì)編程產(chǎn)生興趣。只有喜歡上編程,才有興趣去研究它。實(shí)在沒(méi)有興趣的學(xué)生也不要灰心,盡量做到下面幾點(diǎn)。
1)做好預(yù)習(xí)、記筆記和復(fù)習(xí)工作。課前預(yù)習(xí),將不懂的知識(shí)點(diǎn)做好標(biāo)記;課堂上帶著問(wèn)題聽(tīng)課,盡量理解教師所講的重點(diǎn)內(nèi)容,并有針對(duì)性和側(cè)重點(diǎn)地做好筆記;課后要認(rèn)真復(fù)習(xí)消化所學(xué)內(nèi)容,完成作業(yè)。
2)主動(dòng)編程實(shí)踐。程序設(shè)計(jì)是高強(qiáng)度的腦力勞動(dòng),僅靠聽(tīng)和看是學(xué)不好的,必須加強(qiáng)練習(xí)。只有自己動(dòng)手編寫一些程序,才能對(duì)所學(xué)知識(shí)有更加深入的理解,同時(shí)會(huì)產(chǎn)生成就感,從而對(duì)編程產(chǎn)生興趣,學(xué)起來(lái)才比較容易。實(shí)踐出真知,在編寫大量程序之后,你會(huì)發(fā)現(xiàn)很多新的問(wèn)題,這些問(wèn)題會(huì)指引你重新審視和理解程序結(jié)構(gòu)等知識(shí)點(diǎn)。當(dāng)你一一解決了這些問(wèn)題,就會(huì)感到運(yùn)用自如。
3)編程實(shí)踐養(yǎng)成幾個(gè)好習(xí)慣。實(shí)踐前應(yīng)認(rèn)真將程序?qū)懺诩埳?,包括窗體界面需要哪些控件以及事件代碼等,便于培養(yǎng)邏輯思維能力并節(jié)省上機(jī)調(diào)試時(shí)間;每次實(shí)踐后要及時(shí)總結(jié),把沒(méi)有搞清楚的問(wèn)題記錄下來(lái),請(qǐng)教老師或同學(xué);多抽時(shí)間上機(jī)調(diào)試程序,遇到系統(tǒng)的提示信息,盡量獨(dú)立思考加以解決,這一過(guò)程很重要。
3.2 以通過(guò)二級(jí)考試為目標(biāo)
學(xué)習(xí)該課程后,可以參加全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試二級(jí)考試,拿到計(jì)算機(jī)資格證書,這樣不但能夠提高自身走向社會(huì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,同時(shí)也能極大限度地激發(fā)自己學(xué)習(xí)的積極性。
3.3 掌握良好的學(xué)習(xí)方法
有了編程的興趣和目標(biāo),就有了動(dòng)力,學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)事半功倍。同時(shí)還要掌握有效的學(xué)習(xí)方法,培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。下面介紹一下具體的學(xué)習(xí)方法。
1)打好基礎(chǔ)。首先學(xué)好編程要具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。這一點(diǎn)不難,有高中水平就差不多了。其次,學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)要有一定的邏輯思維能力。邏輯思維需要長(zhǎng)時(shí)間的鍛煉,如果覺(jué)得自己在這方面有不足之處也沒(méi)有關(guān)系,因?yàn)榫帉懗绦虮旧硪彩菍?duì)邏輯思維的鍛煉。邏輯思維能力的培養(yǎng)需要長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐鍛煉,需要反復(fù)的實(shí)踐、觀察、分析、比較以及總結(jié),從而逐漸積累經(jīng)驗(yàn)。在學(xué)習(xí)編程過(guò)程中,大家不必等所有知識(shí)都完全理解了才去實(shí)踐,只要明白了大概,就可以動(dòng)手去做。通過(guò)實(shí)踐很多問(wèn)題就迎刃而解了。
2)重要概念要理解。程序設(shè)計(jì)書中介紹的最基本的常量、變量、表達(dá)式、函數(shù)、條件語(yǔ)句、循環(huán)語(yǔ)句等概念,需要反復(fù)推敲,深入理解。在此基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)應(yīng)用,不能機(jī)械地記憶語(yǔ)法、結(jié)構(gòu),而要明白其實(shí)際含義,針對(duì)這些語(yǔ)法、結(jié)構(gòu)應(yīng)用的小程序,應(yīng)做到舉一反三。
3)注重實(shí)踐和研究。編程思想必須在實(shí)際的編程實(shí)踐中去體會(huì)。編程初始階段要經(jīng)常自己動(dòng)手設(shè)計(jì)程序,具體設(shè)計(jì)時(shí)不要拘泥于固定的思維方式,遇到問(wèn)題要多想幾種解決方案。另外可以和其他同學(xué)多交流多研究,每個(gè)人的思維方式不同、角度各異,通過(guò)交流可不斷吸收別人的長(zhǎng)處,有助于自己水平的提高。動(dòng)手實(shí)踐是創(chuàng)造性思維應(yīng)用的體現(xiàn),也是培養(yǎng)邏輯思維最有效的方法。
4)養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。編程入門相對(duì)容易,但入門后必須繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間地學(xué)習(xí)。在此期間要注意養(yǎng)成一些良好的編程習(xí)慣,編程風(fēng)格的好壞很大程度會(huì)影響程序的質(zhì)量。良好的編程風(fēng)格可以使程序結(jié)構(gòu)清晰合理,且使程序代碼便于維護(hù),如代碼書寫的縮進(jìn)、變量命令的一致性、代碼的注釋等。
5)上網(wǎng)學(xué)習(xí)作為有益的補(bǔ)充。在網(wǎng)上可以學(xué)到很多不同的編程思想、方法、經(jīng)驗(yàn)和技巧,有大量的工具和作品及相關(guān)的輔導(dǎo)材料供下載學(xué)習(xí)。很多網(wǎng)站提供的內(nèi)容豐富而且實(shí)用,可以下載一些技巧性的文章、源代碼等,課余時(shí)間慢慢研究,吸取經(jīng)驗(yàn),對(duì)于后續(xù)的學(xué)習(xí)是很有好處的。
6)學(xué)習(xí)應(yīng)循序漸進(jìn)。學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)可采用“理論——實(shí)踐——再理論——再實(shí)踐”的方法,溫故而知新,循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)效果會(huì)更好。具有一定的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)后,就可以開(kāi)始編程實(shí)踐,從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,要及時(shí)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)理論知識(shí)的再學(xué)習(xí)。再次研究之后,很多以前遇到的問(wèn)題都會(huì)迎刃而解。因此在學(xué)習(xí)編程的過(guò)程中不能急于求成,要不斷地針對(duì)應(yīng)用中的困惑和問(wèn)題進(jìn)行深入學(xué)習(xí),每一步都要穩(wěn)扎穩(wěn)打。這樣經(jīng)過(guò)反復(fù)地學(xué)習(xí)和實(shí)踐,編程水平就會(huì)有很大的提高。
關(guān)鍵詞 基礎(chǔ)編程工具;初中信息技術(shù);計(jì)算機(jī)技術(shù)
中圖分類號(hào):G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-489X(2017)07-0014-02
1 前言
過(guò)去在初中信息技術(shù)課程教學(xué)中,很多教師不敢嘗試采用基礎(chǔ)編程工具進(jìn)行教學(xué),但是從實(shí)際上看,基礎(chǔ)編程工具有助于初中學(xué)生逐漸掌握一些基本的電子計(jì)算機(jī)操作方式,特別是基礎(chǔ)編程工具對(duì)于學(xué)生的綜合電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用思維有著較為積極的輔助作用。未來(lái)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展會(huì)更加日新月異,初中生在接觸信息技術(shù)方面的知識(shí)時(shí),也應(yīng)該適當(dāng)?shù)亟佑|一些基礎(chǔ)編程工具,這樣才能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步提高應(yīng)用技能,隨之適應(yīng)未來(lái)的社會(huì)需求。當(dāng)前對(duì)于初中信息技術(shù)方面的教學(xué),很多教師已經(jīng)意識(shí)到綜合運(yùn)用多種信息化教學(xué)手段的重要性,克服過(guò)去在編程工具的應(yīng)用上缺乏綜合運(yùn)用思維的缺憾。因此,應(yīng)該重視初中信息技術(shù)與基礎(chǔ)編程工具互相之間的結(jié)合,并有針對(duì)性地進(jìn)行日常教學(xué),只有這樣,才能提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)技能和應(yīng)用水平。
2 基礎(chǔ)編程工具概述
目前,電子計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)相對(duì)比較深入的階段,特別是信息化產(chǎn)品更新?lián)Q代速度非???,智能化的移動(dòng)電話還有平板電腦等都已經(jīng)得到廣泛推廣。在初中階段,很多學(xué)生已經(jīng)逐漸接觸一些信息化的工具,他們對(duì)于信息化的認(rèn)知也隨著年齡的增長(zhǎng)逐漸深入,并且也影響了他們?cè)谛畔⒓夹g(shù)類課程學(xué)習(xí)時(shí)的學(xué)習(xí)偏好,他們對(duì)于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)也有自己的興趣,這些都會(huì)影響目前初中信息技術(shù)方面的教學(xué)方向。
針對(duì)初中信息技術(shù)教學(xué)的發(fā)展特點(diǎn),基礎(chǔ)編程工具的引入有一定的必要性。編程工具實(shí)際上是電子計(jì)算機(jī)千變?nèi)f化技術(shù)的根源,對(duì)于當(dāng)代的信息技術(shù)發(fā)展有著非常重要的推動(dòng)作用。但是過(guò)于深?yuàn)W的編程技術(shù)內(nèi)容不利于學(xué)生了解和掌握,所以只有從簡(jiǎn)易的基礎(chǔ)編程工具入手,引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,在此基礎(chǔ)上逐步深入相應(yīng)的技術(shù)內(nèi)容,并鼓勵(lì)初中生學(xué)習(xí)電子計(jì)算機(jī)信息技術(shù)課程。當(dāng)前基礎(chǔ)編程類的工具主要包括以下幾類。
第一種,Hopscotch技術(shù)類的編碼編輯類軟件。Hop-scotch技術(shù)主要是為每一個(gè)初步學(xué)習(xí)編程工具技術(shù)的人提供基本編程設(shè)計(jì)工具。運(yùn)用Hopscotch這一類技術(shù)可以相對(duì)輕松地進(jìn)行教學(xué)。Hopscotch可以拖曳各類代碼的方式進(jìn)行程序開(kāi)發(fā),其特色就是對(duì)于編程代碼符號(hào)的個(gè)別控制,在運(yùn)用上相對(duì)比較便捷。不過(guò)Hopscotch軟件主要是依靠iPad平板進(jìn)行編輯。而Scratch軟件則是一種免費(fèi)的編程編輯方式,其允許初學(xué)者對(duì)動(dòng)畫或者游戲等通過(guò)在線社區(qū)進(jìn)行分享,可以幫助學(xué)生更進(jìn)一步地理解基礎(chǔ)編程工具的操作模式,幫助學(xué)生更深入理解編程的基礎(chǔ)概念,而且也以分享的方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣[1]。
第二種,Alice等基礎(chǔ)的動(dòng)畫編程工具。Alice軟件是一種免費(fèi)的3D動(dòng)畫編程軟件,這樣的一種軟件可以在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行交流和互動(dòng),可以讓學(xué)生接觸到電子計(jì)算機(jī)的動(dòng)畫編程模式。學(xué)生通過(guò)Alice軟件能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的視頻動(dòng)畫編輯,體會(huì)動(dòng)畫編輯的樂(lè)趣,掌握基本的立體3D編輯模式等。Tynker軟件與上述軟件也相仿,這種在線編程軟件也主要是讓學(xué)生參與動(dòng)畫的編輯過(guò)程。因?yàn)門ynker軟件是基于可視化的編程語(yǔ)言,這樣也就不需要學(xué)生掌握相對(duì)比較復(fù)雜的編程語(yǔ)法,只需要學(xué)生將這些可視化的代碼組合在一起,就能構(gòu)成一個(gè)具體的項(xiàng)目。
第三種,Hackety Hack軟件類的編程教學(xué)工具。Hackety
Hack這一類的編程工具主要對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)編程教學(xué),使用Hackety Hack軟件的學(xué)生不需要掌握編程經(jīng)驗(yàn),而是以開(kāi)發(fā)型的簡(jiǎn)易編程語(yǔ)言進(jìn)行桌面應(yīng)用開(kāi)發(fā),而且更側(cè)重于進(jìn)行教學(xué)和引導(dǎo),對(duì)學(xué)生編程能力的發(fā)展有比較大的推動(dòng)作用。這類軟件與Kodable軟件類似,主要是讓學(xué)生以游戲的方式掌握編程的方法,特別是游戲和編程的指令互相之間結(jié)合,并且提供不同層次和課程的編程教學(xué)內(nèi)容。
第四種,RoboMind軟件等屬于游戲編程教學(xué)類的軟件。RoboMind主要是讓W(xué)生在操作游戲界面之中逐漸學(xué)習(xí)基礎(chǔ)編程的工具和方法等。從RoboMind軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上看,其對(duì)于編程代碼采用如同積木的方式,讓學(xué)生逐步學(xué)習(xí)基礎(chǔ)編程的方法,這種方式也是以游戲作為主要的引導(dǎo)模式。而類似Etoys和Waterbear等編程軟件工具包,也是讓學(xué)生采用拖曳游戲的方式,以可視化的編程語(yǔ)言作為基礎(chǔ),讓學(xué)生在不需要編程語(yǔ)法的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一些新的文件,根據(jù)自己的實(shí)際狀況進(jìn)行操作[2]。
從上述四種類型中可以看出,不同的編程教學(xué)軟件和工具,都具備各自的特色,其出發(fā)點(diǎn)都是讓日常的教學(xué)更加便捷,幫助學(xué)生更進(jìn)一步掌握日常的編輯方式,讓學(xué)生更好地參與編程學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)有其便捷性,也有助于初中學(xué)生提高學(xué)習(xí)編程方面的興趣,實(shí)際上有助于帶動(dòng)學(xué)生更進(jìn)一步地學(xué)好信息技術(shù)方面的課程知識(shí)。
3 基礎(chǔ)編程工具在初中信息技術(shù)課程中的應(yīng)用
從上述分析中可以看出,基礎(chǔ)編程工具是多元化的,初中信息技術(shù)教師在進(jìn)行教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)該把握當(dāng)前基礎(chǔ)編程工具的各種類型所呈現(xiàn)出的特性,有的放矢地鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用這些編程工具,更好地進(jìn)行初中信息技術(shù)課程教學(xué)。特別是當(dāng)前初中學(xué)生普遍缺乏電子計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ),在語(yǔ)法的掌握上基本處于空白階段,因此,初中信息技術(shù)教師應(yīng)該抓住學(xué)生在學(xué)習(xí)信息技術(shù)方面的主要難點(diǎn)和重點(diǎn),用好基礎(chǔ)編程工具進(jìn)行教學(xué),讓學(xué)生真正學(xué)會(huì)運(yùn)用基礎(chǔ)編程工具探索和解決問(wèn)題。
從當(dāng)前的實(shí)踐狀況看,基礎(chǔ)編程工具在初中信息技術(shù)課程中的應(yīng)用主要從以下幾個(gè)方面著手。
1)采用游戲類的編程教學(xué)軟件,引導(dǎo)初中生逐漸形成學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣。初中生還處于一個(gè)年齡相對(duì)較低的階段,他們往往好奇心比較強(qiáng),喜歡玩一些游戲。初中信息技術(shù)教師應(yīng)該抓住初中生的這種普遍愛(ài)玩的心理,通過(guò)游戲類的編程工具進(jìn)行逐步引導(dǎo),讓學(xué)生通過(guò)拖動(dòng)編程代碼的一些模塊,或者在游戲當(dāng)中體會(huì)電子計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ)知識(shí)。
初中信息技術(shù)教師應(yīng)該全面地分析學(xué)生在游戲過(guò)程中出現(xiàn)的疑難,運(yùn)用在線教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)及時(shí)和學(xué)生進(jìn)行交流,這樣可以讓學(xué)生及時(shí)解決自己遇到的難題,進(jìn)而不斷地提升對(duì)電子計(jì)算機(jī)編程的熱愛(ài),讓學(xué)生真正運(yùn)用好這種游戲類的工具,同時(shí)要避免學(xué)生沉溺在游戲過(guò)程中。教師可以運(yùn)用電子教學(xué)平臺(tái)上的遠(yuǎn)程監(jiān)督控制,對(duì)學(xué)生在編程工具游戲中的具體行為進(jìn)行引導(dǎo)和監(jiān)督,幫助學(xué)生逐漸建立起嘗試運(yùn)用編程工具進(jìn)行編程的興趣和信心。
2)初中信息技術(shù)課程要注重采用一些教學(xué)類的編程工具,引導(dǎo)學(xué)生逐漸掌握這些編程模式,從而帶動(dòng)學(xué)生逐漸掌握初中信息技術(shù)知識(shí)。雖然初中信息技術(shù)課程之中并沒(méi)有真正將編程方面的知識(shí)納入知識(shí)系統(tǒng)框架里,但是初中學(xué)生適當(dāng)?shù)卣莆找恍┚幊坦ぞ吆蛻?yīng)用技術(shù)還是有比較大的必要性,因?yàn)檫@樣有助于學(xué)生逐漸形成電子信息化編程的思維,更好地掌握信息技術(shù)課程中相對(duì)比較難的內(nèi)容。如辦公室軟件中的一些基礎(chǔ)操作,實(shí)際上也和部分簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)編程手段是相似的,初中信息技術(shù)教師可以通過(guò)引用的方式,讓學(xué)生逐漸接觸一些教學(xué)類的基礎(chǔ)編程方面的工具,進(jìn)而更好地把握住初中信息技術(shù)課程里的部分重點(diǎn)和難點(diǎn)。從本質(zhì)上看,很多電子計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)和內(nèi)容,都會(huì)體現(xiàn)出一定的信息化編程思維,這些思維的普及和推廣,也可以通過(guò)教學(xué)類的基礎(chǔ)編程工具進(jìn)行引導(dǎo)教學(xué),以此讓初中階段的學(xué)生逐漸熱愛(ài)信息技術(shù)課程知識(shí),提高學(xué)生在信息技術(shù)課程方面的綜合運(yùn)用技能。
3)初中信息技術(shù)課程也應(yīng)該相對(duì)注重讓學(xué)生參與到三維動(dòng)畫編程運(yùn)用中。因?yàn)楹芏喑踔袑W(xué)生比較喜歡觀看動(dòng)畫,他們對(duì)于三維動(dòng)畫的熱愛(ài)和關(guān)注,也可以成為初中信息技術(shù)課程教學(xué)的一個(gè)重要突破點(diǎn)。初中信息技術(shù)教師可以讓學(xué)生更進(jìn)一步地嘗試運(yùn)用基礎(chǔ)編程工具,對(duì)一些簡(jiǎn)單的三維動(dòng)畫進(jìn)行編程和設(shè)計(jì)。在初步教學(xué)過(guò)程中,信息技術(shù)教師要手把手地進(jìn)行教學(xué),鼓勵(lì)學(xué)生積極地進(jìn)行嘗試,對(duì)于學(xué)生在編輯三維立體動(dòng)畫過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題,可以通過(guò)面授或者是在線控制教學(xué)等方式進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生在基本掌握了動(dòng)畫基礎(chǔ)編程工具的運(yùn)用方式之后,應(yīng)該讓學(xué)生適當(dāng)?shù)赝瓿梢恍┝λ芗暗娜蝿?wù)。
初中信息技術(shù)課程的教學(xué)也應(yīng)該注重以引導(dǎo)為主,特別是觀察學(xué)生在編輯過(guò)程中的進(jìn)步和困難,讓學(xué)生逐漸掌握電子計(jì)算機(jī)的一般編程模式,在基礎(chǔ)編程工具和教學(xué)軟件里面體會(huì)編程的基本內(nèi)涵,從而為學(xué)生更進(jìn)一步地學(xué)習(xí)信息技術(shù)知識(shí)奠定良好基礎(chǔ)[3]。
綜合上述分析,初中信息技術(shù)課程的教學(xué)與基礎(chǔ)編程工具的結(jié)合,需要關(guān)注學(xué)生作為信息技術(shù)課程教學(xué)的主體性,讓學(xué)生主動(dòng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗(yàn)。在學(xué)生嘗試過(guò)編程的行為和成果之后,初中信息技術(shù)教師也應(yīng)該讓學(xué)生針對(duì)自身的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整,更進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的自信心等。從培育的角度看,二者的結(jié)合仍然是將出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)歸結(jié)在學(xué)生這個(gè)學(xué)習(xí)主體上,這也是初中信息技g教師應(yīng)該要關(guān)注的內(nèi)容。
4 結(jié)束語(yǔ)
結(jié)合當(dāng)前初中信息技術(shù)課程教學(xué)的發(fā)展可以看出,初中信息技術(shù)課程應(yīng)該針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┬畔⒒幊痰募记?,特別是基礎(chǔ)編程工具的融會(huì)貫通,將有助于學(xué)生的全面發(fā)展和進(jìn)步。未來(lái)的信息技術(shù)課程必然要面對(duì)更大的知識(shí)量,如果初中信息技術(shù)教師沒(méi)有以學(xué)生的真正需求作為中心,那么就沒(méi)有辦法讓學(xué)生全面發(fā)展。因此,初中信息技術(shù)教師應(yīng)立足于當(dāng)前初中信息技術(shù)課程教學(xué)實(shí)際,要善于運(yùn)用基礎(chǔ)編程工具,帶動(dòng)初中生在信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)上取得更好的效果?!?/p>
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞 軟件技術(shù)基礎(chǔ) 教學(xué)實(shí)踐 教學(xué)方法
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-7661(2012)23-0085-01
一、引言
近年來(lái),計(jì)算機(jī)在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、商貿(mào)、氣象、國(guó)防以及居民生活等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍不斷擴(kuò)大。其中,軟件技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要組成部分。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和深入,非計(jì)算機(jī)專業(yè)的工程技術(shù)人員掌握必要的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)是提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平的重要途徑。
“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程是“大學(xué)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”和C語(yǔ)言等相關(guān)程序設(shè)計(jì)課程的拓展和延伸。該課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課,課程內(nèi)容涉及到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和軟件工程等。重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院在開(kāi)設(shè)了“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”這門課程的基礎(chǔ)上,開(kāi)設(shè)了“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”這門課程。由于本課程學(xué)時(shí)較短、內(nèi)容較多,部分內(nèi)容較抽象,同時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差異較大,如何利用有限的學(xué)時(shí)來(lái)教好本門課程是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。
二、教學(xué)實(shí)踐探索
(一)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
興趣是學(xué)生最好的老師,也是他們學(xué)習(xí)的巨大動(dòng)力。對(duì)該門課程產(chǎn)生興趣,將會(huì)得到事半功倍的效果。那么怎樣才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢?通過(guò)教學(xué)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn),在開(kāi)始新知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)之前,列舉一些相關(guān)應(yīng)用案例,并讓學(xué)生參與應(yīng)用案例的分析,很快就能調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,其注意力也非常集中。此時(shí),迅速切入新的知識(shí)點(diǎn)的講解,學(xué)生會(huì)很快跟著老師的思路,學(xué)習(xí)效率非常高。
(二)教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)擴(kuò)充
在本課程的教學(xué)中,結(jié)合重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的實(shí)際情況,我們對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)擴(kuò)充。本課程的授課對(duì)象是大學(xué)二年級(jí)學(xué)生,僅在大學(xué)一年級(jí)學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言編程,沒(méi)有C++語(yǔ)言的基礎(chǔ)。在課程開(kāi)始利用一次課的時(shí)間,給學(xué)生補(bǔ)充了C++編程語(yǔ)言[3]的類、模版及基本的輸入輸出等相關(guān)知識(shí)。有兩個(gè)目的,一是為了在后續(xù)教學(xué)中讓學(xué)生對(duì)本課程內(nèi)容有更深入的認(rèn)識(shí),讓學(xué)生了解軟件技術(shù)基礎(chǔ)的一些編程思想是否與編程語(yǔ)言深度相關(guān)?二是讓學(xué)生充分利用課余時(shí)間好好掌握一下C++知識(shí),拓展了學(xué)生的知識(shí)面,增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力。也為本課程的后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
(三)多編程語(yǔ)言、多結(jié)構(gòu)形式的實(shí)例對(duì)比教學(xué)
在教學(xué)實(shí)踐中,針對(duì)某個(gè)新知識(shí)點(diǎn),先進(jìn)行理論講解,重點(diǎn)讓學(xué)生掌握新知識(shí)的應(yīng)用特點(diǎn)以及編程思想等。然后通過(guò)編程實(shí)例,重點(diǎn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用進(jìn)行講解。在實(shí)例講解過(guò)程中,采用對(duì)比的方式進(jìn)行,包括多種編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)、多種實(shí)現(xiàn)方式的對(duì)比。舉例來(lái)說(shuō),在講解“?!边@個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解時(shí),先講述“棧”的特點(diǎn)及其相關(guān)操作,如“后進(jìn)先出”的特點(diǎn),初始化棧、入棧、出棧、讀棧頂元素等等,然后針對(duì)“?!钡牟僮鬟M(jìn)行實(shí)例講解。其中,棧的操作分別采用c語(yǔ)言和C++語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn),并針對(duì)兩種語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)方式展開(kāi)對(duì)比,重點(diǎn)介紹編程思想。此外,對(duì)于“?!钡慕Y(jié)構(gòu)形式也有兩種,一是采用順序表的形式,一是采用鏈表的形式。針對(duì)這兩種不同的結(jié)構(gòu)形式在進(jìn)行對(duì)比講解。一個(gè)應(yīng)用案例,通過(guò)多種實(shí)現(xiàn)形式的講解,讓學(xué)生對(duì)“?!边@個(gè)知識(shí)點(diǎn)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。
(四)適量的課后作業(yè)
對(duì)于“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”這門課程,必須經(jīng)過(guò)一定量的編程練習(xí)才能夠更好地鞏固所學(xué)知識(shí)。然而,每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和完成作業(yè)的認(rèn)真程度不同,甚至也有作業(yè)抄襲現(xiàn)象,因此作業(yè)的實(shí)際效果不甚突出。為了克服上述弊端,我們?cè)谧鳂I(yè)量以及作業(yè)題型的選擇上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母淖?,僅布置少量的且較典型的題目。另一方面,在作業(yè)的完成方面,我們也改變了傳統(tǒng)的作業(yè)提交形式。我們采用分組完成作業(yè)的形式。兩個(gè)或三個(gè)同學(xué)分成一組,在完成作業(yè)的過(guò)程中可以討論,尤其是編程思想、編程技巧方面,通過(guò)討論學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)的知識(shí)有了更加深刻的認(rèn)識(shí),在編程方面能夠相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,最終個(gè)人編程能力得到了提高。
三、教學(xué)效果檢驗(yàn)
“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”這門課程還設(shè)置了實(shí)(下轉(zhuǎn)第88頁(yè))(上接第85頁(yè))驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),每次實(shí)驗(yàn)都針對(duì)理論教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn),結(jié)合實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)了合理的編程實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),能夠很好地檢驗(yàn)教學(xué)效果。在進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐之后,從實(shí)驗(yàn)的完成情況來(lái)看,學(xué)生實(shí)驗(yàn)的完成效率和質(zhì)量都有了較明顯的提高。
一、概述
測(cè)量平差是測(cè)繪學(xué)科重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,隨著測(cè)量領(lǐng)域?qū)τ诰軘?shù)字獲取創(chuàng)新手段不斷涌現(xiàn),將觀測(cè)數(shù)據(jù)集體體現(xiàn)在多源化、多樣化,測(cè)量平差的研究對(duì)象以及計(jì)算方法也將不斷發(fā)展與創(chuàng)新。這就給誤差理論與測(cè)量平差教學(xué)的改革與研究提出了更加新型的要求。
在本科一年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)了《數(shù)字測(cè)圖原理與方法》課程,緊隨著對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程諸如《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》等課程的學(xué)習(xí)以及《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、《C++程序設(shè)計(jì)》等計(jì)算機(jī)核心課程?,F(xiàn)在學(xué)生已初步建立了誤差的基本概念和測(cè)繪理論基本框架,具備了必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和簡(jiǎn)單編程技巧。本科二年級(jí)開(kāi)設(shè)了測(cè)量平差的入門課程《誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)》。在誤差理論的學(xué)習(xí)中,了解到測(cè)量平差的主要目的是確定觀測(cè)量的最佳估值并評(píng)定其精度,結(jié)合四種經(jīng)典平差模型列出相應(yīng)的條件方程或誤差方程,得到估值主要是解算法方程,法方程的解算是一個(gè)重要內(nèi)容,有的矩陣計(jì)算已經(jīng)超過(guò)人工計(jì)算的限度,然而對(duì)于一些觀測(cè)量非常龐大的數(shù)據(jù)、往往花費(fèi)了大量學(xué)時(shí)講解如何計(jì)算。
因此,學(xué)生需要達(dá)到高效的學(xué)習(xí)效率、老師需要達(dá)到先進(jìn)的教學(xué)目的,一些測(cè)繪專家學(xué)者在平差領(lǐng)域中以計(jì)算機(jī)為載體,結(jié)合專業(yè)性質(zhì)提出了測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)軟件。程序軟件可根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)提出的具體要求解決實(shí)際問(wèn)題。這樣可以讓每個(gè)學(xué)生在相同的教學(xué)要求下,各自處理的平差內(nèi)容都不一樣,能夠培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合所學(xué)計(jì)算機(jī)編程知識(shí)獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力。將計(jì)算中所用的部分計(jì)算編制成函數(shù),供以后學(xué)習(xí)以及實(shí)地測(cè)繪工作編程時(shí)調(diào)用。
“測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)”是一門涉及多領(lǐng)域多維度多學(xué)科交叉的一門課程,涵蓋了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)學(xué)科、程序設(shè)計(jì)、測(cè)繪學(xué)基本理論等多門專業(yè)、學(xué)科知識(shí),旨要培養(yǎng)測(cè)繪專業(yè)的學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)解決空間數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析等問(wèn)題的基本技能,利用所學(xué)測(cè)繪專業(yè)理論知識(shí)分析、解決實(shí)際測(cè)量中所遇到的問(wèn)題的實(shí)踐能力[1]?,F(xiàn)階段是信息化、結(jié)構(gòu)化測(cè)繪空間數(shù)據(jù)獲取的海量、復(fù)雜、多維和快速性的時(shí)代,由于傳統(tǒng)計(jì)算的局限性導(dǎo)致手工處理空間數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要,必須通過(guò)有效的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行處理,因此,開(kāi)設(shè)“測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)”課程,掌握基本的程序設(shè)計(jì)方法和技能是我們這個(gè)創(chuàng)新時(shí)代和行業(yè)發(fā)展的迫切需要[2]。
可是在測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)教學(xué)方面,也會(huì)出現(xiàn)很多諸如以下的一些問(wèn)題:
1.學(xué)科之間銜接不緊密?!皽y(cè)量平差程序設(shè)計(jì)”是集綜合性、實(shí)踐性于一體的理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程,運(yùn)用的時(shí)候會(huì)用到計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言(如C/C++、VB等)、測(cè)繪學(xué)基本理論(誤差理論與測(cè)量平差、數(shù)字測(cè)圖原理與方法、3S等),計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)(如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、計(jì)算機(jī)繪圖等)和其他基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)(如高等數(shù)學(xué)、工科數(shù)學(xué)分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)與概率論等)。這些知識(shí)之間沒(méi)有必然的邏輯理論體系,學(xué)生可能由于某一方面的知識(shí)缺乏,而對(duì)“測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)興趣大大減少[3]。
2.學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題不全面。很多我們本專業(yè)的學(xué)生以及其他非工科學(xué)生對(duì)我們測(cè)繪工作的認(rèn)識(shí)只停留在“扛儀器搬尺子外業(yè)測(cè)量,用軟件拿鉛筆內(nèi)頁(yè)成圖”的水平,認(rèn)為平差程序設(shè)計(jì)是軟件工程專業(yè)學(xué)生該做的專利,因此,沒(méi)有足夠的重視程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí),投入的精力也很有限甚至根本就是完成任務(wù)式的學(xué)習(xí),相反還是有少量確實(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)編程感興趣的學(xué)生才會(huì)花大力氣學(xué)習(xí)。另外,很多學(xué)生是到大學(xué)才開(kāi)始接觸計(jì)算機(jī)編程,對(duì)一個(gè)新的學(xué)科還沒(méi)理解透徹,導(dǎo)致先修編程語(yǔ)言課程學(xué)習(xí)效果不甚理想,對(duì)程序設(shè)計(jì)沒(méi)有信心,所以對(duì)“測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)”課程產(chǎn)生消極、抵觸情緒。
3.老師教學(xué)模式需創(chuàng)新。高等學(xué)校的教學(xué)改革是一個(gè)進(jìn)行時(shí)而沒(méi)有完成時(shí),很多高校教學(xué)主要是以“老師在講臺(tái)上講,學(xué)生在下面聽(tīng)”,所謂的“灌輸式”的教學(xué)方法。這種教學(xué)方式基本是按照選定的教材把選定的章節(jié)內(nèi)容從頭至尾照本宣科“灌輸”給學(xué)生[4]。這種方法能夠在規(guī)定的教學(xué)日志內(nèi)完成較多的教學(xué)內(nèi)容,但是留給學(xué)生的思考時(shí)間太少,不能起到“醍醐灌頂”的效果,對(duì)于專業(yè)課程里面內(nèi)容較抽象、晦澀難懂的“測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)”課程,學(xué)生學(xué)習(xí)效果不會(huì)太理想。
由于這些專業(yè)性質(zhì)的問(wèn)題和編程技術(shù)在學(xué)習(xí)中非常重要,在本科階段增加在這個(gè)領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)信心,學(xué)生教師必須準(zhǔn)備的非常充分。我們需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)尤其是常見(jiàn)的編程結(jié)構(gòu)。對(duì)于初學(xué)者編程使用編程語(yǔ)言解決實(shí)際問(wèn)題不是一件容易的事。他們需要徹底了解一種語(yǔ)言的語(yǔ)法和語(yǔ)義完全理解,然后轉(zhuǎn)換,使用自己的心理模式完全將自己的理解轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)代碼。學(xué)生們應(yīng)該參與創(chuàng)建基于計(jì)算機(jī)的問(wèn)題,并提供可能的解決方案。這種方式,他們不太可能從這項(xiàng)研究中獲益的編程的主題。導(dǎo)師會(huì)指導(dǎo)選擇和幫助設(shè)計(jì)和提出解決方案。大部分的工作應(yīng)該是由學(xué)生完成的。基于此我們需要提出一種學(xué)習(xí)方法,叫做主動(dòng)學(xué)習(xí)法。
二、主動(dòng)學(xué)習(xí)法
主動(dòng)學(xué)習(xí)是學(xué)生參與閱讀、寫作、討論或解決問(wèn)題、促進(jìn)分析、綜合和評(píng)價(jià)等活動(dòng)的一個(gè)過(guò)程。這是一個(gè)計(jì)劃好了的一些活動(dòng)和事情,邀請(qǐng)了這些參與者通過(guò)運(yùn)用,互動(dòng)和分享經(jīng)驗(yàn)教育過(guò)程的一部分。在教育活動(dòng)中交互式成分偏向于這個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)。主動(dòng)學(xué)習(xí)促進(jìn)思考,解決問(wèn)題,批判性思維,操作材料、分析、綜合和評(píng)價(jià)信息。
在眾多主動(dòng)式學(xué)習(xí)的描述中,學(xué)生自主解決問(wèn)題,舉一反三,嘗試新技能以及完成作業(yè)任務(wù)都是依靠他們所學(xué)的知識(shí)或者已經(jīng)具備的能力。構(gòu)建主義者認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)獲得創(chuàng)意和知識(shí)構(gòu)建的過(guò)程,而不是一個(gè)被動(dòng)的過(guò)程。換句話說(shuō),學(xué)習(xí)需要個(gè)人積極主動(dòng)而且需要參與構(gòu)建和建設(shè)個(gè)人的心智模式。
主動(dòng)學(xué)習(xí)是現(xiàn)今被廣泛接受的高品質(zhì)形式的教育。研究表明,學(xué)生比起傳統(tǒng)的演講的話更喜歡提升主動(dòng)學(xué)習(xí)的策略。研究人員一致認(rèn)為學(xué)習(xí)涉及到構(gòu)建我們自己的想法。他們建議有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、有結(jié)合力的材料然后鼓勵(lì)學(xué)生積極參與進(jìn)來(lái)。主動(dòng)學(xué)習(xí)是涉及學(xué)生直接和積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程本身。這意味著學(xué)生不是簡(jiǎn)單的接受口頭和視覺(jué)上的信息、接收、參與做一些事情,例如說(shuō)、聽(tīng)力、寫作和閱讀程序并反映個(gè)人或小組。
深入學(xué)習(xí)法講述的是如果我們的學(xué)生都是編程的初學(xué)者,他們剛剛學(xué)習(xí)了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)學(xué)期的C++程序課程[5]。一本面向?qū)ο笳Z(yǔ)言計(jì)算機(jī)教育科學(xué)的著作看起來(lái)不是一項(xiàng)容易的任務(wù)。在大學(xué)里面,這一門課程一般的學(xué)生很難通過(guò)。這門課主要是偏向于面向?qū)ο蟮腃++語(yǔ)言特性?,F(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)有很多時(shí)間來(lái)做應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和解決問(wèn)題。我們的學(xué)生由于知識(shí)很薄弱使得他們通過(guò)記憶分離事實(shí)。
我們的課程將重點(diǎn)放在教會(huì)學(xué)生解決問(wèn)題所需的技術(shù),學(xué)生充當(dāng)老師能夠教授高級(jí)學(xué)校使用編程語(yǔ)言解決問(wèn)題。學(xué)習(xí)者應(yīng)該學(xué)會(huì)通過(guò)整合新知識(shí)與他們已經(jīng)獲得的知識(shí)。教師應(yīng)該明白心智模式改變緩慢,并可以改善通過(guò)學(xué)習(xí)者的積極參與。面對(duì)心理模型不會(huì)在其中工作的情況,他們應(yīng)該尋找意義,這個(gè)意義不是被直接指令所強(qiáng)加。學(xué)生應(yīng)該自己尋找在鑒于先前的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在材料和解釋知識(shí)之間的關(guān)系。
深度學(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)方法和態(tài)度,學(xué)習(xí)者使用的高階認(rèn)知技能等能力分析,合成,解決問(wèn)題,并且認(rèn)為元認(rèn)知為了構(gòu)建長(zhǎng)期的理解。它包括新思想的批判性分析,聯(lián)系他們已知的概念和原則,這種理解可以用于解決問(wèn)題的新的不熟悉的環(huán)境。深入學(xué)習(xí)者反思他們所學(xué)的個(gè)人意義。他們是自主的、幾乎自學(xué)。但他們也與學(xué)習(xí)者合作,高元認(rèn)知和學(xué)習(xí)技能。
目前的理論認(rèn)為不關(guān)注教師教學(xué),但關(guān)注老師和學(xué)生之間的有效溝通。建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)方法源于學(xué)生知覺(jué)的教師的要求。教練的作用在形成這些觀念是至關(guān)重要的對(duì)學(xué)生所學(xué)內(nèi)容的理解。也是至關(guān)重要的理解,教師不直接產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)的學(xué)生。主要是學(xué)生的努力,對(duì)深度學(xué)習(xí)很重要。
導(dǎo)師需要幫助學(xué)生看到他們要做的工作的目的,并監(jiān)督他們的成功。主動(dòng)學(xué)習(xí)需要發(fā)現(xiàn),知識(shí)獲取是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程,和大量的不確定性。發(fā)現(xiàn)發(fā)生在學(xué)習(xí)者的大腦,刺激搜索,商店和解決具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題和機(jī)會(huì)深入去探索它們。犯錯(cuò)誤并改正是學(xué)習(xí)過(guò)程的一部分,而不應(yīng)該勸阻學(xué)生學(xué)習(xí)更多。
我們的目標(biāo)是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的原則和技巧,并創(chuàng)建獨(dú)立的沉思的終身學(xué)習(xí)者。我們認(rèn)為實(shí)現(xiàn)這需要學(xué)生的積極參與。主要建議擺脫文學(xué)教學(xué)不僅應(yīng)該把焦點(diǎn)放在學(xué)習(xí)新的語(yǔ)言特性,但也的組合和使用這些特性,特別是基本程序設(shè)計(jì)的根本問(wèn)題。學(xué)生沒(méi)有給出足夠的指導(dǎo)如何將程序塊結(jié)合在一起。良好的教學(xué)需要教師保持最初的事實(shí),模型和規(guī)則簡(jiǎn)單,只有擴(kuò)大和完善學(xué)生收獲的經(jīng)驗(yàn)。
心理模型也是一個(gè)學(xué)習(xí)方法的內(nèi)因所在。當(dāng)我們?cè)诮袒A(chǔ)編程這些編程概念時(shí),解決心理模型的類型是很重要的。模型對(duì)建構(gòu)控制,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)展示,程序設(shè)計(jì)以及問(wèn)題域的理解是至關(guān)重要的。主動(dòng)學(xué)習(xí)文獻(xiàn)可以鼓勵(lì)學(xué)生積極參與,探索編程相關(guān)信息,通過(guò)例子或者用自己的話來(lái)解釋,在解決問(wèn)題和創(chuàng)造性轉(zhuǎn)移兩方面表現(xiàn)的更為出色。
循環(huán)句、條件句、數(shù)組和遞歸都被認(rèn)為是語(yǔ)言特征,而這些語(yǔ)言特征都是有極大問(wèn)題的,
它們可能會(huì)因?yàn)樘貏e關(guān)注而受益。然而,一些學(xué)者認(rèn)為,潛在問(wèn)題的最重要的缺陷是將方案和設(shè)計(jì)說(shuō)成是一個(gè)實(shí)際的程序。實(shí)際上頻繁的編程練習(xí)是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵[6]。
三、基于主動(dòng)學(xué)習(xí)的平差程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式
主動(dòng)學(xué)習(xí)涉及三個(gè)基本步驟:
1.告訴學(xué)生自我組織成2~4組和每組隨機(jī)指定一個(gè)記錄者,如果需要就寫下來(lái)。
2.提出一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題,給出足夠的時(shí)間讓大多數(shù)組織完成任務(wù)或取得合理的進(jìn)度,一個(gè)問(wèn)題可以細(xì)化成幾個(gè)小問(wèn)題,幾個(gè)小步驟并且把每一步當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的活動(dòng)。
3.呼吁一些個(gè)人或小組來(lái)分享他們的反應(yīng),然后討論。
基于主動(dòng)學(xué)習(xí)的平差程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式包括四個(gè)階段:開(kāi)始、行動(dòng)、討論、總結(jié)。
第一階段:開(kāi)始。
去做好測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作不是一件容易的事。它所運(yùn)用的知識(shí)非常深而且很廣泛,在學(xué)校課堂有限的時(shí)間內(nèi),要使學(xué)生快速把握學(xué)習(xí)目標(biāo)以及學(xué)習(xí)內(nèi)容是一個(gè)難點(diǎn),是教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)的首要工作。結(jié)合這個(gè)問(wèn)題,從學(xué)生主觀認(rèn)知每一個(gè)平差問(wèn)題的習(xí)慣出發(fā),一些非常有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的老師設(shè)計(jì)了比較系統(tǒng)的課堂教學(xué)體系:程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與平臺(tái)發(fā)展史―面向?qū)ο驝++編程語(yǔ)言―編程平臺(tái)適用性及選擇―測(cè)量科研項(xiàng)目及企業(yè)具體需求的工程案例與實(shí)踐教學(xué)[7,8]。在教學(xué)中主要以工程案例為主線,提出由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的經(jīng)典教學(xué)模式:測(cè)量典型函數(shù)設(shè)計(jì)―GUI程序設(shè)計(jì)―菜單程序設(shè)計(jì)―測(cè)量控制網(wǎng)精度估算與平差程序設(shè)計(jì)―綜合應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。
為此,學(xué)生教師提出的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的基于主動(dòng)學(xué)習(xí)的開(kāi)始,一個(gè)他們不熟悉的開(kāi)放式的活動(dòng)。特別是一個(gè)開(kāi)始應(yīng)該加強(qiáng)和培養(yǎng)有意義的學(xué)習(xí),應(yīng)該有一系列廣泛的有潛力的問(wèn)題、難題、態(tài)度和看法。一個(gè)學(xué)習(xí)者的開(kāi)始應(yīng)該是復(fù)雜且相關(guān)的。根據(jù)開(kāi)始的主要目標(biāo),活動(dòng)可以單獨(dú)、成對(duì)或者以小組形式運(yùn)行。
引入一個(gè)新的話題的主要的目的之一是訓(xùn)練學(xué)生的老師如何面對(duì)和處理不熟悉的情況。在這種情況下,計(jì)算機(jī)科學(xué)教育需要學(xué)生的老師考慮多個(gè)反應(yīng)選項(xiàng)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),必須設(shè)置超過(guò)一種能夠開(kāi)始的方法。此外,一種設(shè)計(jì)良好的開(kāi)始能夠暴露學(xué)生在電腦科學(xué)與教育方面豐富多樣的知識(shí)。整個(gè)模型中,這個(gè)龐大的創(chuàng)意包括討論、推敲,精練和重新組織。
第二階段:行動(dòng)。
學(xué)生的工作在開(kāi)始就交給他們,這一階段的持續(xù)時(shí)間由開(kāi)始階段的復(fù)雜性及其目標(biāo)所決定。在課堂上老師講解了諸多理論、演示了很多經(jīng)典例子,對(duì)平差程序設(shè)計(jì)的代碼進(jìn)行調(diào)試以及編碼和調(diào)試所設(shè)計(jì)的流程圖。由于在學(xué)校安排的教學(xué)時(shí)間是有限的,想要融會(huì)貫通本課程設(shè)計(jì)不是一日之寒,千里之行始于足下,所以很遺憾的僅能對(duì)相近(或相似)內(nèi)容選擇一項(xiàng)基本內(nèi)容進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn),對(duì)于測(cè)量平差經(jīng)典模型里面的其他內(nèi)容,還需要同學(xué)們利用課余時(shí)間,回顧老師課堂上講授的,模仿課堂教學(xué)內(nèi)容并且獨(dú)立完成,紙上來(lái)的終覺(jué)淺,絕知此事要躬行。因此,課下練習(xí)是課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常有必要的。在學(xué)生通過(guò)老師講授和課外練習(xí)完成測(cè)量平差數(shù)據(jù)處理程序的每一個(gè)模塊后,引導(dǎo)學(xué)生將各個(gè)獨(dú)立的程序模塊集成為一個(gè)完整的程序系統(tǒng),這個(gè)任務(wù)可以通過(guò)課程設(shè)計(jì)來(lái)完成,可以做一個(gè)“測(cè)量平差數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”軟件的界面和接口,將已經(jīng)調(diào)試好的程序模塊集成到軟件系統(tǒng)。
第三階段:討論。
測(cè)量平差程學(xué)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)應(yīng)從傳統(tǒng)的模式化、單一化和“灌輸式”教學(xué)方式向引導(dǎo)式、研究式教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?!皽y(cè)量平差程序設(shè)計(jì)”課程融入了高級(jí)程序語(yǔ)言,以及測(cè)繪科學(xué)相關(guān)算法等內(nèi)容,一般采用多媒體進(jìn)行講解與學(xué)生進(jìn)行交流互動(dòng),程序如何編寫、如何運(yùn)行、如何調(diào)試等內(nèi)容,都應(yīng)演示給學(xué)生看,學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題也需要在互動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行探討。由于編程問(wèn)題里面比較多的測(cè)量計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜,涉及到大量的數(shù)學(xué)公式及推導(dǎo)過(guò)程,加大學(xué)科之間的交流,同學(xué)之間,師生之間問(wèn)題的探討是非常有必要的,這樣互相學(xué)習(xí)互相進(jìn)步,再難得問(wèn)題都會(huì)迎刃而解。
同時(shí),在上課的時(shí)候老師可通過(guò)提問(wèn)和布置作業(yè)的方式培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。在必要的一段時(shí)間以后,在此期間,學(xué)生們要么單獨(dú)工作、要么成對(duì)工作,要么是小組工作,呈現(xiàn)聚類情況。
在這一階段,結(jié)果、主題、思想,起源于活動(dòng)階段,并對(duì)此進(jìn)行了討論。學(xué)生完善他們對(duì)于概念、態(tài)度和理念的理解,作為他們對(duì)于專業(yè)建構(gòu)過(guò)程的一部分。
老師強(qiáng)調(diào)學(xué)生提出的重要想法,并強(qiáng)調(diào)從這些想法派生出的想法。為了表達(dá)在一般情況下,大多數(shù)數(shù)學(xué)概念不存在唯一解的情況,還有開(kāi)始階段提出的特殊活動(dòng),老師不能判斷學(xué)生的立場(chǎng)和意見(jiàn)。同時(shí),同學(xué)們都被鼓勵(lì)通過(guò)提交不同的觀點(diǎn)合材料反應(yīng)和表達(dá)他們的意見(jiàn)和建設(shè)性的批評(píng)。
第四階段:總結(jié)。
這一階段將話題的上下文和強(qiáng)調(diào)的概念進(jìn)行了討論。它不同于前三階段的管理。首先,它明顯縮短。其次,在前三階段,學(xué)生是主要的對(duì)象,但是在總結(jié)階段,課程的老師需要走向前沿。老師結(jié)束,并突出在前三階段提出的或討論的中心概念、教學(xué)理念,概念框架以及其他相關(guān)主題[9,10]。同樣重要需要注意的是,學(xué)生字前三階段可以提問(wèn),并且在老師的指導(dǎo)下作為一個(gè)建造者??偨Y(jié)可以用不同的形式表達(dá),如框架構(gòu)想、主題與其他主題之間的關(guān)系列表、概念地圖等。
四、基于主動(dòng)學(xué)習(xí)的教師任務(wù)
基于主動(dòng)學(xué)習(xí)模型中老師的角色:老師必須創(chuàng)造一個(gè)全班參加的支持性的,充分鼓勵(lì)學(xué)生活躍性的知識(shí)環(huán)境。
在第一階段,顯示了開(kāi)始階段的教師。以測(cè)量科研項(xiàng)目的工程案例為主線,采用多媒體技術(shù)輔助教學(xué),在課堂現(xiàn)場(chǎng)演示編程的主要步驟與核心代碼,并演示編程效果,給學(xué)生以直觀的學(xué)習(xí)印象。
在第二個(gè)行動(dòng)階段,老師不斷的在不同的小組和個(gè)人之見(jiàn)聽(tīng)取意見(jiàn),并留心他們說(shuō)了什么,還要鼓勵(lì)他們深入思考。當(dāng)需要的時(shí)候,老師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生的討論。當(dāng)然,老師的引導(dǎo)應(yīng)該鼓勵(lì)不同的想法,不要給定一個(gè)確切答案。結(jié)合測(cè)繪行業(yè)企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)處理方面程序軟件的需求,選擇有針對(duì)性的教學(xué)案例,使學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生濃厚興趣。
在第三個(gè)討論階段,老師應(yīng)該作為一個(gè)好的傾聽(tīng)者,并需要留心有關(guān)鍵建議的學(xué)生。特別的,老師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生解釋他們?yōu)槭裁刺岢鲎约旱慕ㄗh和如何深化自己的建議,并建議探索不同的路徑,培養(yǎng)反思的過(guò)程,但不要對(duì)學(xué)生的意見(jiàn)進(jìn)行評(píng)判。老師要強(qiáng)調(diào)其中的重點(diǎn),并提出不同的想法之間的可能的聯(lián)系。
第四階段總結(jié)時(shí),建立課下學(xué)習(xí)興趣小組,借助網(wǎng)絡(luò)教育手段,分工合作,共同完成綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或來(lái)自企業(yè)直接需求的編程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與代碼編寫。要總結(jié)前一階段提出的觀點(diǎn),總結(jié)強(qiáng)調(diào)要對(duì)要點(diǎn)進(jìn)行討論。老師可以補(bǔ)充新的想法與類別,但不建議有學(xué)生提出。
五、總結(jié)
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu);多核;FPGA
隨著計(jì)算需求的不斷增長(zhǎng),由于復(fù)雜的芯片工藝與功耗成本限制,處理器的性能提升從原有的主頻提高轉(zhuǎn)為多內(nèi)核發(fā)展。很快,一些大型機(jī)制造廠商,如IBM、Sun開(kāi)始利用并行計(jì)算設(shè)計(jì)出了多核處理器(例如:IBM推出的CELL異構(gòu)多核處理器,Sun公司推出的OpenSparc T1開(kāi)源多核處理器[1]),這些處理器在一塊芯片上集成多個(gè)計(jì)算內(nèi)核,成倍地提高了計(jì)算速度。2006年,以Intel與AMD為代表的處理器制造商在年初和年底相繼推出雙核、四核處理器,緊接著,在2007年1月,Intel展示了配置兩個(gè)四核處理器的八核計(jì)算機(jī),這標(biāo)志多核處理器開(kāi)始全面進(jìn)入市場(chǎng),宣告計(jì)算機(jī)真正進(jìn)入多核時(shí)代。
所謂“多核(Multi-core)”,即指一塊芯片上集成多個(gè)處理核,各自擁有獨(dú)立的控制和計(jì)算部件,無(wú)需共享關(guān)鍵資源。多核技術(shù)的發(fā)展給大學(xué)計(jì)算機(jī)教育帶來(lái)新的課題,即在多處理器環(huán)境下,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、編譯原理和應(yīng)用軟件的編程模型等都發(fā)生了很大的變化,促使大學(xué)計(jì)算機(jī)的教學(xué)需要做出針對(duì)性的變化。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(Computer Architecture),作為研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化以及影響計(jì)算機(jī)硬件與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一門重要課程,在介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理、分析設(shè)計(jì)方法、性能評(píng)價(jià)、發(fā)展趨勢(shì)和新的實(shí)現(xiàn)技術(shù)上,需要增加多核技術(shù)這個(gè)重要的新知識(shí)點(diǎn)。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里,由于不具備開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和多核技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的硬件平臺(tái)和軟件環(huán)境,
國(guó)內(nèi)很多高校開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程時(shí)均未開(kāi)設(shè)該課程的實(shí)驗(yàn),特別是多核技術(shù)方面的實(shí)驗(yàn),以至于學(xué)生沒(méi)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)和體驗(yàn)式實(shí)踐而很難掌握該課程的知識(shí)。
為了更好地應(yīng)對(duì)新的“多核”時(shí)代,電子科技大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院、信息與軟件工程學(xué)院(原示范性軟件學(xué)院)從2007年開(kāi)始在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中引入多核技術(shù)。一是在理論教學(xué)上增加處理器體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)和程序設(shè)計(jì)內(nèi)容,從三個(gè)方面給學(xué)生展現(xiàn)了一個(gè)比較完整的多核技術(shù)概覽圖景;二是在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)上設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn),從實(shí)踐環(huán)節(jié)上來(lái)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和提升其創(chuàng)新能力。
1實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程中設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn),須從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與多核知識(shí)的課堂教學(xué)成果入手,把握多核技術(shù)的理論教學(xué)動(dòng)態(tài)。然后重點(diǎn)調(diào)查國(guó)內(nèi)高校在多核實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的研究現(xiàn)狀,為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的多核技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供必要的技術(shù)支持和可行性研究。
事實(shí)上,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程重在培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的抽象思維能力、自頂向下系統(tǒng)分析和創(chuàng)新能力。全國(guó)重點(diǎn)和普通高校中幾乎都開(kāi)設(shè)了這門課程,出現(xiàn)了大量的課程教學(xué)與教研成果[2-12]。雖然課程教學(xué)成果多,但是實(shí)驗(yàn)教研成果小,而且還缺乏多核知識(shí)點(diǎn)的引入或多核體系更新不足。
作者簡(jiǎn)介:于永斌,男,副教授,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
關(guān)于多核技術(shù),清華大學(xué)的王小鴿[13]提供了理解多核技術(shù)、并行計(jì)算與未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展的視角。薛巍[14]從并行計(jì)算基礎(chǔ)、高性能計(jì)算前沿技術(shù)研討課、多線程/多核CPU邏輯設(shè)計(jì)短期課程等方面介紹了清華大學(xué)多核課程建設(shè)成果。吳繼雁[15]簡(jiǎn)要地分析與總結(jié)了多核技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的劉近光和梁滿貴[16]介紹了基于MIPS體系結(jié)構(gòu)的多核處理器特點(diǎn)。浙江大學(xué)的陳天洲等[17-21]介紹了多核程序設(shè)計(jì)課程和進(jìn)行了多核精品課程建設(shè)探索與實(shí)踐,并主持了教育部骨干教師多核技術(shù)培訓(xùn),對(duì)多核技術(shù)的教學(xué)科研做出了很大的貢獻(xiàn)。武漢大學(xué)電子信息學(xué)院的楊劍鋒等[22]介紹了“多核架構(gòu)及編程技術(shù)”這一教育部-Intel精品課程建設(shè)成果。北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的方娟[23]探討了多核教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。與這些多核技術(shù)的教學(xué)成果相比較,由于多核硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與軟件環(huán)境的難構(gòu)造,使得多核技術(shù)方面的實(shí)驗(yàn)研究成果特別少。根據(jù)作者的可查文獻(xiàn),中山大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的程小雄和伍麗華[24]進(jìn)行了基于FPGA的多核技術(shù)課創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探索,介紹了在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA,F(xiàn)ield Programmable Gate Array)芯片和SoPC(片上可編程系統(tǒng))、NOIS-II等工具軟件所組成的軟硬件平臺(tái)下,開(kāi)展多核技術(shù)課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的研究;并在新組成的多核系統(tǒng)中,移植和擴(kuò)展了µC/OS-II操作系統(tǒng),還設(shè)置了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和若干實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,對(duì)提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰哂蟹e極的作用。
通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和多核技術(shù)課堂教研與實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)態(tài)的充分調(diào)研,我們不難得到多核技術(shù)在國(guó)內(nèi)課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)施狀況,雖有新增多核課程或修改原有課程(如:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、高級(jí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)或高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu))的教學(xué)內(nèi)容,但較少涉及多核技術(shù)方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。基于這樣的背景,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn),這對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰途C合素質(zhì)提高具有特別重要的作用。
2多核實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程中設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn),需要把握多核本質(zhì)和其技術(shù)要點(diǎn)。多核的本質(zhì)是為了解決高性能計(jì)算和并行計(jì)算問(wèn)題,它在硬件和軟件兩個(gè)方面改變了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由此,多核技術(shù)的發(fā)展使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)發(fā)生了變化,這種變化主要來(lái)自于多核技術(shù)所帶來(lái)的新知識(shí)點(diǎn)。多核技術(shù)所涉及的知識(shí)點(diǎn)可歸納為硬件和軟件兩個(gè)方面,具體如下:
1) 多核硬件方面的知識(shí)點(diǎn)。
(1) 多核下的硬件設(shè)計(jì)技術(shù),包括Cache與存儲(chǔ)一致性、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、IO管理;
(2)多核芯片與傳統(tǒng)單核微處理器的區(qū)別,多核SoC(System on a Chip)芯片技術(shù);
(3) 嵌入式多核芯片技術(shù)以及典型多核芯片:Cell、OpenSparc、Intel雙核芯片、AMD雙核芯片等;
(4) 并行體系與多核體系結(jié)構(gòu)、多核平臺(tái)結(jié)構(gòu)與芯片組支持技術(shù)。
2) 多核軟件方面的知識(shí)點(diǎn)。
(1) 多核操作系統(tǒng)、多核系統(tǒng)軟件對(duì)并行編程的支持、多核API優(yōu)化函數(shù)庫(kù),多核平臺(tái)上編譯工具;
(2) 多線程編程對(duì)多核的支持,Windows/Linux多核多線程編程技術(shù);
(3) OpenMP多線程編程及性能優(yōu)化,MPI (Message Passing Interface)編程及性能優(yōu)化;
(4) 多核多線程程序的性能評(píng)測(cè)方法與工具。
基于上述的多核知識(shí)點(diǎn),聯(lián)系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原有實(shí)驗(yàn),可在硬件平臺(tái)和多核軟件工具上設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn)。
多核實(shí)驗(yàn),包括兩個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。一是在FPGA芯片上設(shè)計(jì)多個(gè)同構(gòu)或異構(gòu)處理器內(nèi)核,并進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植,最終做出一個(gè)可實(shí)際運(yùn)行的多內(nèi)核計(jì)算機(jī)系統(tǒng);通過(guò)該實(shí)驗(yàn),可增長(zhǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣,更深刻理解多核技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)。二是Windows/Linux多核多線程編程實(shí)驗(yàn),利用多核軟件工具進(jìn)行編程;在Windows平臺(tái)下,利用Win32API、MFC或.Net Framework提供的接口來(lái)實(shí)現(xiàn);若在Linux平臺(tái)下,利用IEEE POSIX標(biāo)準(zhǔn)定義的API進(jìn)行多線程編程。對(duì)于綜合設(shè)計(jì),可設(shè)計(jì)為學(xué)生課外的有關(guān)多核技術(shù)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)或發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研的課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì),訓(xùn)練學(xué)生面對(duì)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的綜合分析、方案設(shè)計(jì)、多種程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的綜合使用和實(shí)際工程問(wèn)題的綜合解決能力。
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn),希望達(dá)到如下目標(biāo)。
1) 設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn),發(fā)展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容,按照Intel多核技術(shù)大學(xué)合作計(jì)劃[25],實(shí)現(xiàn)高校與Intel的合作;
2) 理解普適的多核思想和硬件設(shè)計(jì)理念[26, 27],普及并行計(jì)算技術(shù),使廣大的本科生能在以后的程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中可以發(fā)揮多核計(jì)算優(yōu)勢(shì);
3) 通過(guò)多核實(shí)驗(yàn),強(qiáng)化計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生和未來(lái)的科研人員的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,激發(fā)興趣愛(ài)好
和創(chuàng)造潛能,幫助他們更有效地開(kāi)展進(jìn)一步的科研工作。
3結(jié)語(yǔ)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中多核實(shí)驗(yàn)的嘗試性設(shè)計(jì),旨在教學(xué)實(shí)踐中不斷完善和創(chuàng)新,充分體現(xiàn)多核技術(shù)的革命。應(yīng)用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)多核實(shí)驗(yàn),是一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的嘗試,一種引導(dǎo)學(xué)生從感性上理解多核技術(shù)內(nèi)涵的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,有利于促進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程在多核時(shí)代的發(fā)展。
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Multi-core Experiment Design of Computer Architecture
YU Yongbin, XU Jie, WANG Hua, ZHANG Fengli, LIAO Jianming, ZHOU Shijie
(Computer Science and Engineering College, University of Electronic Science and Technology, Chengdu 610054, China)
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