摘要：以《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》“十二五”國家級規(guī)劃教材建設(shè)為背景，詳細(xì)介紹教材建設(shè)的指導(dǎo)思想、發(fā)展歷史、特色和內(nèi)容，指出以“授之以漁”和案例驅(qū)動模式組織教材是一種有效培養(yǎng)計(jì)算思維的方法。關(guān)鍵詞：高級語言程序設(shè)計(jì)；程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；計(jì)算思維；授之以漁；教材建設(shè)

文章編號：1672-5913（2013）18-0122-06

中圖分類號：G642

0 引言

目前，計(jì)算機(jī)已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，甚至普及多數(shù)家庭，它像電視、冰箱一樣，已成為家用電器之一。社會需求的變化，使現(xiàn)在計(jì)算機(jī)專業(yè)的含義從以前的“研究計(jì)算機(jī)本身”轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝?jì)算機(jī)應(yīng)用”，甚至是“應(yīng)用計(jì)算機(jī)”。尤其近幾年計(jì)算思維概念被提出后，很快得到廣泛的關(guān)注和認(rèn)可，其中程序設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的思想已被廣泛接受。

在“著重培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力”和“面向應(yīng)用”的大背景下，程序設(shè)計(jì)課程不應(yīng)再去講授程序設(shè)計(jì)語言本身了，而應(yīng)講授程序設(shè)計(jì)語言的應(yīng)用，應(yīng)將授課重點(diǎn)從講授語言的符號、語句等語言成分上，轉(zhuǎn)移到講授程序設(shè)計(jì)上。教學(xué)目的是教會學(xué)生“怎么編程序”，而不是背幾個(gè)語言符號、說明、語句等，應(yīng)把該課程的名字從“×××語言”改為高級語言程序設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)或程序設(shè)計(jì)。

在“面向應(yīng)用”的背景下，我們出版了《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，該教材被評為“十一五”國家級規(guī)劃教材。為了反映計(jì)算思維思想和近年來的教學(xué)改革成果，我們對該教材進(jìn)行了修訂并將其作為“十二五”國家級規(guī)劃教材由高等教育出版社出版。第2版《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材保持了第1版的特色，更加明確了培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力、以程序設(shè)計(jì)為主線和“授之以漁”的宗旨，進(jìn)一步提升了以計(jì)算思維為主導(dǎo)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)思想。

1 教材建設(shè)

《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材的歷史淵源深遠(yuǎn)，繼承了20世紀(jì)60年代以金成植、金淳兆教授為代表的多位前輩的心血，吸納了多部優(yōu)秀教材的精髓，同時(shí)，結(jié)合了筆者30余年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，凝練了多部教材成果。本教材建設(shè)經(jīng)歷了4個(gè)階段。

1）初建階段，探索并形成完善的內(nèi)容體系。

1962年吉林大學(xué)程序設(shè)計(jì)方向招收本科生，1970年以招收工農(nóng)兵學(xué)員為標(biāo)志，吉林大學(xué)恢復(fù)計(jì)算機(jī)教學(xué)，1972年恢復(fù)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)，1976年吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系成立。程序設(shè)計(jì)是這個(gè)階段首當(dāng)其沖的課程。面對國內(nèi)資料缺乏，無經(jīng)驗(yàn)借鑒的困難，本專業(yè)的前輩們對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行了認(rèn)真研究，逐步形成了完善的教學(xué)內(nèi)容體系，并先后出版了兩本教材。

（1）1978年，《算法語言ALGOL 60入門》由科技出版社出版，是全國較早的程序設(shè)計(jì)語言教材。

（2）1982年，教育部六五全國統(tǒng)編教材《程序設(shè)計(jì)語言》由高等教育出版社出版。

2）緊跟改革開放步伐，銳意教學(xué)內(nèi)容改革。

20世紀(jì)80—90年代，隨著我國改革開發(fā)的進(jìn)程和西方先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，程序設(shè)計(jì)教學(xué)也在不斷改革，這個(gè)階段使用的程序設(shè)計(jì)語言經(jīng)歷了從ALGOL 60到BASIC，到FORTRAN，再到PASCAL，最后到C的過程。在該過程中，我們緊跟國內(nèi)外發(fā)展趨勢及時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容，陸續(xù)出版3部教材。

（1）1987年，《FORTRAN 77程序設(shè)計(jì)語言》由吉林大學(xué)出版社出版。

（2）1990年，《PASCAL語言程序設(shè)計(jì)》由吉林科學(xué)技術(shù)出版社出版。

（3）1998年，《PASCAL程序設(shè)計(jì)》由吉林大學(xué)出版社出版。

3）適應(yīng)高等教育形勢發(fā)展，積極進(jìn)行程序設(shè)計(jì)教學(xué)理念研究、改革與實(shí)踐。

隨著進(jìn)入21世紀(jì)國內(nèi)教學(xué)改革的進(jìn)程，我們總結(jié)了20世紀(jì)末以來的社會發(fā)展，認(rèn)識到計(jì)算機(jī)已經(jīng)滲透到社會各個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)教育已經(jīng)不是20年前的計(jì)算機(jī)教育了。與以往相比，現(xiàn)在絕大部分計(jì)算機(jī)專業(yè)人員主要在做計(jì)算機(jī)應(yīng)用，而不是研究計(jì)算機(jī)本身。在這種形勢下，高級語言程序設(shè)計(jì)不應(yīng)該再去講程序設(shè)計(jì)語言本身，而應(yīng)該講程序設(shè)計(jì)語言的應(yīng)用。授課的重點(diǎn)應(yīng)該是教會學(xué)生怎么編程序，而不是背那些語言符號、說明、語句等。按這種思想，逐漸形成了以程序設(shè)計(jì)為主線的教學(xué)指導(dǎo)思想，并先后出版了6部教材。

（1）2001年，《PASCAL語言程序設(shè)計(jì)》由電子工業(yè)出版社出版。該書由全國高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會和中國計(jì)算機(jī)學(xué)會教育專業(yè)委員會推薦出版，是21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)學(xué)科系列教材中的一本。

（2）2004年，《C程序設(shè)計(jì)》由高等教育出版社出版。該書以C語言為載體，以程序設(shè)計(jì)為主線，介紹程序設(shè)計(jì)技術(shù)，摒棄了當(dāng)時(shí)流行的以解釋程序設(shè)計(jì)語言為主的做法，把講授重點(diǎn)放在程序設(shè)計(jì)方法上，注重對學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)方法及算法的訓(xùn)練。

（3）2005年，《Pentium匯編語言程序設(shè)計(jì)》由高等教育出版社出版。該書是教育部面向21世紀(jì)教材、“九五”國家級規(guī)劃教材。

（4）2008年，“十一五”國家級規(guī)劃教材《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》由高等教育出版社出版。該書進(jìn)一步明確了“以程序設(shè)計(jì)為主線”的指導(dǎo)思想。

（5）2008年，《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)習(xí)題集》由清華大學(xué)出版社出版。該書貫徹主教材以程序設(shè)計(jì)為主線的指導(dǎo)思想，所選習(xí)題全部為程序設(shè)計(jì)習(xí)題，不依賴于任何“程序設(shè)計(jì)語言”。

（6）2009年，“十一五”國家級規(guī)劃教材《大學(xué)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》由清華大學(xué)出版社出版。

4）跟蹤國內(nèi)外新教學(xué)思想發(fā)展，進(jìn)一步進(jìn)行程序設(shè)計(jì)教學(xué)理念改革與實(shí)踐。

進(jìn)入“十二五”以來，計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)思想進(jìn)一步得到提升，計(jì)算思維思想被提出并得到廣泛重視。在由李國杰院士任組長的中國科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組撰寫的《中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖》中指出：計(jì)算思維的培育是克服“狹隘工具論”的有效途徑，是解決其他信息科技難題的基礎(chǔ)。

人類思維可以總結(jié)為3個(gè)部分：①以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征的實(shí)證思維——以物理學(xué)科為代表；②以推理和演繹為特征的推理思維——以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表；③以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征的計(jì)算思維——以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表。其中計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。計(jì)算思維體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)學(xué)科的基本特征和方法。

在這種形勢下，我們對高級語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)思想、理念、內(nèi)容、方法、過程進(jìn)行進(jìn)一步的研究、探討和改革，并取得豐碩成果。

（1）2011年，“十一五”國家級規(guī)劃教材《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》被評為2011年度國家級精品教材。

（2）2012年，《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》被選為“十二五”國家級規(guī)劃教材。

（3）2013年，“十二五”國家級規(guī)劃教材，以計(jì)算思維為主導(dǎo)思想和理念的《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（第2版）由高等教育出版社出版。

2 教材特色

計(jì)算思維同“讀、寫、算”一樣，應(yīng)是人人都具備的能力?！冻绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（第2版）秉承這一理念，形成鮮明特色。

（1）以培養(yǎng)計(jì)算思維能力主導(dǎo)：計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和使用已經(jīng)深刻地影響了人類的思維方式和思維習(xí)慣。本教材的目的是教會讀者怎樣編寫程序，學(xué)會怎樣以“計(jì)算”的方式去思考和解決問題，怎么“像”計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣思維，徹底地改變“學(xué)了程序設(shè)計(jì)而不會編程序”的現(xiàn)狀，提高讀者的程序設(shè)計(jì)能力和計(jì)算思維能力。

（2）以“授之以漁”為宗旨，而非“授之以魚”：針對程序設(shè)計(jì)的每個(gè)知識模塊都采取圖1所示的模式組織教學(xué)內(nèi)容，目的是教會學(xué)生怎么編寫程序，而不是讓學(xué)生去背幾個(gè)語法符號、規(guī)則。

（3）以程序設(shè)計(jì)為主線：按程序設(shè)計(jì)的思路組織全書內(nèi)容，真正地講授程序設(shè)計(jì)，而非語言，把重點(diǎn)放在講述程序設(shè)計(jì)方法上，注重對學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)方法、算法和計(jì)算思維的訓(xùn)練，摒棄了前一階段各種程序設(shè)計(jì)教材中流行的主要“解釋程序設(shè)計(jì)語言”的做法，將C語言只作為講授程序設(shè)計(jì)的載體工具。

（4）以案例為驅(qū)動，突出實(shí)踐：選取大量案例，以案例為驅(qū)動，徹底改變單純解釋語法、語義等語言成分的做法；改變提出語言概念并解釋，然后以小程序說明相應(yīng)概念的做法；讓程序設(shè)計(jì)始終貫穿于整個(gè)教學(xué)過程。書中案例多選擇與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的、實(shí)用的題目。案例的目的不是解釋語言概念，而是講述程序設(shè)計(jì)方法、構(gòu)造算法，以訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)際編程能力、計(jì)算思維能力為目標(biāo)。

（5）重點(diǎn)突出：根據(jù)講述程序設(shè)計(jì)方法的需要，對C語言本身采取“有所取、有所不取”的策略。對于那些常用的語言成分，直接與講述程序設(shè)計(jì)方法有關(guān)的語言成分，將其穿插在程序設(shè)計(jì)過程中詳細(xì)準(zhǔn)確的介紹；對于那些與程序設(shè)計(jì)方法聯(lián)系不太緊要，但是還常用的部分，放在最后簡單介紹；而對于那些與講述程序設(shè)計(jì)方法關(guān)系不太大，也不常用的部分則根本不涉及。

（6）分散難點(diǎn)：注意由淺入深地介紹程序設(shè)計(jì)知識，把難點(diǎn)化解和分散到各個(gè)章節(jié)中去。例如，函數(shù)和指針是程序設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，我們將概念逐漸化解和分散到不同的章節(jié)和學(xué)時(shí)里，便于學(xué)生消化理解并各個(gè)擊破。

函數(shù)的概念分4章逐步介紹：①第5章函數(shù)人門，簡單引進(jìn)函數(shù)概念，讓學(xué)生會使用函數(shù)編程序；②第9章再論函數(shù)，介紹有關(guān)函數(shù)的進(jìn)一步知識，包括函數(shù)參數(shù)、函數(shù)值、作用域等；③第10章遞歸程序設(shè)計(jì)，進(jìn)一步介紹遞歸及其程序設(shè)計(jì)思想；④第14章介紹有關(guān)函數(shù)的較深入的知識，包括函數(shù)指針、函數(shù)作參數(shù)、函數(shù)副作用等。

有關(guān)指針內(nèi)容是程序設(shè)計(jì)的最難點(diǎn)，本教材把指針知識分散到各個(gè)章節(jié)去。在第2章先引進(jìn)變量地址的概念，指出變量地址就是變量指針，并指出變量指針與變量值的區(qū)別，讓學(xué)生對指針有個(gè)初始印象；第7章先介紹指針這種特殊的數(shù)據(jù)類型，引進(jìn)指針概念，講述指針與數(shù)組的關(guān)系；在以后各個(gè)章節(jié)分別介紹結(jié)構(gòu)指針（第8章）、返回指針的函數(shù)（第9章）、文件指針（第11章）、命令行參數(shù)（第11章）、用指針實(shí)現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（第13章），最后在第14章進(jìn)一步講述指針與數(shù)組的關(guān)系，介紹行指針，并對指針進(jìn)行總結(jié)。

3 教材內(nèi)容

3.1 內(nèi)容結(jié)構(gòu)

《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（第2版）教材以C語言為載體講述程序設(shè)計(jì)，且為突出“程序設(shè)計(jì)”主題，對C語言做了一定的取舍，目的是使學(xué)生盡快掌握并熟練編寫程序，而不受具體語言語法的限制。全書共14章，可分為基本知識、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)組織3個(gè)部分。基本知識部分主要介紹高級程序語言的基本概念、C的基本語法單位；程序設(shè)計(jì)部分包括函數(shù)、流程控制、遞歸等結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)開發(fā)方法；數(shù)據(jù)組織部分包括數(shù)組、指針、文件、結(jié)構(gòu)體等數(shù)據(jù)存儲形式，以及棧、隊(duì)列、鏈表、樹等數(shù)據(jù)組織形式。教材知識模塊章節(jié)分布如圖2所示。

3.2 “授之以漁”的內(nèi)容組織模式

該教材在編寫過程中始終以“授之以漁、案例驅(qū)動”的模式組織教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐。

（1）以現(xiàn)實(shí)生活中的問題為案例。首先提出問題，然后分析問題，得到方法，再編碼。在整個(gè)解決問題過程中，強(qiáng)調(diào)分析和解決問題的過程，淡化語言成分的影響。通過簡單的有實(shí)際意義的問題分析程序、編寫程序，拉近學(xué)生與程序間的距離，讓學(xué)生直觀地看到程序開發(fā)過程。這樣做使教學(xué)從抽象變成自然，有效培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生對程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生興趣，對本課程產(chǎn)生吸引力，并取得良好的教學(xué)效果。

全書開篇第1章第1節(jié)，從大家熟知的雞兔同籠問題開始?！敖裼须u、兔同籠，上有35頭，下有94足，問雞兔各幾何？”，按照如下步驟講解題目并給出程序設(shè)計(jì)相關(guān)概念。第1步，解決該問題應(yīng)把問題數(shù)學(xué)化，列出二元一次方程；第2步，解該方程組，選擇消元法；第3步，使用消元法解上述二元一次方程組；第4步，分析計(jì)算步驟，給出實(shí)際計(jì)算過程。針對第4步的計(jì)算步驟，指出“這就是程序”，接著指出第1到第4步的“分析過程就是程序設(shè)計(jì)”，并給出“算法”等概念。

（2）由淺入深、分散難點(diǎn)。像前面指出的，函數(shù)是程序設(shè)計(jì)教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，程序設(shè)計(jì)中的函數(shù)雖與數(shù)學(xué)中函數(shù)的概念類似，卻有很大的不同。這不僅體現(xiàn)在函數(shù)本身的形式定義上，而且在其使用方面也有很多區(qū)別。本書將函數(shù)相關(guān)知識點(diǎn)分散至4章進(jìn)行講解。

在介紹基本語言成分之后，首先第5章引人函數(shù)的基本概念，突出函數(shù)在模塊化程序設(shè)計(jì)的作用。接著在學(xué)完數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體和共用體，有了一定的編程序經(jīng)驗(yàn)之后，在第9章重新回顧函數(shù)，解釋函數(shù)中參數(shù)傳遞和返回值等較難的內(nèi)容，引出作用域、生存周期、全局和局部變量等概念。然后在第10章遞歸程序設(shè)計(jì)，進(jìn)一步介紹遞歸函數(shù)及其程序設(shè)計(jì)思想。最后在第14章介紹有關(guān)函數(shù)的較深入的知識，包括函數(shù)指針、函數(shù)作參數(shù)、函數(shù)作用等。

這樣避免了將過多知識點(diǎn)集中在一章，使讀者學(xué)起來枯燥乏味，接受困難。而且學(xué)生通過中間對數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體和共用體、文件、程序開發(fā)等章節(jié)的學(xué)習(xí)，積累了程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，帶著問題來學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)習(xí)的效果。

（3）不避難點(diǎn)，一題多解?！斑f歸程序設(shè)計(jì)”乃至“遞歸思維方式”歷來是程序設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，許多教材采取淡化的方式去處理，有的甚至回避。本教材從訓(xùn)練學(xué)生實(shí)際編程能力出發(fā)，用一章的篇幅強(qiáng)化“遞歸程序設(shè)計(jì)”的訓(xùn)練。

在第10章開篇以讀者熟知的“計(jì)算n！”為案例，首先給出循環(huán)迭代程序，然后引導(dǎo)學(xué)生換個(gè)角度考慮問題，指出n！不僅是1×2×3×…×n還可以定義成：

從而給出遞歸程序，介紹有關(guān)遞歸程序的知識，指出保證這個(gè)遞歸程序正確的條件，并給出幾個(gè)遞歸程序的例子，包括“計(jì)算n次勒讓德多項(xiàng)式”“漢諾塔游戲”等程序。然后介紹遞歸程序設(shè)計(jì)的思想，它體現(xiàn)在：用逐步求精原則，首先把一個(gè)問題分解成若干子問題，這些子問題中有問題的與原始問題具有相同的特征屬性，至多不過是某些參數(shù)不同，規(guī)模比原來小了。此時(shí)，就可以對這些子問題實(shí)施與原始問題同樣的分析算法，直到規(guī)模小到問題容易解決或已經(jīng)解決為止。也就是說，若將整個(gè)問題的算法設(shè)計(jì)成一個(gè)函數(shù)，則解決這個(gè)子問題的算法就表現(xiàn)為對相應(yīng)函數(shù)的遞歸調(diào)用，從而引進(jìn)遞歸程序設(shè)計(jì)。

接著在教材的10.2節(jié)以“計(jì)算算術(shù)表達(dá)式值”為案例，講述間接遞歸程序設(shè)計(jì)。最后在10.3節(jié)仍以“計(jì)算算術(shù)表達(dá)式值”為背景，講述遞歸程序的執(zhí)行過程，這是任何教材都沒有的內(nèi)容。本教材為了加深讀者對遞歸程序的理解，特別加寫了這一節(jié)。本節(jié)首先介紹保證遞歸程序執(zhí)行正確的語言系統(tǒng)在執(zhí)行函數(shù)調(diào)用時(shí)的調(diào)用過程；然后給出一個(gè)實(shí)例；最后模擬執(zhí)行這個(gè)實(shí)例程序，給出程序執(zhí)行過程中計(jì)算機(jī)內(nèi)存的動態(tài)分配、釋放過程（棧的變化），從實(shí)例中讓學(xué)生理解遞歸思想。

4 建設(shè)成果

經(jīng)過長期建設(shè)，該教材取得豐碩成果。2007年被選為“普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材”，2011年被教育部評為“普通高等教育國家級精品教材”，2012年被選為“普通高等教育‘十二五’國家級規(guī)劃教材”；以該教材為主教材的吉林大學(xué)的高級語言程序設(shè)計(jì)課程于2009年被評為國家級精品課程，所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2010年被評為吉林省優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

5 結(jié)語

程序設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)中占有重要地位。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門程序設(shè)計(jì)課程，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)不僅要使學(xué)生知道什么是程序設(shè)計(jì)語言，即能讀懂語言的符號和規(guī)則，而且還要能夠掌握程序設(shè)計(jì)思想，學(xué)會怎樣編程，而不拘泥于語言細(xì)節(jié)；能像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣的思維去思考問題，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。為達(dá)到此目標(biāo)，程序設(shè)計(jì)教學(xué)指導(dǎo)思想上要摒棄過去那種以“解釋程序設(shè)計(jì)語言”為主的做法，細(xì)致講解問題求解過程、強(qiáng)調(diào)思考過程，而非解釋語言；在教學(xué)手段和方法上要增加學(xué)生自己獨(dú)立思考和動手的機(jī)會；加大上機(jī)實(shí)踐在正常教學(xué)中的比例；同時(shí)配以大量的實(shí)際應(yīng)用案例，強(qiáng)化計(jì)算思維的訓(xùn)練。

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（見習(xí)編輯：劉麗麗）