陳慧

摘? ?要：本文針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的動(dòng)態(tài)性和抽象性難以在傳統(tǒng)教學(xué)中進(jìn)行較好的展現(xiàn)問(wèn)題，引入“可視化教學(xué)”概念。以《C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言》和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程為例，根據(jù)課程教學(xué)大綱將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理分類(lèi)后，把教學(xué)內(nèi)容分別從基礎(chǔ)知識(shí)可視化、程序結(jié)構(gòu)可視化和算法可視化三方面進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生增強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：可視化教學(xué)? 知識(shí)點(diǎn)? 教學(xué)效果

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（c）-0183-02

可視化技術(shù)是指將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)交互處理的理論、方法和技術(shù)?？梢暬夹g(shù)的實(shí)現(xiàn)能夠促進(jìn)形象思維、直覺(jué)思維、發(fā)散思維、邏輯思維和辨證思維的發(fā)揮。

可視化技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)時(shí)，可以利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，對(duì)顯示出來(lái)的圖形或文字進(jìn)行交互處理，可視化技術(shù)將復(fù)雜事物的描述簡(jiǎn)單化，針對(duì)教與學(xué)過(guò)程中的理解、對(duì)話(huà)、探索和交流進(jìn)行有效改善，增強(qiáng)思考的效能和創(chuàng)新性。

計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程的教師在教學(xué)過(guò)程中雖然也會(huì)引入一些可視化內(nèi)容，但對(duì)于課程中的教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的完善的可視化設(shè)計(jì)。一套完善的教學(xué)可視化系統(tǒng)可以幫助學(xué)生從學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)自主性、理解能力、學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)成績(jī)方面進(jìn)行提升，降低教師教學(xué)過(guò)程中對(duì)抽象概念和算法等知識(shí)點(diǎn)講解的難度，提高教師在教學(xué)管理工作方面的效率，增強(qiáng)課程的整體教學(xué)效果。本文以《C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言》和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程為例，根據(jù)課程教學(xué)大綱將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理分類(lèi)，把教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)可視化、程序結(jié)構(gòu)可視化和算法可視化三部分，針對(duì)這三部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。最后利用Flash動(dòng)畫(huà)和Javascript等技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、程序結(jié)構(gòu)和算法的可視化設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)和關(guān)鍵因素分析后進(jìn)行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。

1? 基礎(chǔ)知識(shí)可視化教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)概述

基礎(chǔ)知識(shí)主要包括程序的入門(mén)知識(shí)和關(guān)鍵特點(diǎn)、抽象概念等內(nèi)容，通過(guò)動(dòng)畫(huà)技術(shù)對(duì)課程的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

（1）前期需求分析階段，對(duì)程序設(shè)計(jì)課程的基礎(chǔ)知識(shí)可視化需求和內(nèi)容進(jìn)行梳理，確定可視化建設(shè)的目標(biāo)和終點(diǎn)。

（2）明確程序設(shè)計(jì)課程中基礎(chǔ)知識(shí)主題，分析程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的知識(shí)特點(diǎn)，進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

（3）文本設(shè)計(jì)是可視化動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的前提，通過(guò)將需要教學(xué)的內(nèi)容按照動(dòng)畫(huà)繪制平臺(tái)的繪畫(huà)步驟進(jìn)行呈現(xiàn)。在文本與動(dòng)畫(huà)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需要考慮學(xué)生的心理特征，采用口語(yǔ)化的描述方式將知識(shí)要點(diǎn)轉(zhuǎn)換為動(dòng)畫(huà)畫(huà)板不同的控件。在動(dòng)畫(huà)呈現(xiàn)形式方面，為不同的程序基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)體確定不同的控件顯示方式，比如不同的控件、不同的形狀、不同的字體屬性、不同的色彩等。

（4）基礎(chǔ)知識(shí)展示過(guò)程中，需要旁白講解功能，針對(duì)動(dòng)畫(huà)當(dāng)前頁(yè)面的內(nèi)容以直白風(fēng)趣的方式進(jìn)行闡述，提升學(xué)生的理解能力。

1.2 基礎(chǔ)知識(shí)可視化分析與設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)知識(shí)可視化設(shè)計(jì)時(shí)，首先將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整理，分析各知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)側(cè)重的目標(biāo)。如表1所示。

然后，針對(duì)以上列表中每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)考慮有哪些關(guān)鍵因素，如有無(wú)人物設(shè)計(jì)、有無(wú)情景設(shè)計(jì)、交互性強(qiáng)度、是否需要設(shè)計(jì)一個(gè)模擬游戲來(lái)增強(qiáng)理解。

最后，根據(jù)分析結(jié)果去實(shí)現(xiàn)。將動(dòng)畫(huà)頁(yè)面比例設(shè)置為 16∶9，更符合人眼的視覺(jué)特點(diǎn)?？紤]到學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和視覺(jué)疲勞程度，每個(gè)動(dòng)畫(huà)時(shí)間控制在10min，不僅能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性，而且可以減少學(xué)生心理負(fù)擔(dān)。

例如，“簡(jiǎn)單的C程序”知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)時(shí)要展示一個(gè)C程序從寫(xiě)好代碼到運(yùn)行并輸出的過(guò)程。首先有配音提示按下鼠標(biāo)鍵，當(dāng)用戶(hù)按下鼠標(biāo)鍵后會(huì)顯示一段程序代碼，這時(shí)，語(yǔ)音提示請(qǐng)按下鍵盤(pán)上的回車(chē)鍵，當(dāng)用戶(hù)操作后顯示輸出結(jié)果，然后配音講解程序代碼，講解時(shí)對(duì)應(yīng)代碼會(huì)高亮顯示，最后仍顯示程序代碼，用戶(hù)鼠標(biāo)移動(dòng)到某一個(gè)位置就會(huì)顯示對(duì)應(yīng)代碼的說(shuō)明。

2? 程序結(jié)構(gòu)可視化教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)概述

程序結(jié)構(gòu)主要對(duì)不同程序的基本順序結(jié)構(gòu)、判斷結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

（1）首先對(duì)目前不同程序結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行梳理，包括順序結(jié)構(gòu)、判斷結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。

（2）明確程序結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)方式。利用實(shí)例對(duì)不同結(jié)構(gòu)的用途及變量變化過(guò)程進(jìn)行呈現(xiàn)，列舉不同結(jié)果的講解提綱和風(fēng)格。

（3）將不同程序結(jié)構(gòu)的內(nèi)容和講解流程進(jìn)行整理，形成文本，同時(shí)設(shè)計(jì)旁白講解，對(duì)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解。

2.2 程序結(jié)構(gòu)可視化分析與設(shè)計(jì)

在程序結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計(jì)時(shí)，同樣先進(jìn)行側(cè)重點(diǎn)分析，對(duì)順序結(jié)構(gòu)、if語(yǔ)句、swtich語(yǔ)句、while語(yǔ)句、do-while語(yǔ)句、for語(yǔ)句、循環(huán)嵌套和break與continue等知識(shí)點(diǎn)具體側(cè)重興趣、理解力和編程思維方面進(jìn)行分析。

針對(duì)上述每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)，同樣要考慮有無(wú)人物設(shè)計(jì)、有無(wú)情景設(shè)計(jì)、交互性強(qiáng)度等關(guān)鍵因素。

以循環(huán)控制為例，解決“猴子吃桃”的問(wèn)題，求解猴子摘桃的天數(shù)。具體題目是：猴子去摘桃，共摘了127個(gè)桃，它每天吃掉一半多一個(gè)，問(wèn)猴子摘了幾天桃？具體實(shí)現(xiàn)時(shí)首先展現(xiàn)一個(gè)猴子每天重復(fù)摘桃并吃桃的場(chǎng)景，然后提出問(wèn)題并顯示程序結(jié)構(gòu)流程圖，此頁(yè)面上顯示三種語(yǔ)句包括while語(yǔ)句、do-while語(yǔ)句、for 語(yǔ)句的鏈接，最后根據(jù)用戶(hù)的點(diǎn)擊，分別顯示對(duì)應(yīng)語(yǔ)句的編程代碼。

3? 算法可視化教學(xué)設(shè)計(jì)

算法主要針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行展開(kāi)，對(duì)各類(lèi)排序算法（如冒泡排序、堆排序等）、鏈表、哈希樹(shù)等結(jié)構(gòu)的原理和流程進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)后以更直觀(guān)的方式讓學(xué)生用戶(hù)掌握算法知識(shí)。

算法可視化呈現(xiàn)需要與實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合，將算法中的變量通過(guò)動(dòng)畫(huà)控件的方式呈現(xiàn)，展示其值的變化，對(duì)變量在算法運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)系進(jìn)行呈現(xiàn)，具體動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)流程與程序結(jié)構(gòu)類(lèi)似。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的算法眾多，根據(jù)教學(xué)大綱，依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行整理，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型有：數(shù)組，棧，鏈表、隊(duì)列、樹(shù)、圖、堆、散列表等。挑選順序棧、棧與遞歸、二叉樹(shù)遍歷、逆轉(zhuǎn)線(xiàn)性鏈表、拆半查找、冒泡排序、選擇排序、插入排序、堆排序等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。

以“冒泡排序”為例，可以設(shè)計(jì)為：首先等待用戶(hù)輸入要進(jìn)行排序的數(shù)據(jù)，中間以逗號(hào)分隔，然后點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕后演示第一趟排序的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，當(dāng)?shù)谝惶伺判蚪Y(jié)束時(shí)需要等待用戶(hù)點(diǎn)擊鼠標(biāo)后再顯示第二趟排序的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，以此類(lèi)推。

4? 結(jié)語(yǔ)

可視化教學(xué)是教育領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，研究開(kāi)發(fā)可視化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，既可以直接改革計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，又符合教學(xué)改革的方向，是隨著教育技術(shù)不斷發(fā)展而完善的教學(xué)方式。

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