递进案例在《面向对象程序设计》教学中的应用

2018-12-21马慧翁佩纯

现代计算机 2018年16期

马慧，翁佩纯

（电子科技大学中山学院计算机学院，中山 528400）

0 引言

《面向对象程序设计》是计算机专业的一门重要的基础课程，是编程语言教学中的重点也是难点。该课程要求学生了解面向对象程序设计的基本思想、掌握面向对象编程的技术，为大型应用软件设计与开发打下良好的理论和实践基础。在教学实践中，有学生反映课程很难学，甚至有个别学生对编程产生畏惧的情绪。笔者结合实际的教学工作，分析课程教学过程中碰到的主要问题和成因，浅谈如何引入递进案例方法提高教学质量。

1 教学过程中存在的问题及原因

以往在教学过程中主要存在的问题及原因如下：

（1）学生对面向对象程序设计的学习的目标不明确，学习动力不强。由于学生相对欠缺项目经验，对面向过程程序设计在大型软件开发过程中遇到的代码难维护、难扩充等问题意识不足，仅从软件功能的角度看问题，以为已经有面向过程编程的方法已经可以写软件了，不理解为什么需要学习面向对象程序设计。

（2）教材对面向对象程序设计技术的描述过于侧重语法，缺乏思维引导和结合应用的分析，较少围绕“为什么面向对象程序设计包含了这个技术点?”“什么情况下需要使用这个技术点？”“如何使用这个技术点？”等问题展开讨论，导致学生停留在“知其然而不知其所以然”的阶段，即使掌握了面向对象程序设计的语法，还是没领会到面向对象程序设计的思想精髓，不懂运用。

（3）教材和课后习题以每一章节的知识点为目标设计，缺乏系统性与连贯性，缺少对知识综合运用能力的训练。

2 引入递进案例提高教学质量

针对上述问题，笔者在教学中使用递进案例，根据教学目标和内容需要，采用案例组织学生进行学习、研究、锻炼，把教授和学习的重心放在案例的分析和领会上，而不是以教材的理论知识点为中心[1-2]。旨在让学生在理解案例所涵盖的知识点后，通过模仿案例到灵活运用设计创新，到达学习的目的。本节讨论递进案例设计和运用过程。

（1）案例的编写

首先，案例保持内容的连贯性与递进性[3]。案例以编写某个软件为目标，与教材内容章节顺序保持一致，在前一次课完成的功能的基础上，提出丰富软件功能的新需求，引入新的知识点学习。整个过程由简到繁，循序渐进，将知识点串联起来，引导学生在学习过程中承前启后、举一反三。同时，案例的设计要考虑趣味性[4]、实用性和可操作性。例如，计算机专业的学生通常喜欢游戏，可以以游戏为例子吸引学生。此外，案例的编写要详尽，对于每个知识点，需要写清楚它的作用、适用场景和相关代码，使得学生在课后能通过阅读案例深入理解、掌握知识点，并会模仿、应用。

（2）案例的运用

笔者在使用递进案例进行教学的时候，采用“提出需求、抛出问题、分析问题、讲授知识点、布置任务”的路线进行讲解。首先，在第一次上课的时候向学生介绍案例的内容，说明要实现一个什么样的软件，具体要实现哪些功能。然后，给学生布置课程设计，让学生实现与案例软件相关的另一个模块，要求在后续的学习过程中每次学到新技术后，能模仿案例将新技术点用到课程设计中。每次课堂按以下步骤展开：

①提出需求。结合新知识点，提出给软件增加某个功能，要求学生采用以前学过的面向过程程序设计的方法实现。

②提出问题。要求学生思考：在用面向过程程序设计方法实现该功能的时候，遇到什么困难？提示学生从代码管理、代码可扩充性等方面思考。

③分析问题。要求学生分析困难出现的原因，总结面向过程程序设计在大型软件开发过程中的不足之处，让学生领悟到：“在这种应用场景下，需要利用面向对象程序设计的技术去解决这个问题。”，激发学生的学习兴趣。

④引入新知识点。结合教材的例子讲解知识点的语法。在讲解过程中，对于部分难以理解的内容，像构造函数、析构函数、拷贝构造函数、动态内存分配等，可以采用动画形式演示，让学生对这些抽象的过程有较具体的理解。然后结合案例演示知识点的运用将知识点扩大为知识面，最后由形象到抽象，揭示概念本质。

⑤布置任务。任务分两部分内容。首先，要求学生完成教材的习题，通过语法关。然后，要求学生模仿案例，将新知识点运用到课程设计中。

3 一个具体的案例

本节分享笔者在教学中使用的递进案例。在我院，《C++面向对象程序设计》这门课安排在一年级第二学期上，作为《C语言程序设计》的后续课程。笔者在上《C语言程序设计》的时候，要求学生用面向过程程序设计的方式实现一些小游戏，例如猜数字游戏、打字游戏等。由于学生对游戏都比较感兴趣，所以收集了不少优秀作品。在面向对象程序设计课程中，笔者设计了一个实现“小游戏集锦”的递进案例，要求学生在学习完整套案例后，实现游戏玩家管理的模块。

教材一般按照类的封装性、继承性、多态性的顺序组织内容，对应地，案例的内容设计也基本按照上述顺序展开。

（1）类和对象的概念。将多个小游戏的代码分发给学生，要求学生把代码汇总成一个“小游戏集锦”的程序。让学生设计一个菜单入口，在菜单中选择游戏，进入相应的游戏界面。让学生体会到，这个貌似几行代码能解决的问题，会碰到诸如“全局变量名冲突、数据和函数的关系不明显”等的麻烦。接下来，引入类和对象的概念，介绍类的作用，再讲解类的语法。在案例中演示如何将每个游戏单独写成一个类。要求学生在掌握了类的语法后，写一个玩家类。

（2）类的封装性。举一个“窜改代码关键变量”的例子，让学生理解封装性的作用。要求学生在玩家类里实现对玩家数据信息的封装。

（3）构造函数、析构函数、拷贝构造函数、静态成员等。结合某个游戏类，对类增加恰当的需求应用，展开对这些知识点的讲解。例如，在游戏集锦中，仅要求每个游戏类生成一个对象。可由此需求引入静态成员的知识点进行讲解，然后演示如何设计单例模式解决这个问题。

（4）类的继承与派生。要求增加功能：统计每个游戏的进入次数。用户每进入一次游戏，该游戏的进入次数加一。在学习类的继承与派生之前，学生只能在逐个游戏类里面添加私有变量int count，并在各个类的游戏入口函数处增加count++的语句。提问学生：如果有一百个小游戏，是否需要分别在一百个类里面做重复的定义count和count++的操作？如果有一个类忘记对count加1会出现什么情况？引入面向对象程序设计的另一个重要特点——继承。在案例中，定义一个游戏基类Game类，Game类包含成员count，再派生出各个小游戏类。要求学生掌握类的继承与派生之后，写一个游戏的游客类。游客类与玩家类的区别在于，游客类每的对象每次登录游戏集锦时，分数清零；玩家类的分数不清零。要求思考该如何对游客类和玩家类的代码进行重构、设计。

（5）类的多态性。多态是面向对象程序设计最复杂也最难诠释的一个特点。在案例中，要求增加功能：菜单按游戏的热门程度（进入游戏的次数）排序。提问若采用已学过的知识，这种做法是否方便：定义一个数组统计各类小游戏的访问次数，然后对数组进行排序，得到小游戏的菜单列表，再根据用户输入的选择找到相应的游戏入口函数。引入基类指针指向派生类对象和多态的知识点，提出可以将Game类设计成虚基类，采用Game类指针数组存储指向各个小游戏的对象的指针，则可以方便地对指针数组排序，实现按游戏热门程度排序的功能。要求学生掌握多态性的知识点后，写一个在线玩家（包括游客）的列表，要求将在线玩家和游客按游戏成绩排名显示。