浅谈C++程序设计语言教学与专业应用的结合

摘要：目前，高校学生大都只是孤立的知道C++语法，而程序设计能力不强，对课程兴趣度也不高。鉴于此，笔者提出了将C++程序语言教学与工科非电类专业相结合，让学生在了解专业的同时，也增添对编程的兴趣。

关键词：C++；程序设计语言；专业应用

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）30-0239-02

一、前言

1.C++程序设计语言的发展和优点。计算机程序语言是不断演变的。C++语言是由贝尔实验室Bjarne Stroustrup博士及其同事开发的，他们在C语言的基础上逐步发展C++并将其完善。C语言是一种实用性很强的语言，它具有语言简介、灵活方便、可移植性好等优点。C++语言不仅继承了C语言的这些优点，还克服C语言自身的缺点，在其功能上做了本质性的革新，即面向对象的机制，有助于程序员开发软件的高效性和灵活性。目前C++程序设计语言已在众多领域得到广泛应用，从而成为高校很多专业（尤其是工科专业）的一门重要基础课程。

2.C++程序语言的教学现状。C++程序设计语言在给软件开发带来效率和增加代码灵活性的同时，也增加了学习的难度。Scott Meyers指出C++是一个难学易用的语言，它的难学不仅表现在广博的语法、语法背后的语义、语义背后的深层思维，以及深层思维背后的对象模型；还在于它提供了四种不同而又相辅相成的编程范型：基于过程（procedual-based）、基于对象（object-based）、面向对象（object-oriental）和泛型（generics）[1]。目前，大多数高校的教学方式仍然是以讲授语法概念为主，学生们只是孤立的知道语法，而C++程序设计的能力不足，出现“高分低能”的现象，即使考试成绩很高的学生，对语法很清楚，但是让他们设计简单算法，例如，工科专业处理数据时经常用到的拟合算法，会出现无从下手的局面。这种教学方式导致了学生对程序语言语法十分熟练，而程序设计能力很弱的现状。为了改善这种现状，一些高校提出了项目或任务驱动式或是以案例为主的教学方式，这种教学方式是让学生在一个个典型的编程“项目”的驱动下展开教学活动，让学生通过自主学习和相互合作，完成教师布置的任务，建构真正属于自己的知识与技能[2]。C++是一门实践性很强、极富创造性特点的课程，项目驱动方式，确实能够更好的将教学重点从老师单纯地教语法知识点，到学生主动地参与到编程和学的过程中。但是目前的项目驱动方式仍存有问题，例如，项目的题目学生不感兴趣，学生认为一些项目和他们的关系不大，甚至认为C++的学习对专业应用没有用，从而导致有些组完成的项目不理想。

鉴于此，本文提出将C++程序设计语言的教学与专业应用相结合，让学生充分认识到C++程序设计语言是解决专业问题的一种重要工具。

二、C++程序设计语言与专业知识的关系

C++程序设计语言与专业知识是密切相关的，它为后续相关课程的学习提供了基础，为解决专业问题提供了一种有效的工具，同时专业常识可以辅助学生在C++语言学习中加深对概念的理解。

1.C++程序设计语言为解决专业问题提供了一种工具。C++程序设计语言工具的作用主要表现在它能解决一些专业问题，例如，机械工程专业和自动化专业的单片机设计课程，单片机功能的实现离不开编程，while、for循环语句及不带参数函数十分常用；或是金融专业中投资组合优化，为了得到最优的投资方式，根据数据得到投资组合模型，采用C++编写投资组合模型，从而通过计算机分析出最优的投资方式；或是化学专业中，为了分析两种分子结构的相似度，从而寻找最大公共子图。众所周知，最大公共子图问题是NP完全问题，靠人力分析太慢，可以应用C++编程，让计算机代替求解；或是医学专业中，研究新药的开发，分析新药在小白鼠上的反应得到的数据需要分析，分析过程中设计到拟合算法和精度分析等，用C++编程会大大简化实验员的工作量。尽管C++程序设计语言对于专业的学习十分重要，但是专业课老师反映多数学生对于C++程序设计语言的掌握不牢固，即使当时得分很高的学生，也不能顺利而高效地设计出算法。原因之一是学生学习计算机语言的时候只是专注于语法的学习，而不专注于程序语法背后的语义、以及语义背后的深层思维、深层思维背后的对象模型的学习，而且计算机程序语言的教学脱离了应用，不能让学生真正体会到计算机编程语言是一种工具。

2.专业常识辅助C++程序设计语言中抽象概念的理解。C++程序设计语言中的一些概念是比较抽象的，例如类的概念，学生刚开始学习的时候不能很好地掌握类的概念，也不能明确地区别类和对象，而专业常识可以辅助抽象概念的理解。例如，机械专业中螺母可以看成一个类，这个类有规格、牙距、最大外径、高度等属性。有一个规格是2.5，牙距0.45mm，最大外径6.4mm，高度2mm的六角螺母，这个螺母就对应于对象，从而向学生们解释了类和对象是抽象和具体的关系，同时机械专业的学生也知道了螺母的属性有哪些。

因此，专业知识和C++程序设计语言是相辅相成的，可以将这两者结合起来，从而达到让学生们增加对C++程序设计语言的兴趣，同时也对专业知识有所了解，深刻理解C++程序设计语言对于专业学习是一个重要工具。

三、C++程序语言与专业知识的结合

既然专业知识和C++语言之间相辅相成，在教学活动中应将两者结合，从而使学生对C++学习提高兴趣，同时也了解了专业知识。两者之间的结合点主要表现在教学过程中概念的讲解和项目的选取。

1.概念的讲解。C++的概念相对于C比较多，为了让学生能更好地掌握这些概念，可以结合具体事例，尤其是专业相关的实例。例如：类的继承性是面向对象编程的一个重要性质，在讲解继承性的时候，可以结合专业背景知识来说明继承性的好处；机械专业中，零件的设计过程中设计新零件是基于旧的零件的基础上改进，可以看成新零件继承了旧零件的特征，而添加了一些新特征，从而省去了大量重复的工作，C++的继承性同样具有这种优点。C++的继承性是指在一个基类上定义了一个派生类，派生类继承了基类所有属性和操作，同时增加了其他新的属性和操作，这些新属性和操作是基类不具备的。这样就可将专业常识和类的继承性结合起来，有助于C++概念的理解。

2.与专业背景有关的项目。项目驱动教学方式使得学生主动地参与到编程的学习过程中，但是项目的选取十分重要，如果应用背景学生不了解，使其对于项目的完成形成一定的障碍，因此项目的选取与专业应用相结合有助于学生了解项目的要求，提升对项目的兴趣。目前，很多高校采用拟合算法的实现作为一个典型项目，但是单纯地讲拟合算法，没有专业应用背景，学生觉得很枯燥，可以将拟合算法和专业背景结合起来，比如面向机械专业的学生，可以以逆向工程为例。教师在介绍项目的时候可以简单介绍一下逆向工程的技术背景。逆向工程是一种能根据现有的物理部件通过CAD、CAM、CAE或其他软件构筑3D虚拟模型的方法。逆向工程的过程采用了通过丈量实际物体的尺寸并将其制作成3D模型的方法，真实的对象可以通过如CMMs、激光扫描仪、结构光源转换仪或者X射线断层成像这些3D扫描技术进行尺寸测量。这些测量数据通常被认作是点集，缺乏拓扑信息，并且通常会被制作成更有用的格式，例如多边形网格、NURBS曲线或者CAD模型。由此，学生知道逆向工程的定义、内容和过程，而拟合算法是逆向工程中常用的一种方法。介绍项目时，将逆向工程的实际问题进行简化，比如实现一个旋转面的三维数据点，并重构出这个旋转面，并给出旋转面的母线和旋转轴。面向医学专业学生，可以以实验数据分析为例，例如放射后细胞存活的实验，教师先介绍一些放射治疗的背景、效用和副作用等，并指出细胞存活实验的重要性。介绍细胞存活实验的实验，通过实验得到一组数据，并通过C++程序设计语言，得到放射后细胞存活量的变化曲线图。由上面可知，同样一个算法，在不同的专业中应用是不一样的，如果在说明拟合算法时，向机械专业学生介绍放射后细胞存活的实验，或是向医学专业的学生介绍逆向工程，他们更加难理解项目，项目的完成效果也不佳，因此项目的选取应与专业应用结合。

四、结论

将计算机程序语言的教学与专业相结合，让学生了解自己的专业是什么，计算机程序语言能解决什么样的专业问题。计算机编程语言一般是大一、二的基础课，很多新生都不了解自己的专业究竟做什么，因此，这种结合更有助于学生尽早了解自己的专业，也有助于他们将C++程序设计语言应用于专业的学习和实际问题解决中。

参考文献：

[1]侯捷.改善程序与设计的55个具体的做法[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2]陈帼鸾.“项目驱动”教学法在C++教学中的应用[J].科技教育创新，2009，（7）.

基金项目：东南大学机械工程学院教学改革项目JG2013-003。

作者简介：罗晨（1980-），女，江苏扬州人，博士，讲师，研究方向：先进制造技术。