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一、選擇題
(共1題;共2分)
1.
(2分)根據(jù)下圖列算式正確的是(
)
A
.
B
.
C
.
二、判斷題
(共3題;共6分)
2.
(2分)比kg重是1kg(判斷對(duì)錯(cuò))
3.
(2分)計(jì)算(
+
)×18=
×18+
×18時(shí),運(yùn)用了乘法結(jié)合律。(
)
4.
(2分)
,運(yùn)用了乘法交換律和乘法結(jié)合律。(
)
三、填空題
(共5題;共11分)
5.
(2分)4×
=_______×_______=10
6.
(1分)一條繩子長(zhǎng)6米,用了它的
,又用了
米,還剩_______米。
7.
(1分)合唱團(tuán)有男生54名,女生的人數(shù)比男生的
還多5名。合唱團(tuán)里有_______名女生。
8.
(1分)一個(gè)長(zhǎng)方形桌面,長(zhǎng)
m,寬
m。一個(gè)正方形桌面,面積是
m2。長(zhǎng)方形桌面的面積比正方形桌面的面積少_______
m2。
9.
(6分)在橫線上填上合適的數(shù)。
_______
_______×_______×
(_______×_______)×_______
四、計(jì)算題
(共3題;共35分)
10.
(20分)下面各題,怎樣簡(jiǎn)便就怎樣算。
(1)5÷
×
(2)
+
×24
(3)
×86
(4)(
+
)×3×5
11.
(5分)怎樣簡(jiǎn)便就怎樣算
①
×
+
×
②
×(
-
)
③24×
×9×
④30×(
+
)
⑤51×
⑥
+
÷
12.
(10分)看圖列式計(jì)算。
(1)
(2)
五、解答題
(共3題;共15分)
13.
(5分)人心臟跳動(dòng)的次數(shù)隨年齡而變化。嬰兒心跳每分鐘約135次,青年每分鐘心跳的次數(shù)比嬰兒少
。青少年每分鐘心跳多少次?
14.
(5分)小青的體重是42千克,爸爸比小青重
,爸爸的體重是多少千克?
15.
(5分)圖書室新進(jìn)一批圖書,其中故事書有81本,科技書有多少本?
參考答案
一、選擇題
(共1題;共2分)
1-1、
二、判斷題
(共3題;共6分)
2-1、
3-1、
4-1、
三、填空題
(共5題;共11分)
5-1、
6-1、
7-1、
8-1、
9-1、
四、計(jì)算題
(共3題;共35分)
10-1、
10-2、
10-3、
10-4、
11-1、
12-1、
12-2、
五、解答題
(共3題;共15分)
13-1、
1計(jì)算機(jī)軟件工程中的數(shù)據(jù)庫(kù)建立
在進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)建立的整個(gè)過(guò)程中最開(kāi)始就需要對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)框架進(jìn)行設(shè)計(jì),并且同時(shí)需要對(duì)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行改進(jìn),而計(jì)算機(jī)軟件的運(yùn)行是需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)媒介來(lái)作為支撐,要不然計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件就不能發(fā)揮作用,因此在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建過(guò)程中要考慮到這些相關(guān)的影響因素,整個(gè)系統(tǒng)的各子系統(tǒng)之間相互之間需要形成良好的交互關(guān)系,最終才能使系統(tǒng)的軟件運(yùn)行,同時(shí)也可以保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的信息的安全性。在軟件工程數(shù)據(jù)庫(kù)一開(kāi)始建立初期就必須要有明確的應(yīng)用范圍,這樣就能夠高效地做好計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理工作,在初步形成了數(shù)據(jù)庫(kù)的總體構(gòu)架之后,需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行其他功能的完善,提升整個(gè)軟件的使用性能和安全性能并解決在使用過(guò)程中出現(xiàn)的漏洞,當(dāng)這個(gè)軟件在不斷更新升級(jí)改進(jìn)后它的功能將會(huì)越來(lái)越人性化以滿足用戶的需求,同時(shí)在抵抗外界的干擾方面也是會(huì)做得更好,此外數(shù)據(jù)庫(kù)也要及時(shí)進(jìn)行更新以免出現(xiàn)使用故障問(wèn)題。編程技術(shù)是形成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ),各功能的協(xié)調(diào)是解決軟件技術(shù)問(wèn)題的主要途徑,軟件在開(kāi)發(fā)出后投入市場(chǎng)讓用戶進(jìn)行使用中要有效利用好計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中的資源,使得軟件能夠在使用過(guò)程中可以進(jìn)行自動(dòng)更新,來(lái)解決軟件在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題同時(shí)增加一些必要的功能。在做軟件過(guò)程中工程師要合理的選擇匯編語(yǔ)言,然后進(jìn)行軟件框架的編程,這樣就能更好的做出所需的軟件和提升用戶的使用體驗(yàn)。
2數(shù)據(jù)庫(kù)文件建立
2.1類型比較
數(shù)據(jù)庫(kù)需要處于讀取的條件下才能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的文件進(jìn)行建立,為此在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建立的最初階段需要做好對(duì)比工作,防止出現(xiàn)在讀取的過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失卻不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。通常采用對(duì)比的數(shù)據(jù)讀取方式更能夠保證數(shù)據(jù)讀取的穩(wěn)定性,同時(shí)在文件讀取出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)也更能夠直觀的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,也更能夠找到合適的類型。在文件讀取時(shí)要做到節(jié)省計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間,并且短時(shí)間地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取,這樣做的目的就是可以保證軟件運(yùn)行的流暢度和穩(wěn)定性,更不容易出現(xiàn)運(yùn)行故障問(wèn)題。
2.2創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)
一般情況下是在文件建立之后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的建立,并且在創(chuàng)建之后系統(tǒng)將會(huì)對(duì)訪問(wèn)的權(quán)限進(jìn)行限制,會(huì)限制用戶之后的相關(guān)操作,特別是在當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)一些問(wèn)題需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)時(shí),由于權(quán)限限制的原因?qū)⑿枰獙?duì)各方面進(jìn)行調(diào)整,需要更加有效的關(guān)聯(lián)才能使得整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較高的保障。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性可以采用分模塊的形式來(lái)對(duì)系統(tǒng)的多個(gè)功能進(jìn)行逐一控制,如此一來(lái)就可以有效的提升數(shù)據(jù)庫(kù)各功能的穩(wěn)定性,保證系統(tǒng)的流暢運(yùn)行。而一些在外部安裝的軟件就相對(duì)來(lái)說(shuō)在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建時(shí)簡(jiǎn)便很多,在對(duì)外部軟件進(jìn)行安裝時(shí)可以采取私人模式的安裝方法可以保證用戶的數(shù)據(jù)安全。同時(shí)需要根據(jù)軟件的具體特征來(lái)建立合適的數(shù)據(jù)庫(kù),保證數(shù)據(jù)庫(kù)中的資源能夠充分利用,此外還需要不斷對(duì)編程技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。為了能夠保證系統(tǒng)在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題數(shù)據(jù)丟失的情況下保證系統(tǒng)快速的快速恢復(fù)運(yùn)行,需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息做好備份工作。
3對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件的訪問(wèn)
3.1面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模式選擇
分區(qū)之后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模式狀態(tài),但是這項(xiàng)功能又存在多方面的安全問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)的作用就是對(duì)用戶的各項(xiàng)權(quán)限進(jìn)行一定的限制,以保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,這種訪問(wèn)權(quán)限是被分為多個(gè)訪問(wèn)級(jí)別,不同類型的訪問(wèn)用戶,進(jìn)入系統(tǒng)的頁(yè)面信息也會(huì)有所區(qū)別,主要目的還是在于保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。建立了文件類型數(shù)據(jù)庫(kù)后,更加有利于文件的訪問(wèn),在進(jìn)行系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)針對(duì)這一方面,要做好合理優(yōu)化系統(tǒng)資源,保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。
3.2數(shù)據(jù)庫(kù)文件的加密保護(hù)
文件加密主要是防止用戶的個(gè)人重要信息被他人盜取而采取的保護(hù)措施,需要采取相應(yīng)的措施來(lái)保證用戶的信息安全,主要的措施就是通過(guò)對(duì)用戶的信息根據(jù)信息的重要程度來(lái)設(shè)置,在用戶進(jìn)行使用時(shí)需要設(shè)置登錄密碼來(lái)保證信息安全,同時(shí)在登錄數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)也需要密碼,這類分等級(jí)分類型的密碼設(shè)置可以保證技術(shù)人員高效找到解決問(wèn)題的策略,保證數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶的信息不會(huì)被木馬等其他病毒攻擊竊取信息,損壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng),造成重大財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)于在這個(gè)過(guò)程中信息選擇問(wèn)題可以通過(guò)加密選擇來(lái)解決,通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)解決功能沖突問(wèn)題,最終保證系統(tǒng)處于一個(gè)安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。
3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式使用方法比較
使用方法的對(duì)比過(guò)程影響著系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,同時(shí)在軟件處于工作狀態(tài)下進(jìn)行判斷系統(tǒng)是否處于不穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài),最終技術(shù)人員根據(jù)出現(xiàn)的具體問(wèn)題進(jìn)而采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。同在網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行選取完全看之前設(shè)計(jì)時(shí)的功能選擇,以及在實(shí)際使用過(guò)程中所遇到的具體問(wèn)題決定的,最終可以達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用,而這種解決策略在防止計(jì)算機(jī)病毒的入侵系統(tǒng)這一方面起到了很好的作用,也在保障數(shù)據(jù)庫(kù)的信息安全方面起到了很關(guān)鍵的作用,一般性的軟件技術(shù)問(wèn)題,在這種模式下軟件都能穩(wěn)定運(yùn)行,此時(shí)在系統(tǒng)獲得到信息后能夠自動(dòng)進(jìn)行選擇分類,這樣就能保證數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)動(dòng)數(shù)據(jù)的效率和速度,同時(shí)軟件也會(huì)根據(jù)具體要求進(jìn)行自動(dòng)更新,而這都需要各系統(tǒng)間高效配合才能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)對(duì)各模式進(jìn)行篩選,找出其中的問(wèn)題,優(yōu)化整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)。
3.4開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中的編程技術(shù)選擇
保證軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性是選擇哪種編程技術(shù)的重要參考標(biāo)準(zhǔn),得到編程技術(shù)能否保證資源的高效利用,還有保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的能力。通過(guò)采用對(duì)比的方法進(jìn)行編程來(lái)解決系統(tǒng)的一些相關(guān)問(wèn)題,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在采取相應(yīng)的解決措施,保證軟件不會(huì)出現(xiàn)較大的功能問(wèn)題影響到軟件的正常運(yùn)行。相關(guān)的技術(shù)人員在進(jìn)行問(wèn)題診斷時(shí)也要針對(duì)性的進(jìn)行檢查,保證系統(tǒng)能夠處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)下持續(xù)安全運(yùn)行。所以軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性和編程技術(shù)的選擇有著密不可分的聯(lián)系,編程技術(shù)選取的是否合適直接影響到軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性,因此要選擇最為適合特定軟件開(kāi)發(fā)的編程技術(shù)。在一開(kāi)始的軟件開(kāi)發(fā)階段遇到問(wèn)題可以對(duì)軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)框架進(jìn)行優(yōu)化,以保證之后的開(kāi)發(fā)能夠有效進(jìn)行,這就對(duì)編程技術(shù)提出了更高的要求,需要編程技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)軟件特定功能的同時(shí)也要保證軟件的安全性。
4結(jié)語(yǔ)
在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下,各行各業(yè)都需要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)獲得發(fā)展,因此在很多非計(jì)算機(jī)類的工程領(lǐng)域內(nèi)也越來(lái)越需要懂得計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的人才,而對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員面對(duì)這門較為復(fù)雜的學(xué)科一開(kāi)始學(xué)習(xí)都會(huì)有所困惑甚至退卻。本文就關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)做了詳細(xì)的說(shuō)明,希望對(duì)相關(guān)的使用人員有所幫助,也為非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員提供學(xué)習(xí)方法。
軟件工程碩士論文參考文獻(xiàn)
[1]范麗萍.基于計(jì)算機(jī)軟件工程的數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2017(1):164-165.
[2]張程譽(yù).基于計(jì)算機(jī)軟件工程的數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2018(6).
關(guān)鍵詞:并行計(jì)算 編程 高性能 GPU開(kāi)發(fā) 調(diào)試
中圖分類號(hào):TP311.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2016)06-0243-01
1 并行計(jì)算編程技術(shù)概念介紹和研究方法
所謂并行計(jì)算編程,就是通過(guò)高性能計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)計(jì)算的并行處理,它也是反映高性能計(jì)算和超級(jí)計(jì)算的一項(xiàng)重要指標(biāo)。長(zhǎng)期以來(lái),通過(guò)并行計(jì)算編程求解的過(guò)程主要表現(xiàn)為:給定一個(gè)應(yīng)用,首先將其轉(zhuǎn)化為數(shù)值計(jì)算范疇;隨后為該數(shù)值計(jì)算設(shè)計(jì)一套并行算法,通過(guò)編程語(yǔ)言的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn);最后借助于高性能計(jì)算機(jī)執(zhí)行該程序以獲得應(yīng)用的求解,因此,并行計(jì)算編程主要包括高性能計(jì)算機(jī)、并行算法、并行處理程序、并行應(yīng)用這幾個(gè)方面,涉及包括計(jì)算機(jī)、軟件工程、數(shù)學(xué)邏輯等多個(gè)領(lǐng)域。
2 并行計(jì)算編程技術(shù)開(kāi)發(fā)模式
(1)OpenMP。目前在并行計(jì)算編程技術(shù)中,OpenMP已經(jīng)是業(yè)內(nèi)比較流行的內(nèi)存模型開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn),它具備完善的編譯指導(dǎo)代碼,被廣泛運(yùn)用于并行程序處理、數(shù)據(jù)私有化或共享等操作,旨在將移植性高和擴(kuò)展性強(qiáng)的開(kāi)發(fā)接口提供給SMP系統(tǒng)[1]。OpenMP新標(biāo)準(zhǔn)在1997年開(kāi)始被OpenMP Architecture Review Board所提出,目前已經(jīng)更新到2.0版本。
OpenMP的開(kāi)放接口能夠給多處理平臺(tái)的共享內(nèi)存提供并行計(jì)算機(jī)制,也廣泛被應(yīng)用于高性能計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu),比如微軟、UNIX等,它還可以通過(guò)編譯器指令與庫(kù)函數(shù)結(jié)合的方式為開(kāi)發(fā)者提供C/C++或FORTRAN的多線程創(chuàng)建應(yīng)用。OpenMP的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在多耗時(shí)循環(huán)應(yīng)用當(dāng)中,它首先將一個(gè)任務(wù)以多線程的形式劃分,并通過(guò)fork-join的并行機(jī)制將程序在完成順序執(zhí)行后,轉(zhuǎn)換為并行執(zhí)行程序。開(kāi)發(fā)者在使用OpenMP時(shí),可以建立良好的循環(huán)級(jí)實(shí)現(xiàn)多處理并行機(jī)制,將任務(wù)通過(guò)分解成多個(gè)數(shù)據(jù)共享的任務(wù),并確定相互間的依賴性,通過(guò)并行計(jì)算編程機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的并行處理。
(2)并行庫(kù)。并行庫(kù)的推行大大提高了高性能并行計(jì)算處理效率,它集成了并行計(jì)算編程中通用的邏輯代碼,并封裝成庫(kù)的形式供用戶使用,它是完全開(kāi)源的。一般來(lái)說(shuō),編寫庫(kù)函數(shù)的開(kāi)發(fā)者都擁有較豐富的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),在代碼邏輯性上效率會(huì)比較高,同時(shí)編譯器采用優(yōu)化編譯,這就使得庫(kù)函數(shù)擁有很高的執(zhí)行效率,對(duì)大多數(shù)開(kāi)發(fā)者而言,并行庫(kù)為他們提供了一種高效便捷的開(kāi)發(fā)模式[2]。
3 GPU并行計(jì)算編程技術(shù)方法
GPU的作用是優(yōu)化并行多線程程序的吞吐量,這種特性也讓GPU的處理核心要比傳統(tǒng)CPU更多,這種眾核架構(gòu)計(jì)算能力也更強(qiáng),非常適用于大規(guī)模的并行計(jì)算,GPU在執(zhí)行指令和獲取數(shù)據(jù)時(shí)是通過(guò)CPU的PCI-E借口進(jìn)行的。計(jì)算和存儲(chǔ)兩部分是GPU的架構(gòu)特征,其中計(jì)算部分中的多個(gè)流處理器負(fù)責(zé)指令的計(jì)算和執(zhí)行,而存儲(chǔ)部分則是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)存。這種硬件架構(gòu)也反映了GPU編程主要是由內(nèi)存管理和并行計(jì)算兩部分。
NVIDIA公司的合作廠商PGI推出一套CUDA Fortran編程語(yǔ)言,它是專門針對(duì)Fortran用戶所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的,并還在不斷地更新迭代。CUDA Fortran的編程模式類似于CUDA C/C++,都有一個(gè)通用編譯器,在開(kāi)發(fā)過(guò)程中也能通過(guò)插件或命令來(lái)訪問(wèn)CUDA庫(kù),比如cuBLAS等,并兼容目前主流的操作系統(tǒng)windows、Linux和MacOS等。在EDA工具的支持上,CUDA Fortran也可以在主流工具Visual Studio和Eclipse中通過(guò)插件的形式安裝。CUDA Fortran不可以直接通過(guò)進(jìn)入調(diào)試模式進(jìn)行調(diào)試,若想調(diào)試先要通過(guò)選項(xiàng)-Mcuda=emu將模擬器模式開(kāi)啟,即用CPU來(lái)模擬GPU,然后通過(guò)CPU的調(diào)試器來(lái)進(jìn)行模擬調(diào)試工作。
CUDA Fortran在開(kāi)發(fā)之前需要安裝開(kāi)發(fā)套件,這些可以在PGI CUDA Fortran官網(wǎng)上下載,目前的版本已經(jīng)更新到PGI Release2015,該開(kāi)發(fā)套件包含了GPU編程開(kāi)發(fā)的多種工具:如pgfortran編譯器(用于CUDA Fortran)、pgcc編譯器(用于OpenACC)、pgcpp編譯器(用于CUDA-x86)、以及分析和調(diào)試器等。CUDA Fortran將CUDA GPU編程很好地集成在Fortran當(dāng)中,如果開(kāi)發(fā)者具備CUDA C/C++開(kāi)發(fā)能力,則只需學(xué)習(xí)基本的Fortran語(yǔ)法即可開(kāi)始開(kāi)發(fā)工作,在應(yīng)用方面,異構(gòu)計(jì)算,如內(nèi)存共享、多線程并發(fā)、向量計(jì)算等在CUDA Fortran中得到高效地應(yīng)用。例如,在進(jìn)行GPU并行編程計(jì)算時(shí),可以通過(guò)device關(guān)鍵字分配變量在GPU當(dāng)中,并通過(guò)allocate和deallocate來(lái)完成內(nèi)存的分配和釋放,并且,CPU和GPU在內(nèi)存?zhèn)鬏斶^(guò)程中只需要用賦值符號(hào)“=”操作即可,無(wú)需動(dòng)用其他函數(shù)。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著并行計(jì)算編程技術(shù)的日益發(fā)展,各種通用的開(kāi)發(fā)模式和開(kāi)發(fā)方法逐漸被人們所熟悉,開(kāi)發(fā)者和各類專家學(xué)者也往相關(guān)方面在積極探索,有些已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成果。面對(duì)日益成熟的并行計(jì)算編程技術(shù),本文旨在幫助開(kāi)發(fā)者了解當(dāng)前主流的并行計(jì)算編程技術(shù)開(kāi)發(fā)模式和調(diào)試方法,能夠讓開(kāi)發(fā)者可以在繁多的工具技術(shù)中找到適合自己的開(kāi)發(fā)模式,更高效地利用工具完成開(kāi)發(fā)任務(wù)。
參考文獻(xiàn)
1面向就業(yè)需求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)
教育要服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)需求。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)也必須緊扣這一根本目標(biāo)。本節(jié)從滿足就業(yè)需要的角度闡明了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的兩個(gè)主要目標(biāo):
1) 培養(yǎng)超越具體程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言技巧的編程技術(shù)。
現(xiàn)階段是一個(gè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)生活方式迅速向電子化、信息化轉(zhuǎn)變的時(shí)期。人們需要開(kāi)發(fā)和維護(hù)更多、規(guī)模更大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)滿足生產(chǎn)和生活的需要[2]。這就決定了具有熟練編程技術(shù)的程序員在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)都將受到產(chǎn)業(yè)界的青睞。大學(xué)對(duì)學(xué)生編程技術(shù)的培養(yǎng)始于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的教學(xué),如C語(yǔ)言,Java語(yǔ)言等。但是現(xiàn)今編程語(yǔ)言繁多,各種新概念層出不窮,常常出現(xiàn)學(xué)生無(wú)所適從或者質(zhì)疑某門語(yǔ)言課程已經(jīng)過(guò)時(shí)無(wú)用的現(xiàn)象。甚至很多教師也在爭(zhēng)論講授何種編程語(yǔ)言。筆者看來(lái)掌握編程技術(shù)(而不僅僅是語(yǔ)言),回歸編程的本質(zhì)問(wèn)題更加重要,無(wú)謂地追趕時(shí)髦不可取。作為編程語(yǔ)言課程的后續(xù),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的重要目標(biāo)就是幫助學(xué)生理解編程的本質(zhì)、鍛煉編程技術(shù)以及學(xué)習(xí)提高編程技術(shù)的方法。
2) 培養(yǎng)圍繞復(fù)用的軟件開(kāi)發(fā)方式。
隨著軟件規(guī)模的日益增大,軟件開(kāi)發(fā)模式逐漸從“從無(wú)到有”的模式過(guò)渡到“從有到有”的模式,即復(fù)用現(xiàn)有的豐富的軟件資產(chǎn),開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)。事實(shí)上,復(fù)用的思想已經(jīng)被廣泛的用于軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐之中,從各種各樣的程序庫(kù)、軟件開(kāi)發(fā)包、軟件構(gòu)件、Web服務(wù)等各種可復(fù)用資產(chǎn)已經(jīng)簡(jiǎn)化了軟件開(kāi)發(fā)的難度、提高了軟件開(kāi)發(fā)的效率也極大地改變了軟件開(kāi)發(fā)的模式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)科本身就是對(duì)軟件復(fù)用思想的一種實(shí)踐,它通過(guò)總結(jié)大量軟件系統(tǒng)中反復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如表、樹、圖、集合等),定義和實(shí)現(xiàn)處理這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本操作,最終達(dá)到能夠在不同項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中反復(fù)應(yīng)用的目的。這些基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)為可復(fù)用的產(chǎn)品隨著程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,如C++ STL、C# collections, Java collections等,并得到了廣泛的使用。因此,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的另一個(gè)重要目標(biāo)就是引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣圍繞復(fù)用的軟件開(kāi)發(fā)方式,能夠使用和定制已有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法庫(kù)。
其他傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo),如培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)嶋H問(wèn)題進(jìn)行算法設(shè)計(jì)和分析的能力,培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)學(xué)科的基本理論素養(yǎng)和思維方式等也非常重要。但普通本科院校學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的接受能力以及將理論和現(xiàn)實(shí)就業(yè)需求相聯(lián)系的能力相對(duì)較弱且教學(xué)時(shí)間有限[3],筆者認(rèn)為重點(diǎn)突破本節(jié)給出的兩個(gè)更具體、更可達(dá)的教學(xué)目標(biāo),并在實(shí)現(xiàn)這種具體教學(xué)目標(biāo)的過(guò)程中潛移默化地培育學(xué)生的計(jì)算思維和理論素質(zhì),將會(huì)取得更佳的效果。
2建構(gòu)式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)
教學(xué)理論研究以及教學(xué)實(shí)踐反饋均表明,學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的效果遠(yuǎn)較被動(dòng)地接受老師灌輸?shù)男Ч玫亩唷R虼?為實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo),在建構(gòu)式教育理論的指導(dǎo)下,筆者探索并采用了一系列建構(gòu)式教學(xué)措施,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和興趣,取得了較好效果。
建構(gòu)主義認(rèn)為,學(xué)習(xí)并非學(xué)習(xí)者對(duì)教師所授知識(shí)的被動(dòng)接受,而是學(xué)習(xí)者以自身已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的主動(dòng)建構(gòu)過(guò)程[4]。
2.1理論教學(xué)措施
課堂教學(xué)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)活動(dòng)的主要部分,充分利用課堂教學(xué)時(shí)間,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的興趣和信心,幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)節(jié)非常重要。我們采用了如下措施:
1) 組織小型討論。
好的開(kāi)始是成功的一半,好的課堂教學(xué)須在上課之初就抓住學(xué)生的注意力,讓學(xué)生帶著輕松、愉快的心情聽(tīng)課。我的做法是在課堂的前5分鐘,提出一個(gè)學(xué)生感興趣的話題,組織若干個(gè)有3~5位同學(xué)參與的小型討論。到一個(gè)學(xué)期結(jié)束時(shí),每位同學(xué)都有至少一次的發(fā)言機(jī)會(huì)。討論的主題可以靈活設(shè)置,如時(shí)事、技術(shù)、社會(huì)熱點(diǎn)等。有時(shí),課堂中間學(xué)生比較疲憊、注意力下降的時(shí)候,也可以穿插一點(diǎn)討論,改善課堂環(huán)境。大多數(shù)學(xué)生非常喜歡這種討論活動(dòng),積極參與其中,成為課堂的一部分,從被動(dòng)上課轉(zhuǎn)變?yōu)橄矚g上課。
2) 重建理論知識(shí)所針對(duì)的問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)的經(jīng)典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材側(cè)重嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚?較少討論各種概念、算法出現(xiàn)的背景以及探討的問(wèn)題是否仍然具有現(xiàn)實(shí)價(jià)值。而回答這些問(wèn)題能夠幫助學(xué)生重建理論知識(shí)所針對(duì)的問(wèn)題原型,重現(xiàn)解決方案的提出、發(fā)展乃至最終成熟的整個(gè)過(guò)程,更有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力,養(yǎng)成批判性、創(chuàng)新性思考的習(xí)慣。
2.2實(shí)踐教學(xué)措施
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是幫助具有基本編程語(yǔ)言基礎(chǔ)的學(xué)生錘煉編程技術(shù)的關(guān)鍵課程。它揭示了程序設(shè)計(jì)的基本面,即如何處理相互之間存在一種或多種數(shù)據(jù)關(guān)系的數(shù)據(jù)元素所構(gòu)成的集合、如何設(shè)計(jì)算法并分析算法的優(yōu)劣。
2.2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置是進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的最重要部分。從覆蓋知識(shí)點(diǎn)的角度看,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容須面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo),即實(shí)驗(yàn)內(nèi)容須能夠鍛煉學(xué)生的編程技巧,如算法設(shè)計(jì)、調(diào)試、測(cè)試以及調(diào)優(yōu)等能力,還能夠讓學(xué)生體會(huì)到圍繞復(fù)用開(kāi)展軟件開(kāi)發(fā)的威力以及思路。從覆蓋教育對(duì)象的角度來(lái)看,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容須面向大多數(shù)同學(xué)并充分考慮優(yōu)秀同學(xué),即實(shí)驗(yàn)內(nèi)容須劃分不同的層次,讓大多數(shù)學(xué)生能夠很容易入手,并讓有能力、有余力的學(xué)生能夠不斷地深入,直至形成綜合型課程設(shè)計(jì)。
2.2.2實(shí)驗(yàn)考核手段
考核手段在教學(xué)環(huán)節(jié)中至關(guān)重要??己耸侄问菍W(xué)生學(xué)習(xí)和鍛煉自身能力的風(fēng)向標(biāo)。為保證每位同學(xué)都能積極完成實(shí)驗(yàn)并有所收獲,避免抄襲和敷衍的現(xiàn)象,筆者采取了綜合型的考核手段。
3應(yīng)用中遇到的問(wèn)題
建構(gòu)式教學(xué)模式在應(yīng)用和推廣過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題來(lái)自三個(gè)方面。其一,目前學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)較重,習(xí)慣于被動(dòng)“填鴨”而不習(xí)慣于主動(dòng)“求索”,這是推動(dòng)和開(kāi)展建構(gòu)式教學(xué)模式的主要障礙。其二,建構(gòu)式教學(xué)活動(dòng),需要師生的密切交流,但現(xiàn)有師資不足難以滿足實(shí)際需求。一個(gè)可能的解決方法是綜合多門課程和多個(gè)老師,建構(gòu)整體的知識(shí)框架和學(xué)習(xí)體系,避免課程教學(xué)中的重復(fù)勞動(dòng),提高師資的利用率。另一個(gè)可能的解決方法是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),建立在線教學(xué)園地。其三,建構(gòu)式教學(xué)模式仍然處于探索階段,各學(xué)科缺乏建構(gòu)式教學(xué)素材。從筆者在實(shí)踐教學(xué)的體驗(yàn)來(lái)看,應(yīng)盡量從學(xué)生的學(xué)習(xí)背景和能力成長(zhǎng)規(guī)律出發(fā)而不僅僅是從學(xué)科背景出發(fā),為學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系設(shè)計(jì)更平滑的路線。
4結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞:Java;MOOC;Alice
中圖分類號(hào):TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-8454(2017)10-0021-03
近年來(lái),教育信息化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化?;谟螒?qū)W習(xí)[1],手機(jī)練習(xí)[2]和MOOC教學(xué)等新型教學(xué)模式及方法,不僅可以解決教育研究與教學(xué)實(shí)踐中的一些問(wèn)題,而且還可以幫助教師改進(jìn)課程以及提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。本文的貢獻(xiàn)是嘗試把可視化編程教學(xué)引入到編程教學(xué)過(guò)程中來(lái),在教學(xué)方法和手段上進(jìn)行研究,努力提高學(xué)生對(duì)編程課程的學(xué)習(xí)興趣。在當(dāng)前MOOC的大環(huán)境下,此項(xiàng)研究有利于充分發(fā)揮教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性;也可以為在移動(dòng)互聯(lián)開(kāi)放環(huán)境下的教學(xué)提供輔助支撐和基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。本文首先介紹編程教學(xué)相關(guān)研究成果以及目前所面對(duì)的一些問(wèn)題;然后介紹一種專為大學(xué)生學(xué)習(xí)Java編程入門而設(shè)計(jì)的教學(xué)方法;最后對(duì)比分析兩個(gè)學(xué)期兩個(gè)班的學(xué)習(xí)情況,總結(jié)新方法對(duì)學(xué)生掌握編程技術(shù)積極的影響。
一、編程教學(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題
程序設(shè)計(jì)是高等院校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課程。目前,程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有很多種,而且更新很快。初學(xué)者難以理解其中抽象的概念,難以掌握復(fù)雜的語(yǔ)法,無(wú)法下手檢查程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤,編寫程序成為一項(xiàng)枯燥而又艱苦的工作,讓不少初學(xué)者生畏,從而失去編程的興趣 [3]。
在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)過(guò)程中,教師們主要的教學(xué)方法是通過(guò)在課堂上以教學(xué)為主、課后線下或QQ答疑為輔來(lái)實(shí)行。在這個(gè)過(guò)程中,我們強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的課堂學(xué)習(xí),卻忽視了激發(fā)學(xué)生興趣導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。由于內(nèi)容抽象難懂,無(wú)法引起非計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生學(xué)習(xí)興趣。在計(jì)算機(jī)工科領(lǐng)域,男女比例嚴(yán)重失衡,這對(duì)學(xué)科長(zhǎng)期發(fā)展很不利。
二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本研究項(xiàng)目針對(duì)當(dāng)前武漢市高等教育教學(xué)改革和建設(shè)中的突出問(wèn)題,從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面進(jìn)行研究和探索,尋求解決問(wèn)題的方法和途徑,主要從以下4個(gè)方面的改革入手:教W手段,教學(xué)方法,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和評(píng)價(jià)體系。該項(xiàng)目是以超星-泛雅平臺(tái)為載體,借助于江漢大學(xué)計(jì)算中心的自主學(xué)習(xí)平臺(tái)教育資源的支持而實(shí)現(xiàn)的。在線課程演示圖如圖1所示。
1.教學(xué)手段
數(shù)據(jù)可視化編程是指通過(guò)對(duì)可視化元素的相關(guān)操作進(jìn)行程序編寫。數(shù)據(jù)可視化編程就像是拼積木。邏輯積木的組合方式比較靈活,可以嘗試很多解決問(wèn)題的思路。零基礎(chǔ)的初學(xué)者在完全不懂語(yǔ)法和算法的情況下可以快速實(shí)現(xiàn)自己的程序設(shè)計(jì)。
在學(xué)習(xí)編程的過(guò)程中,首先是學(xué)生自己用最簡(jiǎn)單的方式盡快實(shí)現(xiàn)程序的主要功能,這樣有助于增強(qiáng)初學(xué)者信心和進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)需求;然后在進(jìn)一步的學(xué)習(xí)中,學(xué)生會(huì)很快發(fā)現(xiàn)不是所有需求都能用可視化編程實(shí)現(xiàn),為了實(shí)現(xiàn)某些特定需求自己必須編寫代碼;接下來(lái)學(xué)生可以帶著問(wèn)題,一邊閱讀相關(guān)書籍,一邊不斷修改調(diào)整已有代碼;最后經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)再使用程序設(shè)計(jì)的架構(gòu)來(lái)組織代碼。這樣學(xué)生既能最快地完成工作,又能逐漸養(yǎng)成較好的編程習(xí)慣和深入理解程序設(shè)計(jì)思想。
針對(duì)在Java編程課教學(xué)中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題,本項(xiàng)目通過(guò)使用Alice 3[4];該系統(tǒng)是一種面向三維模型的編程工具,學(xué)生可以使用系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)作出三維動(dòng)畫游戲,或?qū)а菀徊縿?dòng)畫故事。在該系統(tǒng)中,抽象的類、對(duì)象已經(jīng)換成可視的三維模型,系統(tǒng)中建造好的模型庫(kù),包含各類動(dòng)物、人、建筑物以及場(chǎng)地等,而且可以不斷地從網(wǎng)上補(bǔ)充新的三維模型到庫(kù)中。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是Java語(yǔ)言寫成,學(xué)生能將所編的游戲或者動(dòng)畫程序通過(guò)Netbeans開(kāi)發(fā)環(huán)境轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)Java源程序[5]。
2.教學(xué)方法
采用游戲教學(xué)法[1],激勵(lì)學(xué)生編程的興趣和欲望,培養(yǎng)計(jì)算思維能力,邏輯分析能力和發(fā)展創(chuàng)新能力。打破傳統(tǒng)按章節(jié)知識(shí)點(diǎn)授課的方式,從實(shí)際游戲項(xiàng)目出發(fā),在游戲設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,學(xué)生很容易初步掌握編程的基本概念及基本技能,從實(shí)戰(zhàn)中找到自信,再通過(guò)充分調(diào)動(dòng)其自主學(xué)習(xí)能力,充分利用網(wǎng)上豐富學(xué)習(xí)資源,自行深入繼續(xù)學(xué)習(xí)。讓學(xué)生從親身經(jīng)歷的案例中分析原理,從實(shí)際現(xiàn)象中看出本質(zhì),最后將自己抽象領(lǐng)悟出來(lái)的概念同書本上的理論知識(shí)相對(duì)應(yīng)。例如:Java程序設(shè)計(jì)課程重難點(diǎn)一般包括:常用系統(tǒng)類的使用,數(shù)組的運(yùn)用,OOP設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。通過(guò)讓學(xué)生導(dǎo)演自己的電影或者創(chuàng)作游戲?qū)⒅R(shí)點(diǎn)隱形的傳達(dá)給學(xué)生。本課程包括8個(gè)主要章節(jié),21個(gè)課程知識(shí)點(diǎn),以及32個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。首先,學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)一個(gè)個(gè)的教學(xué)小短片了解主要知識(shí)點(diǎn);然后,完成課后小測(cè)驗(yàn),檢查自己的學(xué)習(xí)情況;接下來(lái),到課堂實(shí)驗(yàn)時(shí),可以有的放矢的提出問(wèn)題;最后,通過(guò)完成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,掌握所學(xué)知識(shí)。這種教學(xué)方法相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)來(lái)說(shuō)有其復(fù)雜性,大大增加了教師的工作量;需要教師投入更大的精力和時(shí)間,更加全面的,合理的制定教學(xué)策略。具體課程模塊設(shè)計(jì)圖如圖2所示。
3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
根據(jù)學(xué)生的不同專業(yè)背景,設(shè)計(jì)不同的類型題材的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生,程序設(shè)計(jì)是一個(gè)全新的領(lǐng)域,計(jì)算思維是一種新的思維方式;當(dāng)人初次接觸一個(gè)新事物時(shí),抵觸和恐懼往往大于好奇和興奮。對(duì)這類學(xué)生,需要采用投其所好的教學(xué)策略。首先從他們熟悉的方向著手,再慢慢的使其解除抵觸心理,最后引導(dǎo)學(xué)習(xí)掌握新知識(shí)。學(xué)生專業(yè)與游戲類型的例子如表1所示:
4.評(píng)價(jià)體系
平時(shí)和期末成績(jī)各自占比為40% 和60%。平時(shí)成績(jī)主要考察學(xué)生動(dòng)手能力,團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,以及表達(dá)能力。采用Quizzes + Project + Presentation形式作為平時(shí)成績(jī)考核。其中Presentation是由學(xué)生講解自己完成的作品,其余同學(xué)根據(jù)其講解給其作品評(píng)分。期末采用統(tǒng)一集中上機(jī)考試方式進(jìn)行考核。
三、教學(xué)效果對(duì)比分析
本文介紹的新教學(xué)方法已經(jīng)應(yīng)用到2015-2016學(xué)期的Java教學(xué)中,對(duì)學(xué)生掌握編程技術(shù)有積極的影響。如圖3所示:左圖為2014-2015學(xué)期Java程序設(shè)計(jì)課程A班學(xué)生成績(jī),右圖為2015-2016學(xué)期Java程序O計(jì)課程B班學(xué)生成績(jī)。A班一共有54名學(xué)生;采用傳統(tǒng)教學(xué)方式授課。B班一共有56名學(xué)生;采用本文介紹的新教學(xué)方式授課。兩個(gè)班都是由非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生(商科)組成,沒(méi)有編程基礎(chǔ)。通過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí),A班平均分為51.68/100;B班平均分為54.23/100。B班高分段有6人,但是A班在高分段為1人。B班不及格人數(shù)比A班不及格人數(shù)少6人。A班最高分為82分,但是B班最高分為90分。
四、結(jié)語(yǔ)
本文所介紹的新教學(xué)方法,將傳統(tǒng)的“課堂 + 多媒體”教學(xué)模式,過(guò)渡到“移動(dòng)互聯(lián) + 學(xué)生自主學(xué)習(xí) + 開(kāi)放式自學(xué)方式”的模式。強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué),提高教學(xué)效率和質(zhì)量,增加基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的自主學(xué)習(xí),建立MOOC課程,學(xué)生可以隨時(shí)隨地在網(wǎng)上完整地學(xué)習(xí)到一門課程,通過(guò)在線測(cè)評(píng),檢查學(xué)習(xí)情況。借助Alice3D可視化編程技術(shù)手段,帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,優(yōu)化教學(xué)效率。下一步研究主要是在挖掘?qū)W生相關(guān)數(shù)據(jù)的同時(shí)注重學(xué)生隱私保護(hù),體現(xiàn)學(xué)生為教學(xué)中心的指導(dǎo)思想。
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