程序设计系统化思维培养模式的探讨

摘要：程序设计系统化思维模式培养是程序设计课程的内在要求，也是理工科大学生综合素质培养的要求。本文根据软件工程的思想，提出了程序设计系统化思维的培养模式，从学生学习方法，教师教学方法的角度提出了程序设计系统化思维的培养方法。并通过教学实践，说明该方法是行之有效的。

关键字：程序设计；系统化思维；培养模式

中图分类号：G64 文献标识码：B

文章编号：1672-5913（2007）04-0081-04

1引言

程序设计过程本身就是系统化思维的过程，首先要对解决的问题有一个系统化的认识，从系统的观点出发，进行可行性分析，需求分析，设计出系统的整体模型，进行功能模块的划分，在此基础上进行详细设计，然后在程序设计风格的基础之上编写程序代码，进行编译、调试和测试。

1975年，有四十年软件设计和软件管理经验的美国软件管理专业作家杰拉德·M·温伯格在他的《系统化思维导论》一书中给出了系统化思维的定义：“这种思维先于专门的学科知识的存在而存在——有时绕过专门的学科知识，有时又把专门的学科知识综合起来。我们把这种思维和教育方法称为一般系统论的方法。”同时他认为“计算机语言的变化比人们思维模式的变化要快得多，所以我将编程语言的事情交给别人，自己则将精力集中到更加普遍的思维原理方面”。因此，系统化的思维与计算机编程思维与之有着深刻的内在联系^[1，2]。

2现状分析

程序设计是理工科大学生，尤其是计算机专业大学生的一项基本技术技能，是进行科学研究和科技工作的有力工具，如科学计算，计算机仿真、企业管理等等。

根据我国软件产业“十五”发展规划，高校每年有5万名计算机专业的毕业生，而国家对软件人才的需求已达到20多万人，并且这个需求每年都以20%左右的速度增长^[2]。而实际情况是我国软件企业急需合格的程序员，而每年有相当数量的计算机及相关专业的大学毕业生找不着理想的工作。

（1） 软件企业对合格程序员的素质要求

根据调查分析，合格程序员必须具有：① 扎实的专业基础知识；② 很强的综合分析和解决问题的能力；③熟练的编程调试能力；④ 创新能力；⑤ 团队合作能力；⑥ 持续的自学能力；⑦强烈的好奇心；⑧较高的英语水平和软件工程的实践能力等。

（2） 软件企业没有对程序员持续发展能力的培养方案

有的软件企业对计算机及相关专业的大学生提出了相当高的要求，严重地挫伤了大学生的信心；个别软件企业的急功近利的思想，要求大学生一进入企业就能象熟练程序员一样工作。既没有进行系统的培训，也没有制定提高程序员综合素质和持续发展的培养方案。如何培养合格的程序员，也就是提高大学生的编程能力，解决我国软件人才短缺问题已经摆在高等学校计算机专业面前，成为急需解决的问题。

3系统化思维模式培养的内涵

程序设计的系统化思维培养模式，一是要调动学生的学习主动性，二是要改革现有的教学模式，使之适应计算机技术的发展，满足社会对合格计算机人才的需求^[3]。

3.1 程序设计系统化思维培养模式

按软件工程的原理，可以将软件设计分解为需求分析、总体设计、详细设计、软件编码、调试、测试和维护。对程序设计语言的初学者，将程序设计过程分解成下面几个容易理解的步骤：

(1) 理解问题：分析问题的已知条件，求什么或要求得到什么结果，据此找到求解该问题的数学方法或建立相应的数学模型。

(2) 归纳程序的基本功能：当(1)解决之后，经过分析，确定程序要完成的功能，也就知道了努力的方向。

(3) 计算机解题的算法：这一步要求设计者将要解决的问题转换成计算机能理解的算法，并用伪代码描述算法。即进行数据结构设计和算法设计。符合著名的公式：程序=高级语言+数据结构+算法。

(4) 用程序设计语言实现算法：用学习过的高级语言编写程序，并输入到计算机。

(5) 对源程序进行编译与调试：这一步对源程序中的语法错误、算法错误进行纠正。

(6) 对程序进行测试：这一步对程序算法的正确性进行测试，如果通过，则认为程序是正确的，否则转(3)，重新设计算法。

(7) 对已完成或调试运行正确的算法进行改进或用新的方法再求解：这一步是启发思维，寻找更好的算法或解决方案，使程序功能更齐全、运行效率更高存储空间更省。

3.2 程序设计过程本身是一个系统化思维过程

程序设计过程本身就是系统化的过程，首先要对解决的问题有一个系统化的认识，从系统的观点出发，设计出系统整体模型，再进行功能模块的划分，然后在遵循程序设计风格的基础之上编写程序代码。本科学生在开始学习程序设计课程，并进行程序设计时，是不具备这种系统化思维模式的，这就要求程序设计课程的教师在教学过程中重视程序设计系统化思维的渗透，以系统化的观点选取教学内容、组织教学过程，在教学过程中潜移默化地培养学生程序设计的系统化思维。

3.3 计算机编程能力培养也是一个系统工程

计算机编程能力的培养不是学习一门或几门高级语言能够解决的问题，它需要所有的专业教师结合课程内容有意识地培养学生的程序设计能力，并贯彻到教学过程中；它需要学校制定旨在培养大学生扎实基础理论、实践技能和创新能力为目标的培养方案；需要具有敬业开拓精神的教师队伍作后盾，实施以系统化思维培养模式为基础教学改革；需要学校为教师教学和科研，学生学习和参与科研提供开放实验的环境；更需要大学生在大学四年中坚持不懈学习，培养自己持续的自学能力，为将来工作打下扎实的专业理论基础，养成综合分析和解决问题的能力，养成自己强烈的创新意识，团结协作精神，同时努力提高自己的英语水平。各方面的协调配合才能达成目标的实现。

4系统化思维模式培养方法

4.1 学习方法的改进

编程是有规律的， 编程能力的提高关键在于对编程规律与必备知识基础的把握程度。

(1) 只有掌握计算机科学与技术基础理论和基本技能，才能理解在软件开发过程中所进行的各项具体活动与工作步骤，才能在整个软件开发过程中知道该做什么，不该做什么，先做什么，后做什么。

(2) 实践就是最好的老师，重视培养编程能力，理论与实践相结合，理论的学习促进编程能力的提高，同时编程能力的增强，可以更好地理解理论原理。社会上有大批的软件开发爱好者，就采用自学和自我实践的方式，结合自己的工作来应用学到的计算机技术。虽然他们没有在校生的优越条件，但其中优秀人物的真实开发能力，远胜于正规高校计算机专业的本科生甚至是硕士生。因此在校大学生应该加强实践环节的培养，要认真完成各项编程学习的训练科目，而不是当作任务敷衍塞责。

(3) 学习是一个循序渐进的过程，要克服浮躁的功利型学习方法。这种方法一是表现为盲目地跟风学习各种当前流行的新技术。如果不具备扎实的理论与实践基础，又缺乏持之以恒的决心，对这些新技术的学习无法深入把握。二是盲目参加各种考证、软件速成培训学习班，要知道编程是一种技能，是长期训练的一种能力，不可能速成。你向别人展示自己写的一个软件作品，比给别人看一堆各式各样的证书更能说明你的能力！

(4) 知识的获取与掌握是有其客观规律的，一般而言，具体的知识易于理解，而抽象的知识则难于理解和掌握，在学习过程中，应遵循“具体 → 抽象 → 具体 → ……”这样一个无限循环的过程。

4.2教学模式的改进措施

(1) 教材的选用上，要选用那些按程序设计系统化思维方式编写的教材，以利于教学和学生自学，从入门开始进行系统化的思维方式培养。而目前大多数教材注重理论的完整性，而对实践问题缺乏分析，一般是“问题—答案”模式，而没有问题到答案之间的分析过程，这不利于程序设计系统化思维模式的培养。

(2) 教学方法上，通过实例讲解程序设计语言的语法，而实例的讲解又要按照程序设计系统化思维的方式进行设计。让学生知道设计一段程序或一个程序不是凭空而来，而是通过系统的综合分析，合理的数据组织和适用的算法，找出科学的解决方案，然后使用程序设计语言写出相应的程序，并进行编译、调试和测试这样复杂而又思路清晰的一个过程。

(3) 教学手段上，采用现代多媒体技术，多媒体设计，将课件设计得更加形象生动，吸引学生的注意力。讲解上使用通俗的语言、比喻以增加课堂教学效果。通过程序设计实例的现场演示，使学生体会程序设计的系统化方法，培养学生系统化的思维模式。通过编译、运行的演示，可以让学生体会程序的编译、修改、再编译、再修改的反复编译过程，学会调试程序。通过单步调试演示，显示程序每一条指令的运行结果，也就体会到程序中的每一条指令的作用，从而真正理解程序设计语言中控制命令的含义，程序的功能和作用。

4.3系统化思维培养模式的要求

程序设计系统化思维培养模式从本科生的认知特点出发，使教师在教授学生程序设计课程、提高学生编程能力的同时，培养了学生程序设计的系统化思维^[1]，这对提高学生整体素质、提高程序设计课程整体教学水平和提高程序设计学科建设都有非常现实的意义。

(1) 教师按系统化思维培养模式组织教学

程序设计系统化思维的培养是程序设计课程教学的基本要求，也是提高学生程序设计能力最基本的方法。程序设计系统化思维培养模式首先要求教师用系统化思维的方法，组织教学内容、素材，在教学过程中要以程序设计系统化思维培养为出发点，把教学的重点放在系统化的解题思路、算法设计、编程构思和程序实现上。

(2) 通过程序设计提高学生分析问题和解决问题的能力

程序设计系统化思维培养模式强调理理论与实践相结合。要求学生作为学习的主体安排好学校的培养方案，构建自己的知识结构，通过大量相关的资料丰富自己的知识，培养自己的获取知识的能力。教师应该引导学生在解题编程的实践中探索其中带规律性的认识，启发学生积极思考问题，探索未知的解题方法。程序设计课程的学习不仅教会学生如何进行计算机编程，而且教学生系统、严谨、缜密地思考问题，通过程序设计系统化思维模式的训练，学生思考问题会更加接近事物的本质。通过程序设计系统化的思维培养，首先，可以解决我们在程序设计中遇到的问题，其次，学习程序设计能锻炼思维，使我们的逻辑思维更加严密，这对一个理工科的大学生来说是至关重要的。

(3)加强学生创新意识的培养

按照软件工程的思想，将软件设计按工程化的思路进行设计，这就要求我们在对学生进行程序设计系统化思维培养的同时，兼顾对学生的工程化意识和创新意识的培养，把任何一个程序的设计都看成是一个系统，那么在程序设计风格的规范上，系统化的要求和工程化的要求是一致的。系统化的程序设计思维的培养过程就是让学生自己动手解决实际问题的过程，这个过程充满了学生对未知问题的探索、研究与创新。

(4) 培养学生可持续学习的能力

在当今社会，最有用的知识是关于方法的知识，最有用的能力是持续学习的 能力。学习能力的形成将教育转化为自我教育，使人获得可持续发展的自由。为以后的自我教育、自我发展和自我完善奠定良好的基础。

5总结

计算机应用领域的不断扩大，社会不仅需要专业的程序设计人才，同时更需要既具有其他专业知识又具有程序设计能力的复合型人才。所以程序设计系统化思维培养模式不仅适用于计算机专业的本科教学，也适用于其他理工科程序设计语言的教学。

我们要全面深化教学改革，形成以学生为主体的自主学习机制，鼓励教师将灌输式的教学模式转变为教授学生如何获取知识的过程和方法，培养学生持续的学习能力，促进其可持续发展的教学模式；鼓励教师探索各种有利于启发和调动学生学习积极性、有利于激发学习的创新意识的教学方法；从体制上强化学生的读书、实践、实验设计等自主学习环节；加强专业建设，办出专业特色，使学校成为各种新学科、新技术、新想法、新思想萌生、涌动、交流和碰撞的园地^[4]。

参考文献

[1] Gerald M. Weinberg.An Introduction to Systems Thinking[M].北京: 清华大学出版社,2003.

[2] 马宁,白燕.系统化程序设计培养模式初探[J]. 计算机教育,2005(3).

[3] 谢中科.《C语言程序设计》的教学改革与实践[J].理工高教研究,2004(3):96-97,117.

[4] 袁祖望. 高校教师需要转变哪些教学观念[Z]. 长沙理工大学教育思想大讨论资料汇编.2006,(5): 78-80.

投稿日期：2006-08-15

作者简介：谢中科(1964-)，男（汉族），湖南人，副教授，研究方向：主要从事数据库应用开发和数据挖掘方面的研究。

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