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摘 要：大部分工科专业都会学习C++语言,本文主要针对生物医学工程专业的C++语言教学中遇到的问题进行讨论,通过对医院信息系统中门诊挂号模块的构建来讲解面向对象的思想,并引导学生运用面向对象的思想来考虑并解决生活中的问题,这样既能增加学生对专业的了解、培养学习兴趣,又有助于提高其编程水平.
关 键 词：C++教学；生物医学工程；教学改革
中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）03-0073-02
一、引言
生物医学工程是工程技术与生物学和医学相结合产生的一门交叉学科,旨在运用工程技术手段解决生命科学和医学中的问题[1].生物医学工程专业的学生需要掌握一定的工程技术手段,其中编程是一项关键技术.C++语言属于面向对象编程方法中的经典语言,对于该专业学生来说是一种重要的编程工具,可能用于今后的工作或科学研究中.生物医学工程专业学生的培养涉及到数学、物理、化学、生物等基础学科和电子技术、信息处理技术、计算机技术、传感器与检测技术、成像技术以及机械和材料等应用工程学科.学生需要学习的知识多,涉及的面非常广,与计算机类和电子信息类等传统专业的学生相比,能够花在编程训练上的时间较少.为了提高生物医学工程专业学生的编程水平,需要对教学过程中遇到的问题进行总结,提出相应的解决办法.
二、教学中遇到的问题
生物医学工程专业的学生在学习C++的过程中通常会遇到以下问题：
1.在C++语言的学习中缺乏对本专业的思考.由于C++语言的学习一般在本科学习的早期阶段,此时学生对本专业的了解并不充分.虽然一般会提前开设《生物医学工程导论》课,但该课程也只能让学生对本专业有一个粗略的了解.因此,在每一门课程中都融入对生物医学工程专业的讲解就非常重要.虽然,C++这样的编程课程可以由计算机专业的教师讲授,但是,如果由属于生物医学工程专业且有计算机背景的教师来讲授显然更加合适.因为,后者既能教会学生编程,也能引导学生进一步了解本专业.
2.难以充分理解面向对象的思想.C++是一种面向对象的编程语言,充分理解面向对象思想对于C++的学习至关重要.面向对象的程序设计方法将数据及对数据的操作方法封装在一起,作为对象,对同类型对象抽象出其共性,形成类,通过继承与多态性,使程序具有可重用性[2].通常解决问题时有两种方式,一是按照过程方式来解决,二是将问题抽象为一个对象来解决,面向对象属于第二种考虑事情的方式[3].了解面向对象的思想并不困难,难的是在学习编程的过程中,理解类、对象、继承和派生、多态等这些概念及其在编程中的灵活运用.
3.编程水平的提高缓慢.大部分学生在学习程序设计的过程中编程水平提高缓慢,部分学生在学习的过程中怕困难,不愿意编写程序,或者只是简单地将课本上的程序搬到电脑,而不愿意进行深入的思考.这种情况在初学编程的学生中是一种比较常见的现象.教师在教学的过程中,除了鼓励学生勇于克服困难、努力学习以外,想办法提高学生对编程的兴趣,教会学生学以致用才是解决问题的关键.
三、教学方法
为了解决以上问题,笔者尝试在教学中引入以下改进方法,取得了一定的效果.
1.以门诊挂号模块的构建来讲解面向对象的思想.为了同时提高学生编程水平和引导学生了解本专业,教师在讲解面向对象中某些概念的时候,可以尽量列举一些与本专业相关的实例.例如,生物医学工程专业的同学以后可能会接触到医院信息系统（HospitalInformationSystem,HIS）,利用医院信息系统中的实例来进行讲解课程中的概念,既能强化同学们对概念的认识与了解,又能培养其用面向对象的思维方式解决专业学习中遇到的问题.医院信息系统可以分成很多模块,门诊挂号模块是其中一个必要模块.在讲解“抽象”这个概念的时候,可以用门诊挂号模块作为实例讲解.抽象,是指对某种目的而言,强调重要的部分,忽略不重要的部分.抽象是具有针对性的,在讲解抽象的针对性时,可以提出以下的例子：在设计门诊挂号模块时,每个病人的姓名、性别、所选等信息就是重要内容,而像体重、血型、既往病史这些信息在这里不太重要,就可以被忽略.而对于医院信息系统中的病案管理模块,体重、血型、既往病史这些被忽略的信息可能又是重要的.因此,对于门诊挂号模块来说,使用抽象的方法,就只考虑姓名、性别、所选这些我们关心的信息.面向对象是一种考虑事情的方式,在实现门诊挂号这个功能时,可以构建如下对象,病人、医生、挂号和挂号结果等对象协同完成门诊挂号：首先,由病人对象将病人挂号申请发给挂号对象,再由挂号对象请求医生对象提供相应的医生信息,在此基础上,挂号对象对病人挂号申请进行处理和审核,最后将病人挂号结果提交给挂号结果对象,挂号结果对象负责保存病人挂号结果,并提供查询服务.门诊挂号模块中各个对象之间的关系如图1所示.
2.引导学生用面向对象的思想来考虑并解决生活中的问题.程序设计的学习对部分学生来讲比较枯燥,特别是每当学生遇到不知道如何解决的问题时,挫折感比较强.为了激发学生对编程的兴趣,可以尝试引入一些生活中的实例来讲解面向对象编程中的某些概念.面向对象的思想认为,一切事物皆为对象.对象可以是有形的事物,如一本书、一辆汽车；对象也可以是无形的事情,如一项计划.对象可以是简单的个体,比如一个人；也可以是由诸多其他对象组合而成,比如一个公司有多个部门,每个部门又由许多人组成.我们可以用生活中的现象作为具体的对象来进行分析.比如一辆公共汽车,它有一个表示其唯一性的车牌号,有外观、重量、载客量等静态特征,还有前进、倒车、刹车等动态行为.再比如一个学生,有一个唯一标志（学号）,有姓名、年龄、性别、身高、体重等静态特征和学习、唱歌、打篮球等动态行为.从这些实例中,可以归纳出,一个对象包括以下的内容：（1）唯一的标志符,用来表示与其他对象不同；（2）静态特征,描述对象的属性；（3）动态行为,描述对象具有的功能.作为贴近学生生活的一个实例,学生选课系统一般都被学生所熟悉.为了进一步理解面向对象的思想,可以尝试引导学生用面向对象的思想来构建学生选课系统.在学生选课系统中,可以建立学生、课程、选课、选课结果这四个对象,学生对象的静态特征包括：学号、姓名、年龄、专业等；课程对象包括：课程编号、课程名称、选课人数等.这四个对象协同完成学生选课功能：首先,由学生对象将选课申请发给选课对象,再由选课对象请求课程对象提供相应的课程信息,如：多少学分、目前已经选这门课的人数、是否可以选,在此基础上,选课对象对学生选课申请进行处理和审核,如：该学生是否有资质选这门课等,最后将学生选课结果提交给选课结果对象,选课结果对象负责保存学生选课结果,并提供查询服务.学生选课系统中各个对象之间的关系如图2所示.
3.指导学生认清学习目标的主次和形成良好的学习习惯.在学习时间有限的情况下,必须教会学生分清学习目标的主次.在C++的学习中,首先重点学习面向对象的思想,将算法的学习放到次要位置.对于编程人员来将,算法的学习十分必要,但这是一个长期的过程,必须循序渐进.对于初学面向对象编程的人员,首先必须理解面向对象的思想,并尽可能建立面向对象的思维方式,即在解决问题时,将问题抽象为对象来解决.还存在一个常见的现象,就是部分初学编程的学生在实验课上效率很低,难以进入编程的状态,时间一长就会去做一些无关的事情.因为计算机既是一个学习的工具,也是一个娱乐的工具,学生有时可能难以控制自己.因此,强调学生形成良好的学习习惯并给自己制定规矩,就显得非常重要,比如：课前要预习,编程的时候严格要求自己只能编程,其他无关的事情完全不能做.只要学习方法正确并且有良好的学习习惯,大部分学生应该都能够把C++学好.
学生编程水平的提高是教学过程中一个困难的问题,如何促进学生对编程产生兴趣,让学生觉得编程不仅是一件重要的事情,而且是一件有趣的事情,这还需要广大教师不断探索教学方法,在教学的过程中摸索出一套适合自身情况的方法,这样才能让教学产生良好的效果.