利用GUI编程提高学生编程兴趣及其实施方案

　　摘 要 论述利用GUI编程提高学生编程兴趣的必要性，讨论GUI编程在提高学生编程兴趣中的重要作用，并以MATLAB语言为例，详细给出通过GUI编程提高学生编程兴趣的具体的实施方案。
　　关键词 GUI编程；MATLAB；编程能力
　　中图分类号：G642 文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2016）24-0136-03
　　1 引言
　　随着数字时代[1]、物联网世界的到来[2]，大数据[3]、云计算[4]、人工智能[5]等技术正在发挥越来越重要的作用。这些技术的实现都依靠一个共同的手段——编程。编写程序的能力是大学生职业发展最重要的能力之一，尤其是对于理工科学生来说更是如此。如今人们的衣食住行等都离不开手机和电脑，手机和电脑的功能正是通过安装在其上的应用程序来实现的。此外随着机器人技术的逐步发展，将来一些常见的、重复性的工作将逐渐被机器人所取代，而机器人的控制正是通过编程来进行。未来，随着机器人的不断普及，可以预见到，编程将成为人们普遍需要具备的能力之一[6]。
　　编程能力的重要性不言而喻，但是学好编程却不是一件容易的事情。不少大学生一提到编程就头痛，一上编程课就双眼迷茫、脑袋昏沉、呵欠不断，就是提不起兴趣来。其最主要的原因在于：学生普遍觉得编程太过抽象和单调，由于大多数教师觉得对于学生来说，GUI（Graphical User Interface，图形用户界面）编程太难，上课时尽量避免讲授，学生一般只能接触到控制台程序的编写，只能通过冰冷的屏幕查看结果，而不会自己编写界面实现友好的人机交互，提高编程的成就感，从而激发学习的兴趣。为此，本文将重点讨论GUI编程在提高学生编程兴趣中的重要作用，以及介绍在MATLAB中GUI编程的具体实施方案。
　　2 GUI编程在提高学生编程兴趣中的重要作用
　　常规的编程教学中，教师在讲授编程时总是先讲授该编程语言中的各种数据类型的定义、流程控制语句的用法、函数的编写、类的实现等，最后再讲授一些实际的例子，告诉学生怎么运用该编程语言解决实际问题。这一比较传統的教学过程，虽然比较符合由易到难的教学规律，但是往往与程序员实际的编程步骤不一致。一个资深的程序员在编写一个面向实际应用的软件时，往往是从软件的前端界面、后台负责功能实现的源码、前端界面与后台的连接等三方面来考虑。如果学生不能够站在一个程序员的角度来理解软件编写的具体实现过程，对于在未来工作中编程能力的提高、与其他程序的相互协作以及职业的发展将极为不利。
　　因此，在编程教学中，在课程的开始阶段就应当以一个简单而实际的例子向学生展示前端界面设计、后台源码编写等两个步骤的具体实现，使学生对如何编写一个具体的软件建立清晰的思路。在接下来的授课中，再按照上述的2个步骤具体讲授这2个部分的具体编程实现。通过这样的方式，使学生明白在编程课程上到底要学些什么，到底要达到什么样的目标。学生只有明白了要做什么，用什么来实现这些目标，才能够激发起学习的热情和兴趣。如果一上来就开始讲授各种编程的语法和命令，学生往往充满疑惑，不知道为什么要学这些语法和命令，也不知道这些语法和命令在具体的软件实现过程中到底有什么用，从而缺乏学习的动力和毅力，甚至刚开始就放弃编程的学习。
　　3 通过GUI编程激发学生编程兴趣的具体实施方案
　　接下来，将以利用MATLAB语言编写一个多功能的计算器为例，描述通过GUI编程激发学生学习兴趣的具体实施方案。首先，在教学开始时需向学生表明，本次教学的主要目的是通过MATLAB中的GUI编程实现一个多功能计算器。该计算器与常用的计算器的界面相似，但是除了常用的计算器所具有的功能外，还可以具有绘制函数图形的功能，以此激发学生的好奇心，吸引学生的注意力。然后向学生提出问题：要实现这个多功能的计算器需要哪些步骤呢？通过与学生的问答互动，引导学生意识到要实现这样一个多功能计算器，主要步骤包括：1）前端界面设计；2）后端源码实现。随后按照下述方式分别给出两个步骤的具体实现过程。
　　前端界面的设计 在MATLAB207a的命令窗口中输入命令guide，按回车后将弹出图1所示对话框。
　　在主菜单栏中共有两个选项：Create New GUI，创建新的GUI；Open Existing GUI，打开已经存在的GUI。这里选择创建新的GUI，在该菜单栏下有4个子菜单。由于需要创建一个多功能的计算器，所以选择Blank GUI（Default），
　　空白的GUI（默认）。点击OK后则弹出图2。在图2中主要包含内置控件区、界面布局区。
　　从内置控件区选择需要的控件，拖放到界面布局区，可以完成前端界面端的布局，如图3所示。该界面的设计思路是：最上面的白色矩形区域是绘图区域，绿色区域是计算结果展示区域，在两个窗口的下方则是功能按键区。
　　后台源码的编写 多功能计算器的原理是当按下某个功能按钮后则执行对应的功能。在前面的步骤中已经绘制出界面中的各个功能按钮，剩下的工作则是通过后台源码的编写实现每个按键的功能。
　　MATLAB中通过每个控件的回调函数来实现每个按键的具体功能。先选中需要实现其功能的按钮，然后点击右键，选择View Callbacks选项中的callbakc则跳转到该按键的回调函数的编写处。在此处编写相应的代码，实现该按键的功能。重复此步骤，完成所有按键的回调函数的编写。点击运行按钮后则会弹出多功能计算器的操作界面。
　　在该计算器可以绘制一些简单函数的图形。在图4中同时绘制出正弦函数和余弦函数的图象。同时，该多功能计算器还具有一般计算器所具有的常见功能。
　　最后总结通过GUI编程实现一个多功能计算器的过程，并向学生抛出问题：前端界面编写和后台源码实现需要具有哪些编程知识呢？通过与学生之间的提问和回答，引导学生明白：在编程的学习中要重点搞清楚该语言中的数据类型，实现流程的控制的基本方法，软件的每个功能都是通过对应的函数来实现的；等等。这样学生自然就明白在随后的、深入的编程学习中要重点学习该语言中基本的数据类型、流程控制语句的用法以及函数的实现等内容，就明确了学习的目的，做到有的放矢，激发学习的热情。
　　4 总结
　　本文首先重点讨论了利用GUI编程提高学生编程兴趣的必要性。随着物联网技术、大数据技术、云计算技术以及人工智能技术的迅猛发展，可以预见到编程能力在人们的日常生活以及工作中将越来越重要，编程能力将成为大学生尤其是理工科大学生需要掌握的一种核心能力。利用GUI编程可以提升刚开始接触编程的学生的兴趣，明确学习编程的目的和具体步骤，增强学习的信心。此外，本文以MATLAB语言为例，给出通过GUI编程激发学生学习兴趣的具体方案。通过GUI编程实现一个多功能计算器，从而起到抛砖引玉的目的，激发学习编程的热情。
　　参考文献
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　　[2]田野，袁博，李廷力.物联网海量异构数据存储与共享策略研究[J].电子学报，2016，44（2）：247-257.
　　[3]郭兵，李强，段旭良，等.个人数据银行：一种基于银行架构的个人大数据资产管理与增值服务的新模式[J].计算机学报，2016（39）：1-19.
　　[4]黄少荣.云计算时代技术技能型IT人才培养模式研究[J].计算机教育，2015（6）：12-15.
　　[5]陈爱斌，蔡自兴，李建军.林业院校人工智能课程教学的思考[J].计算机教育，2016（10）：80-82.
　　[6]丁卫平，陈建平，管致锦，等.以程序设计课程群实践教学改革为契机，培养地方普通本科院校学生编程创新能力[J].计算机教育，2009（20）：10-13.

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