学习单元4程序设计

学习单元四程序设计基础4.1初识程序设计线上课前导学课前自测头脑风暴任务调研

作为一名在校大学生，你是否统计过一天中你需要使用到多少手机程序？从电子闹钟的叫醒，到食堂付款时使用的支付宝、微信等，从上课点名的签到软件（如职教云、钉钉），到打发课余时光的微博、抖音、王者荣耀等。可以说，你每天的学习和生活都被各种程序包围着。你是否曾经设想过制作一款程序，来解决你遇到的学习或生活中的问题？或者仅仅实现你的一些创意与想法？程序设计是一件既复杂又简单的事情，就像2022年大火的微信小程序“羊了个羊”，它的研发团队仅有3人，却借此创造了上亿元的盈利，是不是非常cool？小思考

你还能列举一些生活中常见的应用程序吗？你知道这些程序是如何被设计出来的吗？线上课前导学头脑风暴任务调研课前自测参考视频：手机是如何影响我们的生活？/video/BV1U3411B7AL/参考文件：计算机软件著作权/item/软件著作权线上课前导学任务调研课前自测头脑风暴1程序究竟是什么？2它与计算机的关系是怎样的？3程序是如何被设计出来的呢？线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结经过线上课前预习，我们应该了解到，当今社会是科学与信息技术迅猛发展的时代，计算机作为数据信息的主要载体与运算工具，已深入现代社会的各个领域，并在众多领域中产生了深刻的影响。要使计算机能完成人们预定的工作，就必须把完成工作的具体步骤编写出可以执行的一条条指令，这样的指令序列就是程序。

为了学习程序设计的方法，我们必须先掌握关于程序设计的基础知识，包括程序设计的基本概念，程序发展的历程，各种常见程序设计语言的特点和应用场景等。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结了解程序设计的基本概念；熟悉程序设计的发展历史；掌握常见程序设计语言的特点。程序是由程序设计语言编写的，经过编译以后运行在计算机上的指令序列。通俗的讲，程序就是人们用计算机能听懂的语言告诉计算机去做什么。能听懂的语言自然是指某种编程语言，而告诉计算机要做的事情就是程序设计。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1程序设计的概念线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1程序设计的概念程序是一种过程性描述，而不是一种结果性描述。在程序设计的过程中，尤其要注意三个关键要素：①数据结构的分析和设计②算法的分析和设计③系统架构的分析和设计线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结1.机器语言机器语言是用二进制代码表示的、计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。由于它编写的程序只有0和1两个数字组成，所以直观性很差，编程时很容易出错，也不易于调试和纠错，熟练掌握机器语言是非常困难的。此外，采用机器语言编写的程序在不同机器间是互不通用的，也就是说同一算法在不同的机器上实现时必须编写不同的程序。典型工作环节2程序设计语言的发展历史机器语言汇编语言高级语言程序设计语言的发展历史目标语言目标语言线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结2.汇编语言为了克服机器语言不便于阅读、难以记忆的问题，第二代程序设计语言—汇编语言出现了。在汇编语言中，人们用一些容易理解和记忆的缩写单词（即助记符）来代替机器指令的操作码，用符号地址代替指令或操作数的地址。典型工作环节2程序设计语言的发展历史机器语言汇编语言高级语言程序设计语言的发展历史目标语言线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结3.高级语言高级语言（High-levelprogramminglanguage）是一种独立于机器，面向过程或对象的语言。其特点是直观、通用、易懂。从第一门高级编程语言诞生至今，已有上百种高级程序语言相继面世，其中不乏有对后续程序设计产生重大影响的编程语言，也有很多高级编程语言至今仍在被广泛使用，比如BASIC、C、C++、JAVA、Python等。典型工作环节2程序设计语言的发展历史机器语言汇编语言高级语言程序设计语言的发展历史线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序设计语言的发展历史目标语言机器语言汇编语言高级语言程序设计语言的发展历史4.目标语言第四代程序设计语言是目标语言，它的核心思想是：程序的内容是计算机要实现的目标，目标语言通过目标语言翻译器来翻译为操作语言。简单地说，人类将自己想做的功能告诉计算机，由计算机识别理解功能需求，然后自动生成对应的程序代码。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结

TIOBE排行榜是根据互联网上有经验的程序员、课程和第三方厂商的数量，并使用搜索引擎统计出当下最流行、关注度最高的编程语言，该榜单每月更新一次，其在世界范围内都有很高的参考价值。Tiobe发布的2022年9月最受欢迎编程语言榜单如图所示：典型工作环节3常用的程序设计语言及特点线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结1.C语言在上述三门语言中，C语言是诞生最早的一门编程语言。1969年，美国贝尔实验室的研究员肯·汤普森以BCPL语言为基础，设计出更简单、且接近硬件的B语言（取BCPL的第一个字母），并使用B语言编写了初版UNIX操作系统。随后丹尼斯·里奇加入了肯·汤普森的研发团队，并于1972年在B语言基础上设计出了一种全新的语言—C语言（取自BCPL的第二个字母）。典型工作环节3常用的程序设计语言及特点肯·汤普森丹尼斯·里奇线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结C语言的特点：（1）语言简洁紧凑，数据类型丰富（2）运算符丰富，库函数调用简单（3）结构化控制，层次清晰分明（4）程序可移植性好，执行效率高典型工作环节3常用的程序设计语言及特点线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结2.JAVA语言JAVA语言的历史要追溯到1991年，美国的Sun公司成立了专门的研究小组对家用消费电子设备进行前沿性研究，专攻计算机在家电产品上的嵌入式开发。在项目初期，研究小组选择了C/C++进行设计和开发，但他们很快发现C++程序需要消耗大量的设备资源，而家电产品的设备处理和内存都非常有限，所以该小组去除了C++中一些不太实用、影响安全的成分，并结合嵌入式系统的实时性要求，开发了一种面向对象的语言，命名为Oak（橡树）。但是由于当时智能化家电的市场需求没有预期的高，Sun公司放弃了该计划，后又看到了Oak在计算机网络上的广阔应用前景，于是将Oak进行了改造并成功运用于Web上，并将其命名为Java（译为“爪哇”，是印尼一个生产咖啡的岛屿）。典型工作环节3常用的程序设计语言及特点线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结Java语言的特点：（1）简单性（2）面向对象特性（3）分布式（4）解释执行（5）可移植性（6）安全性（7）健壮性（8）多线程（9）动态性典型工作环节3常用的程序设计语言及特点线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结3.Python语言Python语言的设计哲学是优雅、明确、简单，不同于C语言系列和Java语言等，其语法简洁清晰、易学易用，可阅读性强，编程模式符合人类的思维方式和习惯。正因其极其简单的语法，使得Python的上手极其容易，这样能使程序员更关注于解决问题的方法，而不是理解语言本身。Python又被昵称为胶水语言，它可以将多种不同语言编写的程序融合到一起，实现无缝拼接，充分发挥不同语言和工具的优势，满足不同应用领域的要求。典型工作环节3常用的程序设计语言及特点Python之父—吉多·范罗苏姆Python标志线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结一

、选择题1．C语言是（）A.机器语言B.汇编语言C.高级语言D.目标语言2.计算机能直接执行的语言是（）A.机器语言B.汇编语言C.高级语言D.目标语言二

、填空题1.现代电子计算机的结构模型包含运算器、控制器、（

）、输入设备和输出设备。2.计算机程序语言一般分为三类：机器语言、汇编语言和（）。学习单元四程序设计4.2程序设计的流程线上课前导学课前自测头脑风暴任务调研小思考

程序员的工作通常包含程序开发和维护工作，那什么是程序？程序开发的流程是什么呢？如何才能更有效的完成程序设计任务呢？随着中国计算机和互联网+产业的蓬勃发展，加上近些年传统行业受疫情影响纷纷倒闭，越来越多的年轻人加入了“程序员”一行。选择互联网行业的毕业生刚毕业的起薪就与普通行业拉开一大截，晋升空间很可观。互联网行业的覆盖范围也非常广，不仅有着前端开发、软件设计、云计算、大数据等热门职业，还有人工智能、数据安全工程技术人员、数字化解决方案设计师等众多新职业，因此“程序员”一职备受年轻人的青睐也不足为奇。线上课前导学头脑风暴任务调研课前自测参考网站：知乎https:///p/144049206博客/Shao_yihao/article/

details/120797452简书/p/49a3733cc492参考书籍：《程序设计基础（第4版）》清华大学出版社《程序设计基础教程（C语言与数据结构）》中国电力出版社《程序设计基础——从问题到程序》清华大学出版社线上课前导学任务调研课前自测头脑风暴1列举一些程序设计的步骤。2列举几条程序设计的原则。3列举几种常见的程序设计方法。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结在了解程序设计的基本概念后，我们需要继续学习程序设计的具体技术，为后面实际编写应用程序奠定基础。完整的程序设计需要产品部门、开发部门、测试部门、运维部门等共同参与，覆盖的知识范畴也很广泛，受本书篇幅所限，无法在本章中完整体现所包含的知识。因此，本书仅从程序设计的阶段、流程图的含义和绘制方法做简单介绍，以此来作为程序设计的入门教学，感兴趣的读者可以在课后阅读更专业的书籍深造。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结1．了解程序设计的阶段；2．领会流程图的符号含义；3．掌握流程图的绘制方法。什么是流程？流程是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。无论该程序的应用场景如何，程序设计的过程都应当包括分析、设计、编码、测试、排错等不同阶段。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1程序设计的阶段1.问题分析：对于要解决的问题进行详细、深入的分析，研究给定的条件，结合要达到的目标，找到解决问题的方法。2.算法设计：算法是程序设计的核心，它将解决问题的方法抽象成数学模型，设计出解题的方法和具体步骤。3.编写程序：将算法“翻译”成选定的某种程序设计语言，编写源程序代码。4.程序调试：运行源程序，得到运行结果，对结果进行分析，对不合理的地方进行修改。5.程序测试：设计多组测试场景、测试数据等，检查不同数据的运行情况，发现程序中的漏洞并对应修改，编写测试文档。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1程序设计的阶段线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制流程图是一类代表流程的图表，它通过一些用箭头连接的各类图形来展示其中的步骤。流程图作为一种可视化表达的工具，常用于程序设计算法的环节，它可以将一个复杂的过程简单而直观地展示出来，帮助程序员准确判断步骤之间的逻辑关系，确保程序的完整性和正确性。小思考

你听说过流程图吗？你知道流程图的基本作用吗？流程图符号线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制流程图符号符号名称说明开始与结束标志椭圆形符号，流程图的“开始”或“结束”都以此图形为标志

活动标志矩形符号，流程图的主要表达元素，用来表示流程中的一个步骤

判断标志菱形符号，用来表示流程中的一项逻辑判断或一个分叉点

输入/输出标志平行四边形符号，用来表示数据的输入与输出

流程标志直线箭头符号，将流程图中的图形元素连接起来，用来表示步骤在程序中的进展方向流程控制结构（1）顺序结构

在顺序结构中，各个步骤是按照先后顺序依次执行的，这是流程结构中最简单也是最基本的一种。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制（2）分支结构分支结构又称选择结构，用于判断某个给定的条件，并根据判断的结果来控制程序的流程。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制（3）循环结构循环结构又称为重复结构，就是流程在一定的条件下，反复执行某一操作的流程结构，直到满足某种条件为止。1）当型循环：当条件成立时执行循环线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制2）直到型循环：直到条件不成立时循环才会终止执行线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制流程图的意义用流程图来表示程序算法，最大的优势就在于其形象直观、易于理解，更方便开发交流及测试检验。算法流程图不仅用来指导编写程序，而且在调试程序中可以用来检查程序的正确性。如果框图是正确的而结果不对，则按照框图逐步检查程序是很容易发现其错误的。一般来说，核心算法流程图会作为程序说明书的一部分存入开发文档，在程序交付时提交给合作伙伴存档。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制流程图绘制的注意事项（1）绘制流程图时，应遵循从左到右、从上到下的顺序排列。（2）一个流程从开始符开始，以结束符结束。开始符号只能出现一次，而结束符号可出现多次。（3）菱形框为判断符号，必须要有“是和否（或Y和N）”两种处理结果，也就是说菱形判断框一定需要有两条箭头流出。（4）同一流程图内，符号大小需要保持一致，同时连接线不能交叉，连接线不能无故弯曲。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制（5）流程处理关系为并行关系的，需要将流程放在同一高度。（6）必要时应采用标注，以此来清晰地说明流程，标注要用专门的标注符号。（7）处理流程须以单一入口和单一出口绘制，同一路径的指示箭头应只有一个。（8）流程图中，如果有参考其他已经定义的流程，不需重复绘制，直接用已定义流程符号即可。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2程序流程图绘制你听说过排序算法吗？什么场合适合使用排序算法呢？线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节3绘制算法流程图排序算法就是将一组或多组数据，按照某种既定的模式进行重新排序，经过排序的新序列遵循着一定的规则，有一定的规律性。经过排序的数组元素更便于计算和使用，可以大幅提高计算的效率。常见的排序算法有冒泡排序、选择排序、插入排序、希尔排序等。小思考

多种排序算法对比图线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节3绘制算法流程图冒泡排序法冒泡排序的英文是BubbleSort，它是各类排序算法中最经典、最基础的一种。冒泡排序（从小到大）的算法步骤如下：1.比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。2.对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后，最后的元素会是最大的数。3.针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。4.持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节3绘制算法流程图线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节3绘制算法流程图冒泡排序算法流程图线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结1选择题程序的逻辑结构包括（）。A．顺序结构B．分支结构C．循环结构D．非线性结构2填空题程序设计的过程应当包括分析、设计、（

）、测试、排错等不同阶段。学习单元四程序设计基础4.3程序的设计与验证线上课前导学课前自测头脑风暴任务调研小思考

根据前面学习的知识，我们已经了解程序设计的基本脉络，那我们该如何应用已有知识，来实际编写一段程序呢？一起来学习吧！线上课前导学头脑风暴任务调研课前自测参考资料：菜鸟教程https:///java/java-tutorial.htmlB站视频/video/BV17F411T7Ao/书籍《Java语言程序设计》大连理工出版社线上课前导学任务调研课前自测头脑风暴根据提供的参考资料，先初步了解使用Java编程的工具及基本编程语法，有余力的同学可以尝试在自己电脑中安装IDE和JDK。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结

根据2020年开发者生态系统状况调查，全世界有超过三分之一的专业开发人员将Java用作主要开发语言，而在中国这一比例更高，达到了惊人的51％。Java之所以在中国如此流行，与Java本身是免费、开源和政府支持有一定关系，同时也因为国内大多数龙头企业（如阿里巴巴、京东、字节、网易等）的重要业务服务依靠Java来运行。在本次任务中我们就选择Java作为程序设计语言，一起来学习如何利用Java编写程序吧！线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结1．Java开发环境的搭建2.

掌握Java编程基础知识3.

使用Java语言编写程序1.JDK的安装（1）下载JDK：https:///java/technologies/javase-downloads.html（2）安装双击下载好的jdk-19_windows-x64_bin.exe文件，根据安装提示进行安装即可。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1搭建Java开发环境

（3）配置JDK

步骤1：右键单击“此电脑”，从弹出的快捷菜单中选择“属性”选项，并在弹出的窗口中选择“高级系统设置”。

步骤2：在“系统属性”窗口中，选择“高级”选项卡，再单击“环境变量”按钮。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1搭建Java开发环境

步骤3：在“环境变量”窗口中，选择“系统变量”栏中的“Path”选项，单击“编辑”按钮

步骤4：在“编辑环境变量”窗口中，点击“新建”按钮，在编辑框中输入“C:\ProgramFiles\Java\jdk1.8.0_65\bin”线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1搭建Java开发环境

步骤5：通过“上移”按钮，将新建的JDK环境变量路径向上移动至顶端，再点击“确定”按钮保存。

步骤6：在命令行窗口中执行javac命令,如果都能正常地显示帮助信息,说明系统path环境变量配置成功，path环境变量的设置成功。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1搭建Java开发环境

2.集成开发工具Eclipse的安装

步骤1：打开Eclipse官网，点击“DownLoad”按钮，选择本机适合的版本下载（官网地址/）线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1搭建Java开发环境

步骤2：双击下载好的eclipse-inst-jre-win64.exe文件，在打开的对话框中选择“EclipseIDEforJavaApplication”。

步骤3：选择设置eclipse的安装目录，并同意协议后进行安装。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1搭建Java开发环境

步骤4：安装完成启动，会弹出提示界面选择WorkPlace，主要存放开发时的项目，可选择默认目录，也可更改到其他地方，到此Java的IDE开发工具Eclipse就安装成功了。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1搭建Java开发环境1.Java的数据类型Java语言的数据类型分为：基本类型（primitive）和引用类型（reference）两大类。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2Java编程基础知识基本类型（primitive）布尔类型（boolean）

范围：false或true字符类型（char）

范围：‘\u0000’~‘\uFFFF’整数类型字节型（byte）范围：-128~127短整型（short）范围：-215~（215-1）整型（int）范围：-231~（231-1）长整型（long）范围：-263~（263-1）浮点类型浮点型（float）范围：-3.4e38~3.4e38双精度型（double）范围：-1.7e308~1.7e308引用类型（reference）类（class）接口（interface）数组（array）2.变量和常量所有的变量必须先声明才能使用，声明不仅要包含变量的名称，还需要包含该变量的数据类型，其语法格式如下：[<访问修饰符>][<存储修饰符>]<数据类型><变量名>[=初始值]；变量名要符合一定的命令规则，具体规则如下：（1）只能由字母、数字、下划线和美元符组成；（2）不能使用Java中预先设定的关键