《面向对象程序设计》课程教学大纲、授课计划 张力生

《面向对象程序设计》课程教学大纲课程基本信息课程编号课程类别R必修□选修学时/学分40/2.5课程名称（中文）面向对象程序设计（英文）ObjectOrientedProgramming课程学时及其分配课内总学时课内学时分配课外学时分配40课堂讲课32课后复习32自学交流课外自学8课堂讨论讨论准备实验辅导实验预习课内实验8课外实验32适用院系适用专业软件工程学院软件理论与工程先修课程预备知识软件工程导论、结构化程序设计课程所用软件工具和环境MicrosoftVisualStudio2013、EclipseIDEforC/C++Developers、SAPPowerDesigner课程简介（中英文版）《面向对象程序设计》课程是软件工程专业的学科基础课程。该课程围绕“从抽象到编程”这个核心，引导学生利用已有的语文和数学知识，认识、分析和理解客观世界中的各种事物和联系，用自然语言正确地表达，用建模语言形象地描述，用编程语言准确实现，循序渐进地树立起“以对象为导向”的面向对象程序设计思想。课程主要学习内容包括类与对象、封装与职责、关联与链接、继承与多态、设计与实现、运算与重载、模板与模板库、课程成绩管理应用案例，每一章节都按照发现客观世界的现象和问题，用UML语言分析建模，用C++语言具体实现的步骤展开。在教学过程中，坚持价值引领和知识传授并重，培育学生求真务实、实践创新、精益求精的工匠精神，培养学生踏实严谨、耐心专注、吃苦耐劳、追求卓越等优秀品质。"Object-OrientedProgramming"isanintroductorycourseforsoftwareengineeringmajors.Thecoursefocusesonthecoreof"Fromabstractiontoprogramming,"guidingstudentstousetheirexistinglanguageandmathematicalknowledgetorecognize,analyze,andunderstandvariousthingsandconnectionsintheobjectiveworld,toexpressthemcorrectlyinnaturallanguage,todescribethemgraphicallyinamodelinglanguage,andtoimplementthemaccuratelyinaprogramminglanguage.Object-orientedprogrammingisan"object-oriented"approach.Thecourse'smaincontentincludesclassesandobjects,encapsulationandresponsibilities,associationandlinking,inheritanceandpolymorphism,designandimplementation,operationsandoverloading,templatesandtemplatelibraries,andapplicationexamples.Eachchapterfollowsthestepsoffindingphenomenaandproblemsintheobjectiveworld,analyzingtheminUML,andimplementingtheminC++.Intheteachingprocess,valueleadershipandknowledgetransferareinsistedon,cultivatingstudents'craftsmanshipoftruth-seekingandpragmatic,practicalinnovationandexcellence,andcultivatingstudents'excellentqualitiesofpracticalityandrigor,patienceandconcentration,hardwork,andthepursuitofexcellence.课程目标通过对本课程的学习，使学生掌握面向对象程序设计语言的思想，即能正确理解和表达客观世界中的各种事物和联系，从中抽象出类和对象，以及类之间的关系，能用UML语言把它们描述出来，并使用一种面向对象的计算机语言描述类、类的属性以及实现成员函数的算法。课程目标对应的学生知识和能力要求如下：课程目标1：【具有根据系统模块和过程建立恰当的数学模型的能力】通过理论和实践教学，理解计算理论、程序理论和计算机系统的基本原理，同时能够将抽象思维、计算思维及其表达方式有机融合起来，用于解决软件开发过程中有关抽象和计算的问题，最终建立恰当的数学模型并进行求解。课程目标2：【具有较强的系统分析能力】通过理论和实践教学，较好地掌握面向对象编程思想，能够分析推导出软件工程领域复杂工程问题的关键环节，并能融合分析设计与编程实现两个阶段的内容，将分析设计中建立的模型作为编程实现的背景和前提，将编程实现的代码作为模型转换的结果，养成具有模型转换思想的编程习惯。课程目标3：【具有开发一个完整系统的能力】灵活运用程序设计语言本身的特点来完成对问题对象的简单模型建构和功能的初步实现。课程目标4：【具有较强的项目管理能力】灵活运用相关原型设计工具、建模工具、开发平台、测试平台等，按照模型及模型转换的思想将软件工程的分析、设计、编码、测试等各个阶段的工作内容整合在一起。课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求指标点达成度期望值课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求1（工程知识）：能够掌握数学、物理、工程基础和计算机软件系统知识，并用于解决软件工程领域的复杂工程问题。指标点1.2：能够针对一个复杂的软件系统或具体软件过程，建立恰当的数学模型并进行求解。0.30.3毕业要求2（问题分析）：能够应用数学、物理和工程科学的基本原理，识别、表达软件工程领域的复杂工程问题，并借助开源系统和科技文献，进一步开展分析和研究，以获得有效结论。指标点2.1：能够应用数学、物理和工程科学的基本原理识别和判断软件工程领域复杂工程问题的关键环节，并进行推理分析。0.20.2毕业要求3（设计/开发解决方案）：针对软件工程领域的复杂工程问题，能够基于特定的系统需求，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，设计具有创新意识的软件功能模块或完备的软件系统。指标点3.2：能针对特定的用户需求，完成软件系统功能模块和组件的开发。0.30.3毕业要求5（使用现代工具）：能够针对软件工程领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、开发工具、测试工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。指标点5.1：了解软件工程专业常用的开发工具、测试平台、开源系统和科技文献等的使用方法，能够对软件工程全过程进行检验和评价。0.20.2教学内容与课程目标的关系序号教学内容教学要求推荐学时教学方法对应课

程目标1类与对象1、语文和数学中的抽象；2、类和对象的概念；3、类和对象的结构及其表示方法；4、类的声明和对象的定义；5、访问对象的成员变量；6、成员函数的定义和调用；7、成员函数与普通函数的区别；8、成员函数调用的内部实现；9、构造对象；10、全局对象和静态对象；11、堆对象和对象数组；12、语义的实现和优化；13、程序设计思想和描述工具。6课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标22封装与职责1、事物的边界；2、封装的概念；3、接口的声明；4、接口与实现分离；5、封装的作用；6、对象管理自己的数据；7、对象完成特定的任务；8、对象参与计算的能力；9、不同对象之间的共存；10、自定义数据类型；11、自定义数据类型的对象作为成员对象；12、设计实现一个员工管理系统。6课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标2课程目标33关联与链接1、关联与连接的概念；2、使用指针实现多对一关联；3、使用指针数组实现多对多关联4、组合与聚合关联的概念；5、使用对象实现组合关联；6、使用指针实现组合关联；7、使用代码实现聚合关联；8、深入理解类及其对象；9、数组中的概念及其关系；10、字符数组的语义；11、设计一个字符串类；12、用链表管理学生对象。6课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标2课程目标34继承与多态1、分类与抽象；2、继承的概念；3、继承的编程实现；4、描述类之间的层次；5、保护继承与私有继承；6、多态的概念；7、多态的编程技术；8、按照多态思维编写代码；9、多重继承导致的问题；10、多重继承的实现原理；11、多重继承的编程方法；12、银行账户案例。6课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标2课程目标3课程目标45设计与实现Josephus游戏分析设计；Josephus游戏编码实现；Josephus程序维护；4、矩阵和向量的乘法；5、使用友元提高运行速度；6、异常分类和错误定义；7、识别异常和抛出错误；8、捕获异常并处理错误。4课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标2课程目标3课程目标46运算与重载1、自然数的定义；2、对事物计数；3、度量事物的特征；4、自然数的运算及其含义；5、定义和重载运算；4、重载赋值运算；5、重载类型转换运算；6、重载增量运算符；7、重载插入和提取运算；8、货币案例；9、R进制计算机案例。4课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4

7模板与模板库1、类模板的概念；2、类模板的声明；3、类模板的具体化和实例化；4、类模板的代码重用；5、类模板的继承和关联；6、动态数组类模板；7、冒泡排序模板；8、模板编程中需要注意的问题；9、容器类（container）；10、流类（stream）；11、持久化对象案例。4课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标2课程目标38课程成绩管理应用案例1、场景分析；2、教师录入成绩的视图；3、属性的抽象和关联地表示；4、一对多关联的逻辑实现；5、多对多关联的逻辑实现；6、录入成绩的实现；7、学生查询成绩；8、进一步改进程序。4课堂讲授提问启发随堂练习课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程考核方式课程目标考点（要考核的知识点和能力点）考核方式课程目标1知识点：抽象、类和对象的概念、类的声明和对象的定义、成员函数的定义和调用、创建和删除对象、程序设计思想和描述工具、类的封装、封装的作用、对象的职责、自定义数据类型、关联与连接的概念、关联的实现、组合与聚合、字符串、分类与抽象、继承、多态、多重继承、异常处理、定义和重载运算、类模板的概念。能力点：具有根据系统模块和过程建立恰当的数学模型的能力。作业（25%）上机测验（25%）期末考试（50%）课程目标2知识点：自定义数据类型、员工信息管理、使用代码实现聚合关联、链表、银行账户管理、Josephus游戏、矩阵计算、运算符重载、类模板的具体化和实例化、类模板的代码重用、类模板的继承和关联、模板编程、容器类、流类、持久化对象。能力点：具有较强的系统分析能力。作业（25%）上机测验（25%）期末考试（50%）课程目标3知识点：员工信息管理、银行账户管理、Josephus游戏、货币、R进制计算机、课程成绩管理。能力点：具有开发一个完整系统的能力。作业（25%）上机测验（25%）期末考试（50%）课程目标4知识点：员工信息管理、银行账户管理、Josephus游戏、课程成绩管理。能力点：具有较强的项目管理能力。作业（25%）上机测验（25%）期末考试（50%）课程评分标准本课程的考核方式包括作业、课堂测验和期末考试。其中作业占25%，课堂测验占25%；期末考试占50%。考勤记录和作业作为考试资格评判条件。对应的评判与评分标准为：1、取消考试资格：评判项目评判标准考勤记录缺勤（旷课、迟到、早退）1/3及以上课后作业与课堂测验作业未交或者抄袭；测验未交或者抄袭；两者总评不及格2、课后作业：考核内容90-100分75-89分60-74分60分以下作业完成进度（40%）按时提交延时不超过1周提交补交未交基本概念掌握程度（30%）概念清晰70%以上的概念清晰30%以上的概念清晰30%以下的概念清晰解决问题的方案正确性（30%）方案能够合理解决问题方案能够解决70%以上的主要问题方案能够解决30%以上的主要问题。不能制定方案。3、课堂测验对应的评分标准为：考核内容90-100分75-89分60-74分60分以下根据测验题目提交的程序、结果与代码解释说明完成度（100%）较全面地完成程序，结果正确，程序代码解释与说明完善等较好地完成程序，结果较为正确，程序代码解释与说明较为完善等基本完成程序，结果基本正确，有基本的程序代码解释与说明等未能完成基本程序，结果错误较多或者没有得到运行结果，缺少程序代码解释与说明等4、期末考试：按照参考答案和评分细则进行。课程达成度标准值本课程达成度标准值为：0.60。设定依据：根据本课程所服务专业学生的毕业要求、课程目标、课程在专业培养方案中的基础性地位、面向的学习者定位等综合考虑。教材和主要参考书1、教材：张力生等.《C++面向对象程序设计导论——从抽象到编程（微课视频版）》.清华大学出版社，2024.01.2、主要参考书：(1)张力生等.《C/C++程序设计导论--从计算到编程(微课视频版)》.北京：清华大学出版社，2022.3.(2)钱能.《C++程序设计教程（第3版）竞技版微课视频版》.北京：清华大学出版社，2020.授课计划（教学日历）学年学期： 课程编号： 课程名称：面向对象程序设计学时/学分：40/2.5 理论实验合排学时：40每次课学时：2使用教材：张力生等.C++面向对象程序设计导论——从抽象到编程.清华大学出版社，2024.01.参考书目：张力生等.《C/C++程序设计导论--从计算到编程(微课视频版)》.清华大学出版社，2022.3.钱能.《C++程序设计教程（第3版）竞技版微课视频版》.北京：清华大学出版社，2020.授课对象：教学班合班号：授课教师：开课单位：软件工程学院软件理论工程系周次课次教学目标、主要教学内容及学习要求、授课方式作业重点和难点授课教师11教学目标：了解语文和数学中的抽象的概念；掌握类和对象的概念；掌握类的声明和对象的定义主要教学内容：（教材第一章）1、语文和数学中的抽象；2、类和对象的概念；3、类和对象的结构及其表示方法；4、类的声明和对象的定义；5、访问对象的成员变量学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题1.8.1重点：语文和数学中抽象的概念；类和对象的UML语言表示；类的声明和对象的定义难点：通过UML工具绘制类模型和对象模型；对象的物理结构12教学目标：掌握成员函数的定义和调用；理解成员函数调用的内部实现思路主要教学内容：（教材第一章）1、成员函数的定义和调用；2、成员函数与普通函数的区别；3、成员函数调用的内部实现学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题1.8.2、1.8.3重点：成员函数的定义和调用；成员函数与普通函数的区别难点：通过UML工具绘制程序运行时序图；通过普通函数的内部实现过程，理解成员函数的内部实现思路23教学目标：掌握构造函数、析构函数的定义；掌握全局对象、静态对象、堆对象和对象数组的创建、初始化和销毁过程；了解程序设计思想的变迁；了解UML语言和面向对象程序设计语言主要教学内容：（教材第一章）1、构造对象；2、全局对象和静态对象；3、堆对象和对象数组；4、语义的实现和优化；5、程序设计思想的变迁；6、UML图形语言；7、面向对象程序设计言语；实验：类与对象，掌握类的声明和对象的定义，对象的创建和删除过程，通过PowerDesigner绘制类图和程序运行时序图。学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题1.8.4、1.8.5重点：构造函数的定义；不同类别对象申请空间和调用构造函数的规则；堆对象被创建和销毁的内部机制难点：进一步熟练绘制类图、对象图和时序图；从编译器优化和汇编层面初步理解不同类别对象的内存分配、初始化和销毁机制34教学目标：理解类的封装和作用；掌握类的接口设计原则；能正确的封装类主要教学内容：（教材第二章）1、事物的边界；2、封装的概念；3、接口的声明；4、接口与实现分离；5、封装的作用学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题2.7.1重点：按照面向对象的思想设计类的接口；封装类的属性和方法难点：从多个侧面考虑划分事物的边界，进而根据场景准确的封装类35教学目标：理解对象应承担两个基本职责和应具备两个基本能力主要教学内容：（教材第二章）1、管理自己的数据；2、完成特定的任务；3、参与计算的能力；4、与其他对象共存的能力学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题2.7.2，2.7.3重点：用拷贝构造函数创建对象及过程；使用字符数组创建对象及过程难点：拷贝构造函数的实现原理；默认拷贝构造函数的隐患；strncpy函数的实现原理46教学目标：理解自定义数据类型的目的；能自定义数据类型；能使用自定义的数据类型；设计与实现一个员工管理系统主要教学内容：（教材第二章）1、自定义一个日期数据类型；2、把自定义的日期类型作为对象成员使用；3、设计实现一个员工管理系统；实验：封装与职责，根据对象的职责封装类，并作为自定义数据类型使用，通过PowerDesigner生成头文件和实现文件，并在IDE中完善成员函数定义。学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法布置综合练习重点：自定义类并将其对象作为成员变量使用；按照软件开发流程设计与实现一个员工管理系统难点：函数调用中传递对象和返回对象的过程；函数调用中的传值方式；初步理解返回值优化（Returnvalueoptimization，缩写为RVO）策略；分析设计员工管理系统，用UML工具画出类模型；将类模型转换为源文件并在IDE中完善实现文件57教学目标：了解关联与连接的概念；理解并编程实现一对一、多对一和多对多三种对应关系；理解使用指针实现关联关系的原理主要教学内容：（教材第三章）1、关联与连接的概念；2、使用指针实现多对一关联；3、使用指针数组实现多对多关联学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题3.8.1，3.8.2重点：用UML模型准确的描述现实中事物之间的对应关系；使用指针或指针数组实现关联难点：画出关联关系的UML模型，理解包括Rolename、Navigable、Multiplicity等属性以及MigrateNavigableRoles等操作的含义；正确设置关联属性（Rolename）的数据类型为指针58教学目标：区分一般关联(Association)、聚合(Aggregation)和组合(Composition)；编程实现聚合和组合关联主要教学内容：（教材第三章）1、组合与聚合关联的概念；2、使用对象实现组合关联；3、使用指针实现组合关联；4、使用代码实现聚合关联学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题3.8.4，3.8.5重点：区分三种关联关系；能正确画出三种关联的类图和对象图难点：从内存管理的角度分析教材中所有关联案例的运行过程69教学目标：理解类和对象的本质；学会封装一个简易的字符串类；用链表管理对象主要教学内容：（教材第三章）1、类和对象的本质；2、数组中的概念及其关系；3、字符数组的语义；4、设计一个字符串类；5、用链表管理学生对象；实验：关联与链接，掌握关联与连接的概念以及描述事物之间关系的方法，掌握一般关联的编程实现技术和方法，通过PowerDesigner绘制关联关系并理解各个属性的含义。学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题3.8.6，3.8.7重点：使用组合关联分析字符数组的语义；通过封装指针实现一个自定义的字符串类难点：自定义字符串类的设计思路；从关联角度理解链表，了解其封装思路，并掌握编程实现的方法710教学目标：掌握分类与抽象的概念；了解软件重用性，理解继承的概念；掌握继承的工作方式；掌握通过继承建立新类的方法主要教学内容：（教材第四章）1、分类与抽象；2、继承的概念；3、继承的编程实现；4、描述类之间的层次；5、保护继承与私有继承学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题4.7.1，4.7.2重点：继承的编程语法；绘制人、学生、教师和研究生的继承关系的UML模型；将模型转换为源文件并编码完成实现文件难点：父类和子类的构造析构过程和内存分配机制；从汇编层面了解继承关系中构造函数的调用规则711教学目标：了解多态的意义，掌握多态的工作原理；理解虚函数的定义、使用；掌握抽象类的概念；理解抽象类和具体类的区别；掌握纯虚函数的使用；了解多重继承的概念和用法主要教学内容：（教材第四章）1、多态的概念；2、多态的编程实现；3、按照多态思维编写代码4、多重继承导致的问题；5、多重继承的实现原理；6、多重继承的编程方法学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题4.7.3，4.7.4重点：多态的工作原理；抽象类和具体类的区别；虚函数和纯虚函数的定义和使用难点：理解多态和虚函数的使用场景，初步建立多态的思维模式，并掌握其编程技术812教学目标：设计与实现一个银行账户管理系统主要教学内容：（教材第四章）设计与实现一个银行账户管理系统；实验：继承与多态，掌握使用继承描述事物之间的层次关系的方法及其编程技术，掌握多态的实现原理及其编程方法，通过PowerDesigner绘制继承关系并理解各个属性的含义。学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法布置综合练习重点：按照软件开发流程设计与实现一个银行账户管理系统难点：

深入认识软件开发的主要流程；把分析设计作为编程的核心；程序的优化和迭代913教学目标：深刻理解面向对象程序设计思想要解决的两个核心问题，一是怎样抽象和描述客观世界中的事物，二是怎样使用计算描述事物的变迁主要教学内容：（教材第五章）1、按照软件开发流程设计与实现Josephus游戏，包括分析设计、编码实现和程序维护学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题5.5.3重点：理解分析设计、编码实现和程序维护阶段中的一般步骤及其主要任务，知道每个阶段涉及的主要方法和技术难点：从应用场景中发现对象及其连接，抽象出类及其关联，再发现类的属性和方法914教学目标：掌握根据数学模型设计程序和编写代码的方法；掌握异常处理及其编程方法主要教学内容：（教材第五章）1、实现矩阵和向量的乘法；2、使用友元提高运行速度；3、异常分类和错误定义；4、识别异常和抛出错误；5、捕获异常并处理错误学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题5.5.6重点：从计算角度进一步理解设计和编码的方法和技术；异常分类和错误定义的思路以及编程方法难点：

友元的使用策略；异常处理机制；设计自定义异常类的思路1015教学目标：了解使用自然数进行计数和度量事物特征的基本原理；掌握定义运算的基本思路和重载运算的编程技术主要教学内容：（教材第六章）1、自然数的定义；2、对事物计数；3、度量事物的特征；4、自然数的运算及其含义；5、定义和重载运算；6、重载赋值运算；7、重载类型转换运算；8、重载増量运算符；9、重载插入和提取运算学习要求：课前预习＋课堂实践＋课后作业授课方式：讲授法、讨论法、演示法、实验法、练习法习题6.8.1重点：掌握定义运算的基本思路和重载运算的编程技术难点：

理解重载运算的实现机制