中職《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用案例教程》教案-第9課-了解程序設(shè)計(jì)和軟件

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課題了解程序設(shè)計(jì)和軟件課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：（1）理解程序設(shè)計(jì)與算法的基本概念（2）了解程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的相關(guān)知識(shí)（3）了解軟件和軟件工程的基本概念能力目標(biāo)：能分析實(shí)際問(wèn)題并為其設(shè)計(jì)算法素質(zhì)目標(biāo)：樹(shù)立遠(yuǎn)大理想、錘煉強(qiáng)國(guó)本領(lǐng)，不對(duì)提升實(shí)際操作能力、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：程序設(shè)計(jì)與算法的基本概念教學(xué)難點(diǎn)：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的相關(guān)知識(shí)教學(xué)方法講授法、問(wèn)答法、討論法、練習(xí)法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)查找資料，了解程序設(shè)計(jì)和軟件的相關(guān)知識(shí)【學(xué)生】完成課前任務(wù)考勤【教師】使用APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到案例導(dǎo)入【教師】講述“任務(wù)準(zhǔn)備”中的案例（詳見(jiàn)教材），請(qǐng)學(xué)生回答以下問(wèn)題：（1）什么是程序設(shè)計(jì)？設(shè)計(jì)一個(gè)程序需要完成哪些步驟？（2）什么是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言？它有哪些基本元素？（3）什么是高級(jí)語(yǔ)言？你知道哪些高級(jí)語(yǔ)言？【學(xué)生】思考、回答問(wèn)題傳授新知【教師】通過(guò)大家的發(fā)言，引入新的知識(shí)點(diǎn)，講解程序設(shè)計(jì)和軟件的相關(guān)知識(shí)程序設(shè)計(jì)入門(mén)程序設(shè)計(jì)概述【教師】請(qǐng)學(xué)生掃描二維碼觀看視頻“程序設(shè)計(jì)入門(mén)”（詳見(jiàn)教材），多媒體展示用手機(jī)購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品時(shí)的操作（詳見(jiàn)教材），講解新知在日常生活中，人們解決問(wèn)題或完成任務(wù)時(shí)往往需要執(zhí)行一系列操作。計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與之類(lèi)似。對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，解決問(wèn)題要執(zhí)行的單個(gè)步驟稱(chēng)作指令，所有步驟的集合稱(chēng)作程序（program），而將解決問(wèn)題要執(zhí)行的步驟梳理出來(lái)，并最終展現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序的過(guò)程就是程序設(shè)計(jì)。具體而言，程序設(shè)計(jì)的步驟可歸納為分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)程序、調(diào)試運(yùn)行程序?！靖呤贮c(diǎn)撥】【教師】組織學(xué)生閱讀相關(guān)材料，了解程序設(shè)計(jì)思路的相關(guān)知識(shí)在程序設(shè)計(jì)的步驟中，后兩步即人們熟知的“編程”，它們與程序的實(shí)現(xiàn)直接相關(guān)，因此很多初學(xué)者在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí)往往十分重視后兩步，卻容易忽略前兩步。事實(shí)上，分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)算法對(duì)程序設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)和形成具有非常重要的作用，一個(gè)人只有具備了良好的程序設(shè)計(jì)思維，才能擁有出色的編程能力?！緦W(xué)生】閱讀、思考、理解2．算法【課堂提問(wèn)】【教師】隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生回答以下問(wèn)題：什么是算法？算法有哪些特點(diǎn)？【學(xué)生】思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答算法（algorithm）即“計(jì)算方法”，它是解決一種或一類(lèi)問(wèn)題的通用方法和步驟。算法是程序的指導(dǎo)思想，算法設(shè)計(jì)是程序設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。算法一般具備以下5個(gè)特點(diǎn)。（1）輸入。一個(gè)算法應(yīng)當(dāng)有零個(gè)或多個(gè)輸入。（2）輸出。一個(gè)算法應(yīng)當(dāng)有一個(gè)或多個(gè)輸出。（3）有窮性。一個(gè)算法必須在有限的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行有限個(gè)步驟后結(jié)束。（4）可行性。一個(gè)算法中的每一步都應(yīng)當(dāng)可以有效執(zhí)行并得到確切結(jié)果。（5）確定性。一個(gè)算法中的每一步都必須具有確定含義且對(duì)相同的輸入只能得到相同的輸出。常用的算法描述方式主要包括自然語(yǔ)言和流程圖兩種，下面以描述“求x和y兩數(shù)中的較大值”這一問(wèn)題的算法為例進(jìn)行介紹。【課堂提問(wèn)】【教師】隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生回答以下問(wèn)題：用自己的語(yǔ)言說(shuō)一說(shuō)利用程序如何求x和y兩數(shù)中的較大值。【學(xué)生】思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答（1）自然語(yǔ)言描述的算法通俗易懂，條理清晰，具體如下。①輸入x和y的值。②判斷x是否大于y。③如果x大于y，將x賦值給max。④如果x小于等于y，將y賦值給max。⑤輸出max的值。（2）流程圖描述的算法直觀形象，便于理解?！窘處煛慷嗝襟w展示“求x和y兩數(shù)中的較大值”算法的流程圖描述圖，講解新知流程圖是描述算法的圖形工具。【教師】多媒體展示流程圖中常用的圖形表格，講解新知圖形名稱(chēng)用途起止框表示算法的開(kāi)始和結(jié)束輸入與輸出框表示數(shù)據(jù)的輸入和輸出判斷框?qū)σ粋€(gè)給定的條件進(jìn)行判斷，根據(jù)條件是否成立來(lái)決定如何執(zhí)行后續(xù)操作處理框表示算法中的具體處理步驟或流程線控制流程方向連接點(diǎn)連接因換頁(yè)而斷開(kāi)的流程線算法有3種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。這3種基本結(jié)構(gòu)可以是并列或相互包含的關(guān)系，但不允許交叉。下面使用流程圖分別描述這3種結(jié)構(gòu)。（1）順序結(jié)構(gòu)中的各操作按照先后順序依次執(zhí)行。（2）選擇結(jié)構(gòu)又稱(chēng)“分支結(jié)構(gòu)”，該結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)判斷條件，根據(jù)判斷條件成立與否執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。值得一提的是，判斷條件下的操作可以只存在一個(gè)。（3）循環(huán)結(jié)構(gòu)又稱(chēng)“重復(fù)結(jié)構(gòu)”，該結(jié)構(gòu)同樣包含一個(gè)判斷條件，根據(jù)判斷條件成立與否決定是否跳出循環(huán)操作。常見(jiàn)的循環(huán)結(jié)構(gòu)分為當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)和直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)兩種。【提示】【教師】組織學(xué)生閱讀相關(guān)材料，了解兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)的區(qū)別的相關(guān)知識(shí)上述兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)先執(zhí)行判斷條件（P），再執(zhí)行循環(huán)操作（A）；直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)則是先執(zhí)行循環(huán)操作（A），再執(zhí)行判斷條件（P）。此外，判斷條件成立時(shí)，當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)執(zhí)行循環(huán)操作，直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)則跳出循環(huán)操作。【學(xué)生】閱讀、思考、理解二、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序就是使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述的算法。1．程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展【課堂提問(wèn)】【教師】隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生回答以下問(wèn)題：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言經(jīng)歷了哪些發(fā)展階段？【學(xué)生】思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答從計(jì)算機(jī)誕生至今，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展大致經(jīng)歷了機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言3個(gè)階段。（1）機(jī)器語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是最原始的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它由二進(jìn)制形式的操作碼和地址碼兩部分組成。換句話說(shuō)，機(jī)器語(yǔ)言就是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)可直接識(shí)別并執(zhí)行的指令。機(jī)器語(yǔ)言的運(yùn)行效率很高，但同時(shí)也存在難以記憶、閱讀和理解，兼容性較差等缺點(diǎn)。（2）匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言仍然使用操作碼和地址碼，但其分別使用助記符和地址符代替了機(jī)器語(yǔ)言二進(jìn)制形式的操作碼（如用ADD表示“加”，SUB表示“減”等）和地址碼，這使得匯編語(yǔ)言比機(jī)器語(yǔ)言更容易理解和記憶，但使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序的可讀性和可移植性仍然較差。（3）高級(jí)語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言是如今最常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持用戶(hù)通過(guò)接近自然語(yǔ)言的英文語(yǔ)句和數(shù)學(xué)公式編寫(xiě)程序，這使得用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序易讀、易懂、易學(xué)。目前，較常見(jiàn)的高級(jí)語(yǔ)言包括Java、C、C++、C#、Python、PHP等【高手點(diǎn)撥】【教師】組織學(xué)生閱讀相關(guān)材料，了解高級(jí)語(yǔ)言翻譯的相關(guān)知識(shí)高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)的程序必須經(jīng)過(guò)“翻譯”以后才能被機(jī)器執(zhí)行。“翻譯”的方法有兩種，分別是編譯執(zhí)行和解釋執(zhí)行。編譯執(zhí)行是由編譯程序?qū)⒃闯绦蛞淮涡跃幾g成目標(biāo)程序，再由計(jì)算機(jī)運(yùn)行目標(biāo)程序的過(guò)程；解釋執(zhí)行并不形成目標(biāo)程序，是每解釋一句源程序后就提交給計(jì)算機(jī)執(zhí)行一句的過(guò)程。C語(yǔ)言是典型的編譯執(zhí)行的高級(jí)語(yǔ)言，Python是典型的解釋執(zhí)行的高級(jí)語(yǔ)言?！緦W(xué)生】閱讀、思考、理解2．高級(jí)語(yǔ)言的基本元素不同高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法、命令格式有所不同，但大都具備數(shù)據(jù)類(lèi)型、常量與變量、運(yùn)算符、表達(dá)式和函數(shù)等基本元素。下面以Python為例進(jìn)行介紹。（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型。為了更好地處理各種數(shù)據(jù)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言提供了多種數(shù)據(jù)類(lèi)型，常見(jiàn)的包括數(shù)值型、布爾型、字符串、列表等?！窘處煛慷嗝襟w展示常見(jiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型表格，講解新知數(shù)據(jù)類(lèi)型類(lèi)型說(shuō)明示例數(shù)值型分為整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)（即小數(shù)）18、0.13、?175、?12.5布爾型值，表示判斷語(yǔ)句的輸出結(jié)果True、False……(表格剩余內(nèi)容詳見(jiàn)教材)【提示】【教師】組織學(xué)生閱讀相關(guān)材料，了解定義變量的相關(guān)知識(shí)在Python語(yǔ)言中，用戶(hù)可在定義變量時(shí)直接為其賦值，所賦值的數(shù)據(jù)類(lèi)型就是變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型；但一般來(lái)說(shuō)，在高級(jí)語(yǔ)言（如C、Java語(yǔ)言）中往往需要用int（整型）、float（浮點(diǎn)型）、bool（布爾型）等類(lèi)型標(biāo)識(shí)符來(lái)定義變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型?！緦W(xué)生】閱讀、思考、理解（2）常量與變量。常量是指程序運(yùn)行過(guò)程中值不變的量，如32、"茶"等；變量是指程序運(yùn)行過(guò)程中值可以改變的量。使用變量前必須先為其賦值，因?yàn)樽兞恐挥性谫x值后才會(huì)被創(chuàng)建。賦值語(yǔ)句是最基本的程序語(yǔ)句，其格式為“變量名=值或表達(dá)式”。例如，i=3、b=6.2、c=a+b（a、b均已定義）、d='123'等都是賦值語(yǔ)句?！靖呤贮c(diǎn)撥】【教師】組織學(xué)生閱讀相關(guān)材料，了解定義變量的相關(guān)知識(shí)定義變量時(shí)，須遵守一定的命名規(guī)則（如變量名只能包含字母、數(shù)字和下畫(huà)線，且第一個(gè)字符必須是字母或下畫(huà)線），否則將引發(fā)錯(cuò)誤或?qū)е鲁绦驘o(wú)法運(yùn)行。此外，應(yīng)根據(jù)變量的性質(zhì)為其命名，以提高代碼的可讀性，使程序的開(kāi)發(fā)和維護(hù)更方便。【學(xué)生】閱讀、思考、理解（3）運(yùn)算符與表達(dá)式。運(yùn)算符標(biāo)明了對(duì)常量或變量所進(jìn)行的運(yùn)算，運(yùn)算符、常量與變量，以及數(shù)字分組符號(hào)（如括號(hào)）等組合而成的就是表達(dá)式。高級(jí)語(yǔ)言中常用的運(yùn)算符有算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符等。假設(shè)a=3，b=4，下面以此為例，介紹常用算術(shù)運(yùn)算符的含義、功能和示例?！窘處煛慷嗝襟w展示算術(shù)運(yùn)算符表格，講解新知運(yùn)算符含義功能示例+加法運(yùn)算符將運(yùn)算符兩側(cè)的值相加a+b=7?減法運(yùn)算符用運(yùn)算符左側(cè)的值減去右側(cè)的值a?b=?1*乘法運(yùn)算符將運(yùn)算符兩側(cè)的值相乘a*b=12……(表格剩余內(nèi)容詳見(jiàn)教材)關(guān)系運(yùn)算符又稱(chēng)“比較運(yùn)算符”，用于比較運(yùn)算符兩側(cè)的值并返回布爾型數(shù)據(jù)結(jié)果，即“真”（True）或“假”（False）?！窘處煛慷嗝襟w展示關(guān)系運(yùn)算符表格，講解新知運(yùn)算符含義功能示例==等于若運(yùn)算符兩側(cè)的值相等則結(jié)果為真，否則為假x==y!=不等于若運(yùn)算符兩側(cè)的值不相等則結(jié)果為真，否則為假x!=y>大于若運(yùn)算符左側(cè)的值大于右側(cè)的值則結(jié)果為真，否則為假x>y邏輯運(yùn)算符又稱(chēng)“布爾邏輯運(yùn)算符”，主要用于對(duì)多個(gè)表達(dá)式進(jìn)行邏輯判斷?！窘處煛慷嗝襟w展示邏輯運(yùn)算符表格，講解新知運(yùn)算符含義功能示例and與只有運(yùn)算符兩側(cè)的表達(dá)式結(jié)果均為真時(shí)，當(dāng)前表達(dá)式的結(jié)果才為真xandyor或運(yùn)算符兩側(cè)的任何一個(gè)表達(dá)式結(jié)果為真時(shí)，當(dāng)前表達(dá)式的結(jié)果就為真xorynot非當(dāng)運(yùn)算符右側(cè)的表達(dá)式結(jié)果為真時(shí)，當(dāng)前表達(dá)式的結(jié)果為假；當(dāng)運(yùn)算符右側(cè)的表達(dá)式結(jié)果為假時(shí)，當(dāng)前表達(dá)式的結(jié)果為真notx【提示】【教師】組織學(xué)生閱讀相關(guān)材料，了解多個(gè)運(yùn)算符的相關(guān)知識(shí)如果在同一個(gè)表達(dá)式中出現(xiàn)了多個(gè)運(yùn)算符，則要按照運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行運(yùn)算：運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)高的部分先運(yùn)算，運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)相同的部分按從左往右的順序運(yùn)算。不同運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)通常為算術(shù)運(yùn)算符>關(guān)系運(yùn)算符>邏輯運(yùn)算符；同類(lèi)運(yùn)算符通常也存在優(yōu)先級(jí)，如邏輯運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)為not>and>or。此外，表達(dá)式中被括號(hào)括起來(lái)的部分往往優(yōu)先級(jí)最高?！緦W(xué)生】閱讀、思考、理解（4）函數(shù)。函數(shù)是一段具有特定功能的、可重復(fù)使用的代碼。用戶(hù)調(diào)用某個(gè)函數(shù)即可使用其功能，從而大大提高程序的開(kāi)發(fā)效率，降低代碼的重復(fù)率和復(fù)雜性。為了方便用戶(hù)，高級(jí)語(yǔ)言通常都會(huì)內(nèi)置各種功能函數(shù)，如Python中就內(nèi)置了print()、input()、int()等函數(shù)。此外，高級(jí)語(yǔ)言也支持用戶(hù)自定義函數(shù)，用戶(hù)可將需要重復(fù)使用的功能編寫(xiě)為函數(shù)，并在需要時(shí)隨時(shí)調(diào)用/。軟件與軟件工程1．軟件【課堂提問(wèn)】【教師】隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生回答以下問(wèn)題：什么是軟件？【學(xué)生】思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答軟件是指計(jì)算機(jī)完成特定任務(wù)的程序和相關(guān)文檔的集合，它可為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正確、高效地運(yùn)行提供支持。軟件由兩部分組成：一是機(jī)器可執(zhí)行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)；二是與軟件開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)、使用和培訓(xùn)相關(guān)的文檔。程序是按事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的語(yǔ)句序列；數(shù)據(jù)是程序所處理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔則是與程序開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用相關(guān)的各種圖文資料，如各種規(guī)格的說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、用戶(hù)手冊(cè)等。在文檔中通常還記錄著軟件開(kāi)發(fā)的活動(dòng)和階段成果。2．軟件工程軟件工程是指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)的工程學(xué)科，它采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來(lái)開(kāi)發(fā)與維護(hù)軟件，把經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來(lái)，以經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量軟件并有效地維護(hù)它?！菊n堂提問(wèn)】【教師】隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生回答以下問(wèn)題：軟件工程包含哪些內(nèi)容？【學(xué)生】思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答軟件工程研究的內(nèi)容主要包括過(guò)程、方法和工具這三個(gè)方面，也稱(chēng)“軟件工程三要素”。（1）軟件工程過(guò)程。通用的軟件工程過(guò)程框架由溝通、策劃、建模、構(gòu)建、部署和進(jìn)化6個(gè)活動(dòng)組成。（2）軟件工程方法。軟件工程方法為構(gòu)建軟件提供技術(shù)上的解決方法，主要有以下兩種方法。結(jié)構(gòu)化方法：結(jié)構(gòu)化方法是傳統(tǒng)的基于軟件生命周期的軟件工程方法。結(jié)構(gòu)化方法是以軟件功能為目標(biāo)進(jìn)行軟件構(gòu)建的，包括結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)化維護(hù)等內(nèi)容。這種方法主要是通過(guò)數(shù)據(jù)流模型來(lái)描述軟件的數(shù)據(jù)加工過(guò)程，并通過(guò)數(shù)據(jù)流模型，由對(duì)軟件的分析過(guò)渡到對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。面向?qū)ο蠓椒ǎ好嫦驅(qū)ο蠓椒ㄊ菑默F(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物出發(fā)來(lái)構(gòu)造軟件，包括面向?qū)ο蠓治觥⒚嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)、面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)、面向?qū)ο缶S護(hù)等內(nèi)容【高手點(diǎn)撥】【教師】組織學(xué)生閱讀相關(guān)材料，了解結(jié)構(gòu)化方法與面對(duì)對(duì)象方法的區(qū)別的相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)化方法與面向?qū)ο蠓椒ǖ膮^(qū)別如下。結(jié)構(gòu)化方法（面向過(guò)程方法）以功能為中心，數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的函數(shù)相分離，程序的基本構(gòu)成單位是函數(shù)。而面向?qū)ο蠓椒ㄒ詳?shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的函數(shù)被封裝成一個(gè)與外界相對(duì)分隔的對(duì)象，程序?qū)?duì)象視作基本構(gòu)成單位，通過(guò)消息實(shí)現(xiàn)各對(duì)象的通信，使各對(duì)象完成相應(yīng)的操作。常用的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有C語(yǔ)言，常用的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言有Java、C++、C#、Python、PHP等?！緦W(xué)生】閱讀、思考、理解（3）軟件工程工具。軟件工