基于工程實踐能力培養(yǎng)的C語言教學(xué)改革

摘 要：針對C語言教學(xué)存在枯燥、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、以及不能很好地利用C語言解決實際工程問題，本文首先分析了C語言本質(zhì)是人們利用計算機解決實際問題的一種交互工具，確定了C語言教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生利用計算機為人類服務(wù)的工程實踐能力。改革教學(xué)內(nèi)容，從以前注重C語言語法知識和案例的講解，轉(zhuǎn)變?yōu)閷栴}進(jìn)行求解能力的培養(yǎng)。教學(xué)地點從教室轉(zhuǎn)到實驗室，教學(xué)方式采用邊講邊練方式，通過這些教學(xué)改革，使教學(xué)不再局限于C語言的語法規(guī)范和例題的講解，而是致力于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決實際問題的工程實踐編程能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：C語言；程序設(shè)計；工程實踐；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.4；TB-4

C語言以其限制少、使用方便靈活、功能強、直接操縱硬件等諸多優(yōu)點贏得眾多程序設(shè)計人員的喜愛，它是程序設(shè)計的主要工具之一[1-2]，是計算機及相關(guān)專業(yè)程序設(shè)計的基礎(chǔ)課程，也是大部分學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的第一門課程。由于初學(xué)者缺乏計算機基礎(chǔ)知識，同時由于初次接觸程序設(shè)計，許多學(xué)生對類英文的C程序能實現(xiàn)特定的功能感到不可思議。學(xué)習(xí)過程中，C語言具有抽象、邏輯性強、使用靈活等特點[2-4]，容易使得學(xué)生感覺這門課程枯燥無味，找不到編程的感覺，學(xué)生不能體會到它的實用性、藝術(shù)性，從而喪失對該課程學(xué)習(xí)的積極性，且遇到難以解決的編程問題（如：語法問題、編譯問題、邏輯問題等）容易放棄。

同時，C語言作為一門實踐性很強的課程，實踐能力的培養(yǎng)是學(xué)好C語言的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的方法只注重C語言語法知識（理論講解）和基本案列的講解的，上課時盡管學(xué)生聽懂教師所講解內(nèi)容，但下課實踐時對題目產(chǎn)生無法下手的感覺。因此，為了改善C語言教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，需要對現(xiàn)有的C語言教學(xué)進(jìn)行改革，以符合C語言是人操作計算機的一個工具的特征。

1 明確教學(xué)目的

C語言的教學(xué)中，絕大多數(shù)教師認(rèn)為C語言程序設(shè)計終極目的就是培養(yǎng)學(xué)生的編程能力。這種認(rèn)知存在很大的偏差。使用計算機完成人們預(yù)先給定的任務(wù)，必須告訴計算機“做什么”以及“怎樣做”（計算機其實是很“笨”的）；反之，計算機完成任務(wù)時，要將計算得到的結(jié)果反饋給用戶，因此，就產(chǎn)生了計算機和人之間通信的問題。人機通信需要信息的載體，這種信息的載體既要被計算機“理解”，也要被人所理解，而“語言”是最好的人機通信的工具。自然語言存在詞匯量大、語法復(fù)雜、語義常出現(xiàn)二義性、語義的理解依賴上下文、以及某些語義不能用符號描述等問題，因而不能作為人機通信工具。這樣一來，迫使人們不得不設(shè)計出詞匯量較小、語法簡單、語義明確的并且適用于計算機描述的語言，這樣的語言稱為“程序設(shè)計語言”（或人工語言）。人工語言有很多，如PASCAL、FORTRAN等，而C語言只是其中的一種人工語言（人工語言的本質(zhì)是人機通信工具）。因此，從這個角度看，C語言教學(xué)目的重點不在C語言語法本身，而在于培養(yǎng)學(xué)生利用計算機這個工具為人類服務(wù)的工程實踐能力，在這個大目的下，最重要的是培養(yǎng)學(xué)生利用計算機這種特殊的工具分析問題、解決問題、并最終將分析問題所得求解問題的精確步驟（即算法）用C語言的語法設(shè)計的程序進(jìn)行驗證的工程實踐能力的培養(yǎng)。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

程序設(shè)計是一種具有創(chuàng)造性的工作，程序設(shè)計具有一定的抽象性，它用數(shù)學(xué)的方法去描述一些問題[5]。因此，在C語言課程教學(xué)中，必須打破舊有的教學(xué)模式和知識體系，從以前注重C語言語法知識（理論講解）和基本案例的講解的，轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅啬芰Φ呐囵B(yǎng)，在教學(xué)的過程中不能單單滿足于授予學(xué)生多少知識內(nèi)容，而是要加強學(xué)生獨立分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。教學(xué)中，在對每個案列講解時都必須做如下的分析：首先分析程序?qū)⑻幚淼臄?shù)據(jù)以及處理之后的結(jié)果是什么：即哪些是給定的數(shù)據(jù)（顯式/隱式，隱式數(shù)據(jù)必須充分分析給定案列才能得到）、哪些是需要輸入的數(shù)據(jù)（包含數(shù)據(jù)的基本類型）、程序有無輸出？若有，哪些需要輸出。其次，確定求解問題的難點和關(guān)鍵點，對難點和關(guān)鍵點進(jìn)行重點分析，分解到難點和關(guān)鍵點前一步需要做什么，中間過程做什么，最后做什么？當(dāng)分析、難點和關(guān)鍵點問題解決后，就可給出解題思路，形成算法，直至最后代碼的編寫。

其次，是抽象能力的培養(yǎng)。將程序中出現(xiàn)的某些數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象，找出數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，得到問題求解的一般化過程處理方法。

下面以求：1+2+…+100為例，給出分析問題、問題抽象等的過程。

第一步：分析，首先分析問題的功能：求和；再次分析問題的輸入輸出，輸入：無；輸出：1-100數(shù)之和。

第二步：重點分析如何求和？

解決方法：采用小學(xué)生初次拿到該題目時的做法，是多數(shù)學(xué)生能想到的辦法（也是一種“笨”方法，而這種“笨”方法又特別適合找出問題求解的一般規(guī)律，特別適合用程序代碼實現(xiàn)），具體過程如表1所示。

表1 求和問題過程描述

問題抽象：在表1所列步驟中，第1步加2，第2步加3，…，第99步加100，可看出其規(guī)律為：被加數(shù)是次數(shù)+1；其次：每次和的結(jié)果為：上一次的和+被加數(shù)，因此，根據(jù)C語言賦值語句特點，將上面得到的結(jié)論抽象為：和=和+被加數(shù)（這里的“=”是C語言中的賦值符號）。

變量的定義：大多數(shù)學(xué)生對一個程序中到底需要多少個變量很迷茫，一種簡單有效的原則：需要變量時在變量定義部分增加即可；同時確定每個變量在整個程序設(shè)計中扮演的角色（一個變量可能扮演多個角色）。根據(jù)上面的分析，該程序所需的變量個數(shù)為2個：一個是次數(shù)（該變量還承擔(dān)被加數(shù)的角色）；一個是和值變量（承擔(dān)中間結(jié)果、最終結(jié)果這2個角色）。

初始狀況：和的初始情況：認(rèn)為第1步之前還做了一步求和的操作，按照問題抽象步驟可寫：和=和+被加數(shù)的形式，因此可得到：和+1=1，這個和就是和變量的初始情況，其值為0；其次：做的次數(shù)是從1開始，因此：次數(shù)的初始值為1。

結(jié)束和循環(huán)條件：最后被加的那個數(shù)是100，前面的被加數(shù)均小于100，因此結(jié)束條件就是被加數(shù)大于100，從而根據(jù)結(jié)束條件確定循環(huán)條件為被加數(shù)≤100。

算法描述：通過上面的分析很容易給出該問題的求解過程：初始化和及被加數(shù)的值、當(dāng)被加數(shù)小等于100時不停求和及改變被加數(shù)、最后輸出結(jié)果。

至此，很容易根據(jù)C語言的語法編寫出相應(yīng)的程序代碼了。當(dāng)學(xué)生對問題分析能力得到培養(yǎng)和鍛煉后，面對更復(fù)雜的問題就能找解決問題的方法和切入點，而不至于拿到存在問題無法下手的感覺。

3 教學(xué)模式的改革

教學(xué)改革：一般的C語言教學(xué)中，都是語法規(guī)則的講解，然后是例子講解，最后是工程實踐。到最后，語法規(guī)則講完課程也結(jié)束了。這種教學(xué)固然嚴(yán)謹(jǐn)，但存在一些問題：一是方式比較枯燥，學(xué)生比較容易失去興趣；二是容易學(xué)生上課聽懂，下課實踐時對題目無法下手的感覺。三是容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生這樣的誤解，學(xué)習(xí)語法知識是為寫程序而學(xué)，不是為解決問題學(xué)。因此面對實際問題就無從下手，不知所措。四是容易讓產(chǎn)生惡性循環(huán)影響，使得教師在后續(xù)程序設(shè)計課程（如VC++、Java、C#等），仍然采用這樣的方式、方法去講解，使得學(xué)生始終不能用掌握到的編程工具解決實際工程項目問題。因此，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，直接在實驗室進(jìn)行教學(xué)，采用邊教學(xué)邊讓學(xué)生親自動手實踐體會各個知識點；其次，改變傳統(tǒng)教學(xué)中只關(guān)注正確格式的書寫，采用正確格式+錯誤格式教學(xué)模式，教學(xué)過程中有意在程序代碼中寫成錯誤的格式或使用學(xué)生錯誤的程序代碼進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)效果比全部使用正確代碼教學(xué)的效果好許多。

考核改革：改變期末“筆試”這種單一的、“一考定終身”式的考核方式，重視對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和工程實踐能力的考核。變單一考核為復(fù)合考核，從多個方面對學(xué)生進(jìn)行考核。改變課程總成績構(gòu)成，由平時成績、實踐（實驗）成績、階段考核3個部分構(gòu)成，每部分所占的比例為：25%、35%、40%。平時成績考核包括出勤、隨堂實訓(xùn)、課堂提問、作業(yè)等的考核。實踐（實驗）成績針對課程的實驗進(jìn)行考核，要求每個實驗均要提交實驗報告；階段考核將學(xué)習(xí)的內(nèi)容分為5個模塊（基礎(chǔ)語法知識、程序設(shè)計結(jié)構(gòu)、數(shù)組及自定義數(shù)據(jù)、函數(shù)和指針、文件操作），每個模塊教學(xué)結(jié)束就分段考試，不再組織期末考試。

實踐改革：C語言作為一門實踐性很強的課程，實踐能力的培養(yǎng)是學(xué)好C語言的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。大實驗+小實驗方式，大實驗根據(jù)需要設(shè)計3-5個；每次實驗需要學(xué)生編寫一個實踐報告，報告的主要內(nèi)容包括：算法或關(guān)鍵技術(shù)介紹、實驗代碼、實驗過程（包括：編譯過程中的代碼出錯、原因分析及修改；多組測試數(shù)據(jù)及對應(yīng)的測試結(jié)果）、算法的改進(jìn)、程序的實現(xiàn)、體會及編程心得（含多種方法實現(xiàn)該算法以及對算法執(zhí)行時間進(jìn)行改進(jìn)等）。通過實踐報告的撰寫，進(jìn)一步熟悉C語言的語法知識，深入了解該算法，培養(yǎng)高效、精煉的編程風(fēng)格。

4 結(jié)論

本文針對C語言教學(xué)中存在的問題，分析了C語言的本質(zhì)，并從教學(xué)目的的明確、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)地點和方式、實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，以適應(yīng)C語言一種人機通信工具本質(zhì)。著重培養(yǎng)學(xué)生利用計算機這個工具為人類服務(wù)的工程實踐能力，即：培養(yǎng)學(xué)生利用計算機這種特殊的工具分析問題、解決問題、并最終將分析問題所得求解問題的精確步驟用C語言的語法設(shè)計的程序進(jìn)行驗證的工程實踐能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚浩強.C程序設(shè)計（第四版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[2]Kernighan B W， Ritchie D M. The C Programming Language（2nd Edition）[M].Prentice Hall，2001.

[3]Peter Rinz，Tony Crawford.C：In a Nutshell[M].Reilly Media，2006.

[4]Donald E. Knuth. The Art of Computer Programming[M].Addison-Wesley，2002.

[5]雷學(xué)生，胡多.C語言程序設(shè)計教學(xué)方法探討[J].計算機教育，2007（6）：41-43.

作者簡介：陳慶利（1975-），男，四川眉山人，副教授，博士，研究方向：數(shù)字圖像處理。

作者單位：樂山師范學(xué)院 計算機科學(xué)學(xué)院，四川樂山 614000

基金項目：樂山師范學(xué)院教學(xué)模式與方法改革試點項目《C語言程序設(shè)計》。