計算思維與實例相結(jié)合為導(dǎo)向的C語言公共課教學(xué)研究

□任仲晟

計算思維與實例相結(jié)合為導(dǎo)向的C語言公共課教學(xué)研究

□任仲晟

C語言程序設(shè)計是一門重要的公共基礎(chǔ)課，傳統(tǒng)的教學(xué)過程存在一些弊端，諸如過多地強(qiáng)調(diào)語法規(guī)則，簡單乏味的程序示例等。本文倡導(dǎo)在教學(xué)過程中引入計算思維和實例相結(jié)合為導(dǎo)向的實例教學(xué)法，讓學(xué)生從現(xiàn)實逐步過渡到抽象的C語言程序世界，掌握用計算機(jī)來求解生活中的問題的方法。通過實例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生對課程的興趣愛好，以及學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性，并最終提高他們的計算思維能力。

計算思維；實例教學(xué)；公共課改革

近年來，有關(guān)計算思維在程序設(shè)計類課程中的研究層出不窮，大量文獻(xiàn)都對此進(jìn)行了探討。所謂計算思維指的是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。

一、教學(xué)對象分析

作為一門重要的公共課，C語言程序設(shè)計課程面向的是廣大非計算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生。與計算機(jī)本專業(yè)的學(xué)生相比，這些學(xué)生無論在知識背景還是在認(rèn)知程度上，層次差異更加明顯。這些學(xué)生中的大多數(shù)學(xué)習(xí)C語言的目的并不是成為一名程序員，而是掌握程序設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)習(xí)利用計算機(jī)解決問題，提高自身邏輯思維能力，一定程度上為學(xué)習(xí)自己本專業(yè)的課程打下良好的基礎(chǔ)。此外，自身的學(xué)科背景差異，導(dǎo)致很大一部分非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生對C語言課程的興趣程度不高。

二、計算思維研究

根據(jù)周以真教授的論述，計算思維的本質(zhì)應(yīng)該是問題的抽象、計算機(jī)的映射和自動化的求解。用C語言的觀點看：面對一個現(xiàn)實生活中的復(fù)雜問題，采用分而治之的思想對其進(jìn)行劃分，亦即將一個現(xiàn)實問題做抽象化的同時進(jìn)行子問題的分解，利用函數(shù)求解子問題，通過程序的邏輯跳轉(zhuǎn)和控制來實現(xiàn)原問題的求解。數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、遞歸等等都是C語言里面的常見概念，故而計算思維與C語言程序設(shè)計有著一種天然的聯(lián)系。但由于計算思維強(qiáng)調(diào)的是抽象和自動化，對前文曾經(jīng)分析過的學(xué)生來說，存在一定的距離，故而需要依托另外一種理念來幫助，這種理念就是下文提到的實例導(dǎo)向。

三、實例導(dǎo)向應(yīng)用

盡管計算思維強(qiáng)調(diào)了C語言課程的教學(xué)本質(zhì)和重點難點，但是結(jié)合教學(xué)對象的實際情況，我們認(rèn)為，在把握計算思維的同時，更應(yīng)該堅持面向?qū)嵗慕虒W(xué)思路。實例教學(xué)更加側(cè)重具體的示例（案例、樣例)在教學(xué)過程中的應(yīng)用，它能充分彌補(bǔ)計算思維的不足，將抽象變成具體，由具體到抽象，讓學(xué)生在具體和抽象之間游刃有余，融會貫通。近年來關(guān)于實例教學(xué)的研究也有很多，有興趣的讀者可以查閱相關(guān)文獻(xiàn)。

四、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

結(jié)合上述分析，我們選取一個具體的例子來描述這二者相結(jié)合的C語言公共課的教學(xué)。作為教學(xué)的實例，題目應(yīng)當(dāng)是學(xué)生相對熟悉的，這樣才能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，避免學(xué)生由于程序語言枯燥、煩瑣的語法規(guī)則而失去對學(xué)習(xí)興趣。

基于上述考慮，本次選擇的實例是“石頭剪刀布”小游戲的設(shè)計與實現(xiàn)。該實例覆蓋的知識點有：數(shù)據(jù)類型的使用，輸入輸出函數(shù)的應(yīng)用，某一特定區(qū)間范圍隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生與使用，循環(huán)結(jié)構(gòu)的使用，指針數(shù)組的定義與使用，函數(shù)的定義與調(diào)用等等。這些知識點都是C語言程序設(shè)計中必備且重要的，是學(xué)習(xí)的重點與難點。如果對這些知識點進(jìn)行單一的講解，則容易給人支離破碎的感覺，并陷入程序語言語法漩渦的怪圈。我們應(yīng)該站在全局的高度，通過實例融合各知識點，并引導(dǎo)學(xué)生對程序設(shè)計的全過程有一個全面的感性認(rèn)知。

首先，根據(jù)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)的要求，程序的數(shù)據(jù)和指令都必須放置于內(nèi)存，而后才能逐條指令地分析和執(zhí)行。我們就可以這么告訴學(xué)生：現(xiàn)在我們用C語言和計算機(jī)交流，讓計算機(jī)幫我們做一件事情（能夠和人類玩石頭剪刀布的游戲)。所以在交流的時候，首先要注意交流的語法規(guī)范，才能保證對方能夠聽得懂，其次既然是讓計算機(jī)做一件事情（執(zhí)行一系列的計算)，就得先提供數(shù)據(jù)給它。為了提供數(shù)據(jù)，我們又該先在內(nèi)存開辟足夠的空間，用于存儲數(shù)據(jù)。那么這個空間該開辟多大呢？為了給不同的數(shù)據(jù)量身定做一個空間，數(shù)據(jù)類型的概念和變量的定義就引入了。

其次，平時在玩這個游戲時，我們是用手勢來表示不同的對象（石頭、剪刀、布)，那么在計算機(jī)內(nèi)部，又該如何處理呢？計算機(jī)可無法用“手”來表示。計算思維的抽象化在這個時候可以得到體現(xiàn)。我們可以引導(dǎo)學(xué)生，對于不同的手勢，我們可以利用不同的整數(shù)來表達(dá)，例如0，1，2分別表示石頭、剪刀和布。所以出手勢的過程，就相當(dāng)于產(chǎn)生數(shù)字0，1，2的過程。人的手勢就用輸入來實現(xiàn)，讓用戶輸入一個整數(shù)來表達(dá)自己的手勢。而計算機(jī)如何產(chǎn)生一個整數(shù)呢？這不就是生成一個0～2區(qū)間隨機(jī)整數(shù)嘛！rand（)函數(shù)就引入了。不僅在手勢表示的時候有一個抽象的過程，更重要的游戲規(guī)則又該如何表示呢？此時，我們可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生。為了描述游戲過程中的游戲規(guī)則，我們可以先在稿紙上畫出一張二維表格，如表1所示（輸贏從玩家角度描述)。

表1 實例游戲規(guī)則表

面對這么一張由行列構(gòu)成的二維表格，學(xué)生便會發(fā)現(xiàn)，這不就是一個二維矩陣嘛！既然講到了二維數(shù)組，我們又可以借勢引導(dǎo)學(xué)生，這個用于描述游戲規(guī)則的二維數(shù)組又該定義成什么類型呢？觀察發(fā)現(xiàn)，這個二維數(shù)組的每個元素就是玩家與電腦PK的輸贏結(jié)果。進(jìn)一步地，我們還可以在表1的基礎(chǔ)上做個改進(jìn)，將“平”“輸”“贏”這些字眼改造成“打成平手”“Sorry，你輸了”“恭喜你，贏啦”，如此一來，將游戲規(guī)則二維數(shù)組每個元素看成是一個字符串就是水到渠成的事情了。綜上，類似 char＊gameRule［］=｛“打成平手”“Sorry，你輸了”“恭喜你，贏啦”｝這樣的二維指針數(shù)組就產(chǎn)生了。

再次，如何描述整個游戲的過程呢？如果照本宣科地念課本，一般就是介紹順序、循環(huán)和選擇三種結(jié)構(gòu)，而學(xué)生則會陷入它們的語法結(jié)構(gòu)，例如if和else的配對關(guān)系，for表達(dá)式的描述等等，而忽略了這些結(jié)構(gòu)背后的內(nèi)在要素。結(jié)合“石頭剪刀布”游戲，我們可以先讓學(xué)生回憶并感受一下平時的游戲過程。通常游戲的雙方會進(jìn)行多輪的PK，甚至還會在輸贏的基礎(chǔ)上弄個獎懲措施。每次PK的過程，都是雙方出手勢、比輸贏、獎懲這三部曲，結(jié)合C語言，容易得到這就是一個循環(huán)結(jié)構(gòu)的結(jié)論。一旦介入到循環(huán)結(jié)構(gòu)，又會自然地引導(dǎo)學(xué)生思考循環(huán)的條件，引入break等機(jī)制的描述。這樣若干知識點的教學(xué)就串在了一起，給人一種天衣無縫的感覺，而不是突兀的語法規(guī)則的堆砌。

囿于文章篇幅的關(guān)系，本文不再一一列舉游戲的其他方面。我們只是希望在此能夠拋磚引玉，展示一下計算思維與實例教學(xué)二者的結(jié)合。這種教學(xué)理念有其合理的一面，在未來的教學(xué)實踐過程中，我們將進(jìn)一步予以研究，并跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

[1]朱世敏,孫桂芳,張重陽等.C語言程序設(shè)計教學(xué)中計算思維的培養(yǎng)[J].Proceedings of Conference on Creative Education(CCE 2014)

[2]李妮.基于計算思維能力培養(yǎng)的C語言程序設(shè)計課程改革[J].運城學(xué)院學(xué)報,2014,32(5):72-74.

[3]劉紅霞.基于計算思維的C語言程序設(shè)計教學(xué)模式改革[J].大學(xué)教育,2015,(8):116-117.

[4]潘亞平,徐燕.基于計算思維的計算機(jī)程序設(shè)計課程的教學(xué)改革與實踐[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(人文社會科學(xué)版),2012,10(23):76-78.

（編輯：王春蘭）

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1671-0568（2016)26-0094-02

任仲晟，碩士，福建師范大學(xué)講師。研究方向：數(shù)據(jù)庫理論與應(yīng)用、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、計算機(jī)公共課教學(xué)改革等。