C語言教學(xué)探討

郭亮　郭海智

摘要：針對C語言教學(xué)過程中存在的問題并結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，提出幾點(diǎn)具體建議。包括從類型和變量出發(fā)，自教學(xué)初期就加強(qiáng)對語言中的一些核心問題講解，并在課程教學(xué)前期的語言基礎(chǔ)部分對此進(jìn)行反復(fù)強(qiáng)調(diào)及緊密聯(lián)系，后期再專注于程序設(shè)計(jì)能力及計(jì)算思維的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：C語言；類型；指針；函數(shù)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）24-0116-02

Abstract： Aiming at the existing problems in the process of C language teaching， combined with personal teaching practice， giving some suggestions. Starting from the types and variables， the suggestions include strengthen the interpretation of some core elements in C language at the primary stage of teaching， emphasize the interrelation of these elements， later stage focus on training the ability of programming and computational thinking.

Key words： C language； type； porinter； function

C語言高效、靈活且兼具高級和低級語言的特點(diǎn)，使其應(yīng)用及影響極其廣泛，并早已成為各大高校的第一門程序設(shè)計(jì)課程。該課程信息量大且地位顯著但授課時間有限，作為重點(diǎn)和難點(diǎn)的指針等概念也提高了學(xué)習(xí)門檻，導(dǎo)致教學(xué)效果普遍不理想，影響了后期多門專業(yè)課程的開展。

1 教學(xué)中的問題

C語言教學(xué)過程中除了需要平衡語言特性和程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)外，還應(yīng)針對教學(xué)對象的特點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容的合理編排，加強(qiáng)各個知識點(diǎn)的聯(lián)系，降低學(xué)習(xí)曲線的陡峭程度。當(dāng)前眾多教材及教學(xué)過程在內(nèi)容編排上采用類似自頂向下的教學(xué)方法，簡述變量、常量等基礎(chǔ)概念后，在控制結(jié)構(gòu)中開始程序設(shè)計(jì)能力的初步培養(yǎng)，到數(shù)組、指針及函數(shù)參數(shù)部分轉(zhuǎn)而強(qiáng)化底層概念，最后通過結(jié)構(gòu)體、綜合示例及簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等回歸到設(shè)計(jì)[1]。這樣的教學(xué)過程可能會使部分學(xué)員在對前期語言基本要素掌握不到位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一些錯誤理解，后期再來修正就比較困難。

結(jié)合個人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及我校的教學(xué)情況，在課程編排上應(yīng)盡早讓學(xué)員理解并熟悉底層概念，盡早引入函數(shù)概念并持續(xù)培養(yǎng)模塊化程序設(shè)計(jì)方法[2]。前期教學(xué)重點(diǎn)講述核心概念及常規(guī)用法，加深學(xué)員對語言整體的理解，后期重點(diǎn)培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)和計(jì)算思維能力①。

2 具體改進(jìn)

2.1 堅(jiān)持清晰第一

任何課程，每次課堂的教學(xué)都應(yīng)遵從清晰第一原則，C語言教學(xué)也不例外。清晰第一的一個功能是重點(diǎn)突出。對C教學(xué)而言，講解所用的代碼表述要保證清晰明了，不要過多討論i+++j等問題，避免由于寫法的技巧性和語法的復(fù)雜性加重學(xué)員學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。有文章列出的一些“有趣C問題”并不能提高大部分初級學(xué)員的興趣，反而可能會使其產(chǎn)生挫敗感并導(dǎo)致厭學(xué)心態(tài)，這樣的東西在教學(xué)初期應(yīng)該適度引入。清晰第一的另一個功能是避免了部分的不可移植性問題及潛在的錯誤。在C語言中存在表達(dá)式計(jì)算的副作用和順序點(diǎn)問題，對int i=1；f（i++）+g（i--）沒有約定是進(jìn)行f（1）+g（1）還是f（1）+g（2），利用本原則可以消除由于此類語義表述所埋下的隱患，突出避免編寫依賴特定計(jì)算順序表達(dá)式的重要性。另外，清晰第一還體現(xiàn)在可讀性上，排版、注釋、標(biāo)識符命名及編程風(fēng)格等方面，需持續(xù)培養(yǎng)學(xué)員良好的編程習(xí)慣，盡力使教學(xué)與實(shí)際開發(fā)保持一致。清晰第一要避免對晦澀用法的講解和考核但不是簡單反對和拋棄慣用的簡潔描述，課堂上應(yīng)該給出習(xí)慣用法以體現(xiàn)C語言的靈活性。

2.2 強(qiáng)化類型概念

類型體現(xiàn)了抽象，抽象是人認(rèn)識客觀世界的主要能力。類型作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心概念在眾多C語言教材中闡述并不多，教學(xué)過程中理應(yīng)讓學(xué)員對此留下深刻印象。講解中通過整數(shù)的補(bǔ)碼表示，字符型的ASCII編碼等讓學(xué)員明確計(jì)算機(jī)對不同信息的分類表示。由此引出，類型約定了表示的形式，進(jìn)而限制了存儲空間的大小和取值范圍。初期講解常量時用printf（ ）的不同格式描述符驗(yàn)證int和double的編碼不同，結(jié)合sizeof運(yùn)算符驗(yàn)證不同類型的存儲大小，并在介紹位運(yùn)算后深入了解整型的補(bǔ)碼編碼方式。利用求余運(yùn)算符的兩個操作數(shù)為整數(shù)而非浮點(diǎn)數(shù)，驗(yàn)證類型對操作的限定，引出類型在另一方面又約束了其上的相關(guān)操作。類型概念應(yīng)該在課程教學(xué)的各個章節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化，比如后續(xù)講解指針運(yùn)算只有加減和比較操作時可再次強(qiáng)調(diào)。同類型之間可直接操作，異類間操作需先統(tǒng)一為同種類型，重視了類型問題也就便于掌握類型轉(zhuǎn)換，減少了轉(zhuǎn)換出錯的概率。面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言強(qiáng)化了C語言本就具有的這個核心概念，并發(fā)展到了一個新高度，C中類型的這兩個能力與面向?qū)ο蟮睦斫饣疽恢?，掌握好該核心概念也有利于后續(xù)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言的學(xué)習(xí)。

2.3 深入理解變量與賦值適度引入指針

C語言兼具高級語言和低級語言的特點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)與內(nèi)存關(guān)系緊密。變量的功用是保存信息以便后續(xù)使用，信息的類型不同變量類型的選擇也就不同。講解時無需簡單羅列所有變量類型，建議把整型變量單拿出來細(xì)講，這樣學(xué)員理解好了一個，也就方便了后續(xù)其他類型的學(xué)習(xí)。讓學(xué)員理解變量名屏蔽了底層地址信息所帶來的使用方便性，以及掌握利用底層地址信息進(jìn)行間接訪問操作的一致性。對整型變量int i；通過printf（“%d，%p”，i，&i）引出%p格式描述符和&取地址運(yùn)算符以驗(yàn)證變量的存儲內(nèi)容和存儲起始地址，并指出變量初始化的重要性。進(jìn)一步用printf（“%d，%p，%d”，i，&i，*&i）引出用地址求值的間接訪問運(yùn)算符*，為指針的引入建立基礎(chǔ)。C語言的賦值并非數(shù)學(xué)中的相等比較，示例中用i=1與j=i，強(qiáng)調(diào)i在等號的左邊表示存儲位置，在等號的右邊表示存儲內(nèi)容，由此引出左值和右值概念，明確左值是能指代存儲空間的對象，從而避免i++++此類錯誤操作。通過賦值操作符設(shè)問如何保存地址信息從而完整地引出指針類型，用示例強(qiáng)化指針相關(guān)的兩個重點(diǎn)操作&，*。再次結(jié)合sizeof查看多個同類型變量的內(nèi)存分布，以引出指針的加減及比較操作，并由不同指針類型間轉(zhuǎn)換引出void *這個類型轉(zhuǎn)換橋梁，以方便后期數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等教學(xué)。至此，完成對指針涉及的所有基礎(chǔ)知識講解，后續(xù)課程重點(diǎn)講其應(yīng)用即可。有了這些概念后引出scanf以盡快開啟交互式程序的設(shè)計(jì)，提高學(xué)習(xí)興趣。

2.4 盡早引入函數(shù)

個人認(rèn)為很多教材將函數(shù)放在課程后半部分講是不合理的。為了便于學(xué)員理解到函數(shù)及模塊化的重要性，盡早接觸到結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想，建議在賦值語句和表達(dá)式之后就以“命名的語句塊”方式初步引出函數(shù)概論以熟悉基本框架和使用，并在后續(xù)章節(jié)逐步深入。在控制結(jié)構(gòu)中結(jié)合函數(shù)進(jìn)行基本編程能力的培養(yǎng)，重視函數(shù)設(shè)計(jì)的通用性[3]。講解函數(shù)時，不必按參數(shù)、返回值等對函數(shù)進(jìn)行分類，重點(diǎn)應(yīng)該從主調(diào)和被調(diào)，從使用和實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)，對比兩者對函數(shù)的關(guān)注點(diǎn)和關(guān)注內(nèi)容的不同，體現(xiàn)出接口的重要性，并讓學(xué)員在設(shè)計(jì)與調(diào)用時做到清晰明了。需強(qiáng)調(diào)函數(shù)參數(shù)的值傳遞方式而無需引入地址傳遞等其他表述以減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。對函數(shù)調(diào)用棧狀態(tài)變化的講解要簡明扼要，以清晰值傳遞的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，并體會語句塊內(nèi)局部變量的概念，為后續(xù)變量作用域和存在期講解打下鋪墊。在具有指針的基礎(chǔ)概念上對比void func1（int a）{a++；}和void func2（int *a）{（*a）++；}，前者用復(fù)印件的類比說明修改不涉及原件，后者用鑰匙的類比說明直接修改原件，以及利用2值交換函數(shù)理解函數(shù)內(nèi)修改函數(shù)外數(shù)據(jù)時利用指針間接訪問所帶來的便利性。由于程序運(yùn)行時存儲在內(nèi)存，其中的所有對象都有地址信息也包括函數(shù)，由此引出函數(shù)指針及其基本用法。關(guān)于遞歸的講解涉及的是程序設(shè)計(jì)方法與機(jī)器細(xì)節(jié)相關(guān)不大，重點(diǎn)通過簡單示例強(qiáng)調(diào)思維方式。對漢諾塔、二叉樹遍歷等經(jīng)典例子以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)內(nèi)容等可在課程的后半部分單設(shè)常用編程技術(shù)章節(jié)專門提高程序設(shè)計(jì)能力。

2.5 清晰數(shù)組概念

由于前述教學(xué)安排，數(shù)組可放到指針及函數(shù)之后講解。對該概念的引入可以提兩點(diǎn)，一是便于大量同類型變量的定義及使用，int a[1000]比a1，a2...a1000方便定義，下標(biāo)操作方便使用；二是內(nèi)存采用連續(xù)地址空間實(shí)現(xiàn)數(shù)組，存儲的空間順序性保證了元素間關(guān)系的順序性，使得數(shù)組成為多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。強(qiáng)調(diào)數(shù)組名代表整個數(shù)組對象從而不具有左值特性，也就無法進(jìn)行整體賦值和a++等操作。對數(shù)組名用sizeof（a）計(jì)算整體占用空間，引出sizeof（a）/sizeof（a[0]）的習(xí)慣用法。強(qiáng)調(diào)數(shù)組名a的類型類似int *const指針，值為頭元素地址，即a等值于&a[0]，可對其加減以獲得特定指向。結(jié)合int （*p）[1000]=&a；指出a，&a二者值相等但類型不，并在示例中利用a+1，&a[0]+1，&a+1結(jié)合內(nèi)存模型進(jìn)行驗(yàn)證。既然數(shù)組名類似指針，也就引出數(shù)組表示和指針表示的統(tǒng)一性，即a[2]等價于*（a+2），由加法交換律*（a+2）等價于*（2+a），也就解釋了2[a]這種奇怪寫法的存在，同理也解釋了1[“abc”]是什么。對數(shù)組用a[-1]，a[-2]示例編譯器不進(jìn)行訪問越界的檢測，體會不可控越界的危險(xiǎn)性。聯(lián)系到函數(shù)參數(shù)傳遞時，用swap（int a[]，int b[]）與swap（int *a，int *b）完成2值交換的一致性驗(yàn)證數(shù)組名退化為指針類型，引出參數(shù)傳遞中一維數(shù)組長度信息的丟失問題，總結(jié)出函數(shù)參數(shù)中應(yīng)該帶入數(shù)組長度信息func（int a[]，int length），并結(jié)合二維及多維數(shù)組再次強(qiáng)調(diào)參數(shù)傳遞忽略最高維的原因。后期涉及結(jié)構(gòu)體講解時，以struct B{ int i[3]；}b1，b2；b2=b1；做對比，突顯出結(jié)構(gòu)體整體賦值的特殊性，并以此討論數(shù)組與結(jié)構(gòu)體在進(jìn)行函數(shù)參數(shù)傳遞的成本問題，以體現(xiàn)指針的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

關(guān)于程序設(shè)計(jì)能力和計(jì)算思維的培養(yǎng)是個長期過程，需要在整個培養(yǎng)體系中利用多門課程和實(shí)踐進(jìn)行貫穿和深入。實(shí)踐證明，當(dāng)前這種教學(xué)編排強(qiáng)化了學(xué)員對上述重要概念的理解，知識點(diǎn)間聯(lián)系更緊密，對事物的前因后果更清晰，在一定程度上減少了學(xué)習(xí)彎路，提高了教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 朱安平.一種C語言函數(shù)教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，36（S1）：139-142.