C程序設計階段式分層實驗教學探究

曹海英+元元+郝兵

摘要：在C語言課程的教學中不僅要讓學生掌握C語言語法與程序結(jié)構，更重要的是培養(yǎng)學生掌握常用的算法并且能夠利用計算機語言設計程序，解決實際問題的能力。實踐能力的培養(yǎng)主要依靠實驗教學，高校需要重視C語言的實驗教學，在開展實驗教學時可以依據(jù)學生對知識掌握、應用的認知規(guī)律，進行分層試驗教學。

關鍵詞：程序設計；實驗；教學；分層

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）34-0128-02

大多數(shù)的理工科院系都選擇C語言作為程序設計學習的入門課程，因為C語言語法結(jié)構簡潔精妙，程序代碼少，運行效率快且高效，程序設計人員都愿意使用C語言去描述算法，所以想提高利用計算機求解問題的能力，就必須掌握C語言。C語言能夠深入系統(tǒng)底層，用C語言可以編寫設備驅(qū)動程序和操作系統(tǒng)。很多新型的語言都是衍生自C語言，如C++、Java、C#，掌握了C語言，有了C語言的基礎，經(jīng)過簡單的學習，就可以用這些新型的語言去開發(fā)軟件。從上可知C語言在程序設計中占據(jù)重要的地位。

1 C程序設計教學內(nèi)容

C程序設計作為高校的計算機基礎核心課程，教學過程中不僅要讓學生掌握C語言語法與程序結(jié)構；更要通過該門課程的教學讓學生掌握一定的程序設計算法與思想，培養(yǎng)學生利用計算機求解問題的能力。提高C語言編程能力必須依靠一個又一個上機實驗，不斷地“思考——編程—調(diào)試—運行—測試—反思”，這就需要保證C語言程序設計課程的實驗教學學時。但隨著高校教學改革的不斷深入，教學課時在不斷的縮減，因此需要教師在教學的過程中，不能面面俱到的講授，而是必須梳理知識脈絡，以“理論夠用，突出實踐”為原則，將課程教學內(nèi)容進行整合優(yōu)化，形成教學內(nèi)容邏輯框架，如圖1所示。

2 階段式分層實驗教學

C程序設計課程的實驗教學環(huán)節(jié)在課程教學中具有重要的作用，充分利用有限的實驗學時開展高效的實驗教學，可以幫助學生理解程序設計的思想，學會運用理論知識編程解決實際問題。按照學生的認知規(guī)律和軟件工程思想，在實驗教學時，可進行階段式分層實驗教學。

2.1 階段式實驗教學

第一階段：引起求知欲。為了提高學生實踐應用能力，需要在有限的學時內(nèi)組織好實驗教學。教學應從誘發(fā)和激起求知欲開始，讓學生產(chǎn)生知與不知的矛盾，激發(fā)起求知的內(nèi)在動力。可以采用生活中的原型實例，例如：在學習switch語句設計多分支選擇結(jié)構程序時，可以引入銀行排隊系統(tǒng)的小票、政務大廳服務選項選擇等實例，通過提出這些身邊的依據(jù)數(shù)字選擇進行服務的實例是如何通過switch語句實現(xiàn)的問題，必定能引起學生的學習興趣，再逐步引導學生利用switch語句設計程序，解決該類問題。

第二階段：引導設計算法，找出解決具體問題的數(shù)學模型，確定使用計算機思維解決問題的基本思想方法和步驟。通過算法的表示方法如：自然語言、結(jié)構化流程圖、偽代碼等對解決問題采取的方法和步驟進行具體的描述。包括需要什么數(shù)據(jù)（輸入什么數(shù)據(jù)、處理什么數(shù)據(jù)，輸出什么結(jié)果）；采用結(jié)構化程序設計中的順序結(jié)構、選擇結(jié)構、循環(huán)結(jié)構中的什么結(jié)構；使用什么語句以及如何安排這些語句等。建議選擇使用結(jié)構化流程圖來描述算法，并且可以直接在RAPTOR軟件中繪制流程圖，驗證算法是否正確。

第三階段：利用最新學習的C語言的知識與技能，實現(xiàn)程序編寫。在編寫程序時要注重培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的程序設計風格。編寫的源程序要文檔化，標識符應按意取名，復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構、程序的主要功能應加注釋。程序中語句構造的原則是：簡單直接，不能為了追求效率而使代碼復雜化。不要一行多個語句，不同層次的語句采用縮進形式，使程序的邏輯結(jié)構和功能特征更加清晰。

第四階段：程序測試與錯誤分析，調(diào)試，修改程序。通過程序的測試可以發(fā)現(xiàn)程序中的Bug，調(diào)試解決這些Bug，是提高程序設計能力的最有效的手段。程序出錯可以分為：編譯錯誤，鏈接錯誤，運行錯誤。在程序?qū)W習初期，常會犯前兩種錯誤，主要是不熟悉C語言的語法，或者是調(diào)用標準庫函數(shù)時，函數(shù)名沒有拼寫正確，這樣的錯誤通過引導學生學會查看Message窗口的提示信息，找到錯誤的位置，修改即可。最難的是運行錯誤，可能出現(xiàn)程序無法正常運行，或者使用測試用例進行測試時，運行的結(jié)果與預期不一致。對于程序無法運行，往往在程序中存在隱藏的邏輯錯誤，不容易發(fā)現(xiàn)，在調(diào)試時可以引導學生合理的使用調(diào)試工具：設置端點、單步跟蹤、監(jiān)視窗口；并且合理配合調(diào)試方法：逆向推理、分治排除、縮減輸入等。找出程序錯誤，促使程序正常運行。

程序能夠正常運行時要設置典型的測試用例，根據(jù)要測試程序的結(jié)構還是測試程序的功能，分別進行軟件工程中的白盒測試與黑盒測試。這樣可以培養(yǎng)學生以軟件工程的思維去開發(fā)程序，使學生在學習程序設計的初級階段就樹立正確的軟件工程觀點。這樣做不僅可以為學生將來從事計算機應用設計打下良好的基礎，而且有利于培養(yǎng)學生分析問題的完整性，提高學生的解決實際問題的能力。

第五階段：優(yōu)化程序，找出最優(yōu)的解決方法。在實驗教學中，相同的實踐內(nèi)容，學生可以給出很多的解決問題的方法，通過教師的引導，讓學生發(fā)現(xiàn)自己的程序設計的不足，優(yōu)化算法、優(yōu)化代碼。算法優(yōu)化主要考慮時間復雜度、空間復雜度的問題，需要程序執(zhí)行所耗費的時間要少，并且程序在運行過程中占用臨時存儲空間小。代碼優(yōu)化一般需要與算法優(yōu)化同步進行，代碼優(yōu)化主要涉及具體的編程技巧。同樣的算法與功能，不同的寫法也可能讓程序效率有差異。一般而言，代碼優(yōu)化主要是針對循環(huán)結(jié)構進行分析處理。

2.2 分層實驗教學

在C語言的學習中要求學生程序設計的能力在教學中逐層提高，從基本的程序設計，到涉及數(shù)組、結(jié)構體、指針的中級程序設計能力，以及涉及文件的高級程序設計能力。在進行實驗教學設計時可以設計綜合型的實踐內(nèi)容，比如學生點餐系統(tǒng)，在學習的過程中，分層次逐步完善系統(tǒng)功能，如表1所示。

相同的內(nèi)容可以根據(jù)學生對知識的掌握規(guī)律即認識、理解、掌握、應用，分層設計實驗教學內(nèi)容。實驗教學內(nèi)容層次分為驗證型、應用型、綜合型、設計型。實驗教學的難度逐層遞進、在不斷的實踐中逐步提高其C語言的編程水平。

3 結(jié)束語

學習程序設計語言的目的不僅僅是掌握知識點，還要理解程序設計的思想，學會運用理論知識編程解決實際問題。實驗教學不僅可以使學生加深對理論知識的理解，強化記憶，而且可以很好地鍛煉學生的實際動手操作能力，培養(yǎng)其邏輯思維方式和計算思維方式，引導學生學會如何應用所學知識解決實際問題。想要提高實驗教學的教學質(zhì)量，需要根據(jù)學生學習的規(guī)律與實際情況不斷地進行教學探索。

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