基于可解釋的C語言程序設(shè)計教學案例分析

【摘要】C語言程序設(shè)計是計算機專業(yè)的核心專業(yè)平臺課程，掌握C語言程序設(shè)計的設(shè)計思想是關(guān)鍵。從一個教學案例出發(fā)提出可解釋的C語言程序設(shè)計的教學思路，希望對C語言程序設(shè)計的教學得到一些交流和啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】可解釋性;C語言;程序設(shè)計;教學案例

前言：當前，作為人工智能技術(shù)核心內(nèi)容的機器學習、深度學習已經(jīng)成為學術(shù)界和工業(yè)界的一個熱門話題。然而，一直以來，基于機器學習、深度學習的模型可解釋性很差。因此，僅僅考慮機器學習、深度學習所遵循的 “輸入輸出滿足”原則對某些問題而言可能是遠遠不夠的。追求因果關(guān)系是科學研究的一個持續(xù)動力，我們應(yīng)該考慮模型對問題世界的可解釋性。

C語言程序設(shè)計的課程教學不僅要充分考慮與計算機組成原理（硬件）、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（軟件）的緊密聯(lián)系，還要注重每個概念、問題背后的可解釋性，不讓學生陷入“計算機是一個黑匣子”學習誤區(qū)。本文從一個教學案例出發(fā)，提出可解釋的C語言程序設(shè)計的教學思路，希望對C語言程序設(shè)計的教學得到一些交流和啟發(fā)。

1. 案例提出

例題求方程ax2+bx+c+=0的實數(shù)解。

編程如下：

01 #include<stdio.h>

02 #include<math.h>

03 void main（）

04 {

05 float a，b，c，x1，x2，disc;

06 printf（“input a，b，c： ”）;

07 scanf（“%f%f%f”，&a，&b，&c）;

08 if （fabs（a）<1e-6）

09? ? printf（“The question is not a quadratic”）;

10 else

11 {disc=b*b-4*a*c;

12 if（disc<0）

13 printf（“The question has not real root”）;

14 else

15 if（fabs（disc）<1e-6）

16 printf（“The equation has two equal roots：%8.4f，-b/（2*a）”）;

17 else

18 {x1=（-b+sqrt（disc）/（2*a）;

19 x2=（-b-sqrt（disc）/（2*a）;

20 printf（“The question has distinct real roots：%8.4f，%8.4f，x1，x2”）;

21 }

22 }

23 }

學生提出問題，程序的第08和15行，好像跟自己的理解不一樣。學生認為第08行是表示a=0，判別是否為一元二次方程。第15行是判別式disc=0，判別是否有兩個相等的實數(shù)根，為什么要寫成fabs（a）<1e-6和fabs（disc）<1e-6呢？這是一個好問題。

2. 案例解釋：C語言中“0”的認識

這個問題可以歸結(jié)為C語言中的“0”的認識問題。作為“0”，在計算機的內(nèi)存中、輸入、輸出時將以怎樣的形式存在？首先，我們思考一下，計算機是一個資源有限的機器。因此，對于僅有的CPU、內(nèi)存等資源管理十分嚴格。其次，我們先前定義了變量int m;這是給變量m定義一個變量類型，給變量x分配內(nèi)存空間大小;還有變量名m是給變量一個存取的地址。

接下來，我們看第05行我們定義了變量a，disc是float類型變量，輸出是%f格式。再看一下%f對應(yīng)的輸出格式表示什么？表示按小數(shù)形式輸出十進制實數(shù)（單精度），并輸出6位小數(shù)。

總之，在C語言中“0”的存在形式是這樣的，絕對值小于10-6 的實數(shù)是被認定為“0.000000...”。這就是對變量的值在計算機的內(nèi)存中如何存、如何取、如何輸入、如何輸出的解釋。

3. 解釋的循環(huán)

實驗設(shè)計 在Dev_C++6.0平臺驗證“0”的輸入輸出及其表示。

編寫程序：

#include<stdio.h>

void main（? ）

{float a，b，c，d;

printf（“print a，b，c，d：”）;

scanf（“%d%d%f%f”，&a，&b，&c，&d）;

printf（“%d%d%f%f”，a，b，c，d）;

}

驗證輸入：0.0001，0.00001，0.000001，0.0000001

驗證輸出：0.000100，0.000010，0.000001，0.000000

正如我們所思考的一樣。絕對值小于10-6 的實數(shù)是被認定為“0.000000...”也即是“0.000000”。

4. 解釋再循環(huán)

我們似乎達到了完美的理解，得到很好的解釋，可是我們還是看看“0”表示的邊界在哪里？于是我們又做了一次驗證設(shè)計。

驗證實驗1：

驗證輸入：0.0000004，0.0000005，0.0000006，0.0000009

驗證輸出：0.000000，0.000000，0.000000，0.000000

似乎再一次驗證了我們的想法?？梢援斘覀冞M行下面的驗證時，情況變得不可解釋了。

驗證實驗2：

驗證輸入：0.0000009，0.0000009，0.0000009，0.0000009

驗證輸出：0.000001，0.000000，0.000000，0.000000

這又變得不可解釋了，我們繼續(xù)討論，最后決定換一個開發(fā)平臺實驗。

5. 換個開發(fā)平臺實驗

我們換到開發(fā)平臺Eclipse+MinGW GCC上驗證實驗。

驗證實驗3：

驗證輸入：0.0000009，0.0000009，0.0000009，0.0000009

驗證輸出：0.000001，0.000001，0.000001，0.000001

這個結(jié)果讓我們覺得可以理解，四舍五入就可以解釋了。而且這與條件限制相互也不矛盾。反思在浮點類型的數(shù)據(jù)里，計算機的平臺不同，對于浮點型數(shù)據(jù)的表示不同。

6. 教后反思：基于可解釋的課程教學

從這個案例出發(fā)，我們可以看出基于可解釋的教學是可能的。特別是計算機的課程，不能把計算機變成一個不可解釋的“黑匣子”，變成一個神秘所在。運用解釋學的方法，在教師與課程文本之間建立理解、師生之間建立理解和對話的關(guān)系。教師與課程設(shè)計者之間不應(yīng)該是單獨的課程工作者，而是以合作者身份共同參與課程的開發(fā)和實施。解釋一直是人類存在的方式，其根本特征是對為什么（Why）問題的解答。當構(gòu)成問題和解答的命題具有經(jīng)驗可檢驗性并且為真，而解答與問題之間在科學上具有解釋相關(guān)性時，這才能稱之為科學理解，相應(yīng)的解釋稱為科學解釋。教師要與學生一起“對話”，共同承擔科學理解的任務(wù)，一起來體驗、認識和理解計算機的局限性，人的局限性，課程文本教材的局限性，更加深刻的理解人類創(chuàng)造的艱辛和偉大。教師作為反思性的實踐者，在科學文本教學時，可以參考可解釋的哲學，把教學改革推向一個新的科學高度。

參考文獻：

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[4]王凌超，吳樂嬌.理解與對話：從哲學解釋學視角透析教師與課程的關(guān)系[J].淄博師專論叢，2019（01）：15-18.

作者簡介：余紅宴（1971— ），男，湖北黃岡，副教授，博士?，F(xiàn)主要從事工程教育方向的研究。