新工科背景下C語言層進(jìn)式教學(xué)過程探討

賈文晶 肖理慶

摘 ?要：在新工科教育背景下，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的不足，從學(xué)生角度出發(fā)，將理論教學(xué)與上機(jī)練習(xí)相結(jié)合，將課堂講授與編程應(yīng)用探討相結(jié)合，以函數(shù)編程為例，開展C語言層進(jìn)式課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究。教學(xué)實(shí)踐表明，本文提出的C語言層進(jìn)式教學(xué)設(shè)過程計(jì)能夠有效提高課堂教學(xué)效果，增加師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，在提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和培養(yǎng)學(xué)術(shù)技術(shù)底蘊(yùn)方面得到了較好的反饋。

關(guān)鍵詞：C語言;層進(jìn)式;新工科

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1 引言

新工科背景下不斷推進(jìn)創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，目標(biāo)是為新時(shí)代培養(yǎng)具有專業(yè)能力的高素質(zhì)人才。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的功能也越加強(qiáng)大，生活中的各行各業(yè)都跟計(jì)算機(jī)技術(shù)息息相關(guān)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，企業(yè)對(duì)從業(yè)人員的要求不僅僅在知識(shí)層面，還要有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)操作能力。既要能熟練應(yīng)用各計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的本領(lǐng)，又要有創(chuàng)新開發(fā)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的能力，所以熟練掌握一門計(jì)算機(jī)語言是當(dāng)今企業(yè)的就業(yè)需求[1]。

C語言是人與計(jì)算機(jī)交流的語言，也是編程愛好者學(xué)習(xí)編程的一門入門語言。作為一名計(jì)算機(jī)語言任課教師，已經(jīng)多年從事計(jì)算機(jī)語言工作任務(wù)。和大多數(shù)人一樣，接觸的第一個(gè)計(jì)算機(jī)語言就是C語言，眾多計(jì)算機(jī)語言為什么選擇它作為計(jì)算機(jī)的入門語言呢？經(jīng)過多年的任教和學(xué)習(xí)，也終于懂得C語言雖然簡(jiǎn)單，作為高級(jí)語言的入門語言，但是其功能非常之強(qiáng)大。它的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在代碼量小、運(yùn)行速度快和可以訪問硬件等方面，所以目前操作系統(tǒng)就只能用C語言來寫[2]。對(duì)于工科專業(yè)的大學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)初期同學(xué)們學(xué)習(xí)興趣的建立和學(xué)習(xí)過程中同學(xué)們自主編程能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。從學(xué)生角度出發(fā)，需要將理論教學(xué)與工程案例相結(jié)合，將課堂講授與編程應(yīng)用相結(jié)合，增加實(shí)踐教學(xué)的比重，讓同學(xué)們能夠參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中去，從C語言學(xué)習(xí)中找到樂趣，才能愛上C語言去。除了建立學(xué)生對(duì)C語言課程的學(xué)習(xí)興趣，還要鍛煉同學(xué)們的自主編程能力，如何鍛煉同學(xué)們的自主編程能力呢？讓學(xué)生不再只依賴于課本例題，能夠利用網(wǎng)絡(luò)資源，多去讀一些經(jīng)典例題，做到舉一反三，遇到問題能自己解決。

2 ?C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法反思與課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)整合

目前國內(nèi)很多高校如合肥工業(yè)大學(xué)、西南交通大學(xué)、阜陽師范學(xué)院等均建立了C語言程序設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）教學(xué)平臺(tái)，用C程序編程演示代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板書，活躍了課堂氣氛，增加學(xué)生與老師之間的互動(dòng)，讓學(xué)生更好的參與到課堂中，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)C語言的積極性以及C語言程序設(shè)計(jì)課堂（實(shí)驗(yàn)）教學(xué)質(zhì)量[3]。但在新工科的背景下，對(duì)就業(yè)人員C語言編程能力的要求也逐步提高針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的不足，本文提出以下幾點(diǎn)反思：（1）C語言數(shù)據(jù)類型多、知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜，學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。學(xué)生計(jì)算機(jī)語言基礎(chǔ)薄弱，在興趣的激發(fā)下，初期大多數(shù)同學(xué)C語言學(xué)習(xí)動(dòng)力較足，后期隨著課程難度增加多數(shù)同學(xué)心有余而力不足，導(dǎo)致最終只有極少數(shù)同學(xué)掌握C程序編程能力;（2）學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握沒有在C編程實(shí)戰(zhàn)中得到演練。理論知識(shí)點(diǎn)在教師的講解下多數(shù)同學(xué)都能理解吸收，實(shí)驗(yàn)課在教師的帶領(lǐng)下也能編寫簡(jiǎn)單的程序，但課時(shí)有限，很少有同學(xué)會(huì)在課后練習(xí)C程序編程，這就導(dǎo)致很多同學(xué)知識(shí)點(diǎn)都學(xué)會(huì)了，并不知道怎么用;（3）學(xué)生慣性思維嚴(yán)重，解題思路不夠靈活。C語言功能十分強(qiáng)大，語法自由，只要思路清晰，程序員可以用C語言寫出任何程序，但現(xiàn)在學(xué)生思維不夠主動(dòng)，編程方法受課本例題的束縛，出現(xiàn)錯(cuò)誤依賴?yán)蠋熑ソ鉀Q，即使掌握C程序編程能力也不能精通。根據(jù)以上情況，筆者結(jié)合本專業(yè)C語言教學(xué)情況，制定了C語言層進(jìn)式教學(xué)過程設(shè)計(jì)，主要的教學(xué)目的為：

（1）讓同學(xué)們能夠駕馭C語言自主編程，熟練掌握C語言的三大語法結(jié)構(gòu)順序、選擇和循環(huán)，熟練運(yùn)用數(shù)組、函數(shù)和指針來解決問題;

（2）讓喜歡C語言編程的同學(xué)能夠精通掌握它，分析解讀經(jīng)典C程序，將優(yōu)秀程序員的編程思維學(xué)為己用。

3 ?C語言層進(jìn)式教學(xué)過程設(shè)計(jì)

近幾年人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)得到越來越多學(xué)者的關(guān)注，C語言作為大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)校園的第一門計(jì)算機(jī)語言課，如何讓學(xué)生喜歡上C語言，提高學(xué)生們的編程能力變得尤為重要[4]。為達(dá)成以上教學(xué)目標(biāo)，本文提出C語言層進(jìn)式教學(xué)過程設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)包括五個(gè)階段，興趣激發(fā)，功能特點(diǎn)分析，經(jīng)典例題引入，知識(shí)點(diǎn)剖析，和編程應(yīng)用探討。以下本文以C程序編程的函數(shù)知識(shí)點(diǎn)切入，詳細(xì)介紹層進(jìn)式教學(xué)過程設(shè)計(jì)的主要方法，使學(xué)生們能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高自主編程能力，能逐步掌握函數(shù)定義的語法結(jié)構(gòu)，能熟練運(yùn)用函數(shù)去解決C編程中遇到的問題。

3.1 興趣激發(fā)

國外某知名教育家曾經(jīng)提到“成功的教育不在于強(qiáng)制，而在于鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。”C語言作為計(jì)算機(jī)語言，其學(xué)習(xí)內(nèi)容和語言結(jié)構(gòu)對(duì)比自然語言的學(xué)習(xí)，給同學(xué)們打開了一個(gè)嶄新的大門。自然語言是人與人之間溝通的語言，戰(zhàn)國策出“夫市之無虎，但是三人言而成虎?！弊匀徽Z言在表達(dá)上其主觀性更強(qiáng)，容易產(chǎn)生歧義。C語言其作為機(jī)器語言要求準(zhǔn)確性極高，不能存在模棱兩可。這使得C語言的學(xué)習(xí)變得枯燥乏味，增加了學(xué)生們的學(xué)習(xí)難度，現(xiàn)在本文以C語言函數(shù)知識(shí)點(diǎn)切入，講解怎樣激起同學(xué)們學(xué)習(xí)C語言的興味[5]。

在學(xué)習(xí)函數(shù)之前首先要上學(xué)生明白為什么要學(xué)函數(shù)，在課堂開始先引入這樣一段歷史典故，很多看過《三國演義》書和電視劇的肯定對(duì)以下描述并不陌生。司馬懿曰“諸葛孔明食少事煩，其能久乎！”司馬懿說完這段話沒多久，諸葛亮就去世了?！笆聼o巨細(xì)，事必躬親”，諸葛亮的這種行為在管理學(xué)中是不被認(rèn)可的，管理學(xué)講究分工合作，以一人之力完成所有工作顯然大大降低了工作效率。對(duì)于C語言而言，簡(jiǎn)單的累加求和、比較大小等算法程序只有幾行或幾十行，但當(dāng)C語言用來編寫計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或大型游戲時(shí)，其程序可能是上千行或者上萬行。如果把這些上千行或者上萬行的程序作為一個(gè)C程序源文件，首先對(duì)于程序員來說從編寫到維護(hù)難度都非常大。上千行的C程序作為產(chǎn)品到讀者手中，閱讀起來也是非常困難的。每個(gè)程序完成各自的功能，這就是C程序函數(shù)的來源[6]。

3.2 功能特點(diǎn)分析

一個(gè)程序包括算法和數(shù)據(jù)兩部分，算法是一個(gè)C語言程序中最重要的部分，算法的好壞決定了程序的質(zhì)量，數(shù)據(jù)是程序的操作內(nèi)容。但是一個(gè)好的程序除了算法和數(shù)據(jù)之外，還需要程序結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，程序結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的藝術(shù)就是將程序進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)。函數(shù)是C語言進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)必不可少的一部分。如果把C語言的編寫過程比作生產(chǎn)線汽車組裝過程，函數(shù)相當(dāng)于汽車的零件，在汽車組裝過程中，每個(gè)零件都需要設(shè)計(jì)、調(diào)試和檢測(cè)無誤后在安裝到汽車上。汽車的零件可以是自己設(shè)計(jì)研發(fā)，也可以進(jìn)口國外產(chǎn)品。自己設(shè)計(jì)研發(fā)的“零件”對(duì)應(yīng)的是自定義函數(shù)，是由編程人員自己編寫完成，進(jìn)口產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的是庫函數(shù)，是由別人寫好的一些經(jīng)典源程序，編程人員在設(shè)計(jì)程序是可以直接調(diào)用[7]。

C程序結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由此可知，一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序由多個(gè)函數(shù)構(gòu)成，這個(gè)函數(shù)可以是編程人員親自定義的函數(shù)，也可以他人定義好的庫函數(shù)。

3.3 經(jīng)典例題引入

下面本文通過重復(fù)輸出“*”號(hào)和文字的案例來講解函數(shù)的定義。題目要求：輸出一行*****，再輸出一行文字，再輸出一行*****，用函數(shù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。題目解析：在輸出的文字的上下方分別要求輸出一行“*”號(hào)，顯然不必重復(fù)設(shè)計(jì)輸出“*”的這段代碼，定義一個(gè)子函數(shù)p_s來實(shí)現(xiàn)輸出一行“*”號(hào)的功能，定義一個(gè)p_m的子函數(shù)來輸出中間一行文字，用主函數(shù)分別調(diào)用兩個(gè)子函數(shù)來完成以上功能。

3.4 知識(shí)點(diǎn)剖析

題目中要求輸出兩行“*”號(hào)和一行文字，就需要定義兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)用來輸出“*”號(hào)，一個(gè)用來輸出文字。首先用主函數(shù)調(diào)用輸出“*”號(hào)的函數(shù)，程序即可完成輸出一行“*”號(hào)的功能，然后主函數(shù)調(diào)用輸出一行文字的函數(shù)，程序即可完成輸出一行文字的功能，最后主函數(shù)再次調(diào)用輸出“*”號(hào)的函數(shù)，程序即可完成輸出一行“*”號(hào)的功能。由此函數(shù)的功能可以看出，可以用一個(gè)調(diào)用語句直接調(diào)用定義好的函數(shù)來完成此函數(shù)的功能，如果函數(shù)包括上百條語句，而且函數(shù)段在程序中多次出現(xiàn)，就可以用調(diào)用語句多次調(diào)用來完成，大大化簡(jiǎn)了程序的復(fù)雜程度[8]。

定義p_s 和p_m的知識(shí)點(diǎn)相似，下面本文從p_m函數(shù)的定義來講解。p_m函數(shù)的功能是輸出" My name is Jia Wenjing？"這行文字，要使計(jì)算機(jī)完成此功能，必須按照C語言規(guī)范對(duì)它進(jìn)行定義。p_m函數(shù)的類型為void類型，void類型的函數(shù)沒有ruturn語句，所以p_m函數(shù)沒有返回值。定義函數(shù)名字p_m，通過p_m名字來調(diào)用p_m函數(shù)，出現(xiàn)函數(shù)名字即調(diào)用，調(diào)用此函數(shù)就會(huì)跳到此函數(shù)執(zhí)行此函數(shù)，完成此函數(shù)的功能。定義參數(shù)的個(gè)數(shù)與類型，此函數(shù)屬于無參函數(shù)，所以參數(shù)個(gè)數(shù)為零，參數(shù)列表括號(hào)為空。定義函數(shù)的功能，printf（"My name is Jia Wenjing?。躰"），此函數(shù)珂完成輸出"My name is Jia Wenjing！"一行文字的功能。

3.5 編程應(yīng)用探討

（1）案例應(yīng)用，層進(jìn)深化。上機(jī)實(shí)踐，由經(jīng)典例題引入學(xué)生進(jìn)行自主編程，利用所學(xué)的知識(shí)對(duì)函數(shù)進(jìn)行定義，并利用VS2010軟件進(jìn)行編程調(diào)試。主函數(shù)的功能是分別調(diào)用p_s和p_m兩個(gè)子函數(shù)。語句p_s（）;為調(diào)用p_s函數(shù)，語句功能為由主函數(shù)跳轉(zhuǎn)到p_s函數(shù)，語句p_m;為調(diào)用p_m函數(shù)，語句功能為由主函數(shù)跳轉(zhuǎn)到p_m函數(shù)。子函數(shù)void p_s（）完成輸出一行“*”號(hào)的功能，子函數(shù)void p_m（）完成輸出一行文字的功能。主函數(shù)要稍微特殊一點(diǎn)，所有的程序只能包括一個(gè)主函數(shù)和多個(gè)子函數(shù)，程序只能從主函數(shù)開始，如果過程中調(diào)用其他子函數(shù)，調(diào)用后要返回主函數(shù)結(jié)束運(yùn)行[9]。

（2）由無參到有參，推廣練習(xí)。本例題所設(shè)計(jì)到的是無參函數(shù)的定義，例如void p_m（），括號(hào)里面沒有參數(shù)類型和參數(shù)個(gè)數(shù)，所以此函數(shù)為無參函數(shù)，無參函數(shù)被調(diào)用時(shí)不需要向主調(diào)函數(shù)傳遞數(shù)據(jù)。那當(dāng)主調(diào)函數(shù)需要向被調(diào)函數(shù)傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，有參函數(shù)又該如何定義呢？在課堂最后設(shè)置練習(xí)環(huán)節(jié)，由無參函數(shù)到有參函數(shù)擴(kuò)展，由同學(xué)們用已學(xué)知識(shí)自行完成有參函數(shù)的定義，以促進(jìn)從理論學(xué)習(xí)到知識(shí)運(yùn)用層面的深化。

4 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)工科教學(xué)中C語言課程存在的不足，以函數(shù)編程為例，從科學(xué)有效的教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，采用五階段層進(jìn)式教學(xué)設(shè)計(jì)，使學(xué)生由興趣激發(fā)，到函數(shù)功能特點(diǎn)分析，再到經(jīng)典例題引入，逐步掌握功能特點(diǎn)與函數(shù)定義的知識(shí)點(diǎn)剖析，最后編程應(yīng)用探討將理論與案例相結(jié)合，提高編程技術(shù)底蘊(yùn)和工程素養(yǎng)。經(jīng)過多次教學(xué)實(shí)踐證明，該教學(xué)設(shè)計(jì)過程能夠有效引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)思考，促進(jìn)教學(xué)互動(dòng)，從而取得良好教學(xué)效果。

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作者簡(jiǎn)介：賈文晶，女，助教，1991.06，碩士，目前主要從事圖像處理和故障診斷等方面研究。

基金項(xiàng)目：2019年安徽省省級(jí)重點(diǎn)教學(xué)研究項(xiàng)目（2019jyxm0366），淮南師范學(xué)院一般教研項(xiàng)目（2019hsjy59）。