陳洪濤　顧沈明　劉　軍

文章編號：1672-5913(2009)02-0125-02

摘要：本文針對高校非計算機(jī)專業(yè)C語言程序設(shè)計在課堂教學(xué)方法方面的一些問題，提出在教學(xué)活動中，通過讓學(xué)生建立一個最簡單的計算模型等方法，培養(yǎng)學(xué)生用計算機(jī)程序解決實際問題的能力，強(qiáng)調(diào)在課堂教學(xué)中要特別重視分析程序運行和內(nèi)存變量的關(guān)系，并闡述了面向技能形成的習(xí)題訓(xùn)練的觀點。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)教育；程序設(shè)計；C語言

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1引言

高校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)“主要講授程序設(shè)計語言的基本知識和程序設(shè)計的方法與技術(shù)，其內(nèi)容以程序設(shè)計語言的語法知識和程序設(shè)計技術(shù)的基本方法為主，同時包括程序設(shè)計方法學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)等方面的初步內(nèi)容，應(yīng)使學(xué)生掌握計算機(jī)程序設(shè)計的思想和方法，初步具有在各領(lǐng)域應(yīng)用計算機(jī)的能力，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。”[1]

在許多高校，C語言程序設(shè)計是理工類必修的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程，但是在實際教學(xué)過程中，學(xué)生對這門課的掌握程度不能令人滿意。這一方面是由于高等教育大眾化，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)愿望不如從前；另一方面，C語言教學(xué)實踐中，在諸如課堂教學(xué)方法、平時訓(xùn)練等方面也存在著不能適應(yīng)大眾化教育形勢的一些問題。

C語言的教學(xué)一直以來比較偏重語法，但學(xué)生普遍反映聽的時候好像都聽懂了，但是當(dāng)一個問題放在自己的面前，就不知道如何用所學(xué)的知識去解決。教師在教學(xué)活動中如果沒有主動意識到這一點，就可能會把C語言的教學(xué)活動看做是語法的講解，不注重在教學(xué)活動中引導(dǎo)學(xué)生用程序的思維方式分析問題解決問題。而后者才是程序設(shè)計這門課程的真正目的。

2培養(yǎng)學(xué)生用計算機(jī)程序解決問題的能力

培養(yǎng)學(xué)生用計算機(jī)程序解決問題的能力，需要通過課堂教學(xué)注重幾個方面的問題：

(1) 理解計算機(jī)處理問題的“過程”方式

人們對現(xiàn)實問題的分析，有些并不需要像計算機(jī)一樣用“過程”的方式來給出解決方案，例如數(shù)組元素的排序，人類解決這個問題的思考過程沒有明顯的循環(huán)過程，或者我們并不會很在意循環(huán)過程，但是計算機(jī)則不同，它要求程序員必須明確地設(shè)定循環(huán)的“過程”。程序設(shè)計課程正是要培養(yǎng)學(xué)生用和我們平常的思考方法不同的“過程”方式來描述算法，但這是思維方法上的一個跳躍，這種跳躍過去一直是通過大量的練習(xí)，由學(xué)生自己自然而然感悟到的，當(dāng)然，有些感悟能力強(qiáng)的同學(xué)對這一問題的理解很快，但是在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，對很多非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，由于練習(xí)的機(jī)會比較少，感悟到這一點常常比較費時間。例如求一個圓的表面積，常見到初學(xué)者寫出如下的代碼，以為只要告訴計算機(jī)“s=3.14*r*r”這樣一個計算公式，再給出r的數(shù)值，計算機(jī)就可以給出結(jié)果，而不知道還需要告訴計算機(jī)執(zhí)行的“過程”。

01 #include

02 int main(){

03 int r,s;

04 s=3.14*r*r;/*順序出錯*/

05 scanf("%d",&r);

06 printf("The area is %d",r);

07 return 0;

08 }

如果教學(xué)過程中能夠有意識地引導(dǎo)學(xué)生，無疑可以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。

(2) 在頭腦中建立一個最簡單的計算模型

用和我們平常的思考方法不同“過程”的方式來描述算法，需要明白計算機(jī)和人類的思維方法不同的“過程”特點，這就需要在學(xué)生的頭腦中建立一個最簡單的計算模型。事實上馮·諾依曼計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是以存儲器為中心的，對編程的初學(xué)者就需要解決如何在這一體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上來設(shè)計解決問題的步驟。

程序的執(zhí)行過程是圍繞著存儲單元進(jìn)行，存儲單元既可能存放輸入數(shù)據(jù)，也可能存放程序執(zhí)行的結(jié)果，很多學(xué)生就是因為不能建立這樣一個計算模型，按照平常地思維習(xí)慣，在設(shè)計算法時把一些中間計算結(jié)果記在心里，導(dǎo)致無法用程序語言描述解決問題的思路。

當(dāng)學(xué)生在頭腦中建立一個最簡單的面向存儲器的計算模型后，就能較好地理解計算機(jī)解決問題的方法，可以把求解問題的算法轉(zhuǎn)為利用存儲單元進(jìn)行的“取”→“計算”→“存”的過程，然后將這種自然語言描述的算法翻譯成為C語言。例如交換兩個變量的值，可以用自然語言描述成下面的步驟，對初學(xué)者而言這樣就很容易理解。

1. 先指定兩個盒子，命名為a,b；

2. 命名一個存放臨時數(shù)據(jù)的盒子c；

3. 在兩個盒子a,b中分別存入兩個數(shù)值；

4. 取a的數(shù)值存入c；

5. 取b的數(shù)值存入a；

6. 取c的數(shù)值存入b；

同時基于存儲器的計算模型，對一些讓初學(xué)的同學(xué)比較容易出錯的東西也可以解釋得比較清楚，比如“變量使用前須定義，引用前須賦值”，學(xué)生就會想到：變量的定義只是給某存儲單元取了一個名字，在沒有向里面放入有效值之前去引用它，自然得不到想要的東西。

在循環(huán)程序設(shè)計中，利用上面的簡單的基于存儲器的計算模型也能幫助初學(xué)者找到形式上一致而內(nèi)容變化的循環(huán)體語句，從而比較順利地設(shè)計出循環(huán)結(jié)構(gòu)。

例如：求1+2+3+4+…+100的值，如果明白計算機(jī)求解問題的都需要基于存儲器，累加實際上是在現(xiàn)在存儲單元中已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再加入新的數(shù)，就會自然想到如圖1的方法：

給存儲單元命名為sum，逐次加入的數(shù)先放在x中，就比較容易想到“形式上一樣的循環(huán)語句”應(yīng)該是sum=sum+x，并且x的變化范圍是1~100。

當(dāng)學(xué)生建立起基于存儲器的計算模型后，對其他的C語言程序設(shè)計的難點問題，例如函數(shù)參數(shù)傳遞，數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)、鏈表的理解也會變得比較容易。

(3) 在課堂教學(xué)中要特別重視分析程序運行和內(nèi)存變量的關(guān)系

在學(xué)生頭腦中建立了基于存儲器的計算模型后，還需要不斷練習(xí)才能加深這種印象，除了學(xué)生自己練習(xí)以外，在課堂講解例題時可以有意識分析每一步程序運行所導(dǎo)致的內(nèi)存變量的變化，通過不斷練習(xí)提高學(xué)生閱讀程序的能力。

(4) 在Ｃ語言的教學(xué)活動中，以面向問題分析、算法設(shè)計、程序編碼的方式組織知識

現(xiàn)有的C語言教材一般是按語法的難易程度次序編寫的，這當(dāng)然是符合人的認(rèn)知規(guī)律的，但是同時也需要教師在講授的過程中，突出以面向問題分析、設(shè)計、編碼的方式組織知識的講解，只有這樣才能使學(xué)生在形成用程序的思維方式分析問題、解決問題的能力的過程中少走彎路。

教材的知識組織方法是語法→例題→程序→解釋，這種沿用已久的方法，在培養(yǎng)學(xué)生用計算機(jī)的方式思考問題方面，作用不夠充分。

事實上，算法在人們的頭腦中首先是一種用自然語言描述的“過程”，再通過逐步細(xì)化，然后再把它從自然語言轉(zhuǎn)換成為C語言。在教學(xué)的實踐過程中，可以以這樣的方法組織知識：問題→自然語言的過程描述→程序。教師在課堂上，可以在集成開發(fā)環(huán)境中，以注釋的方式用自然語言進(jìn)行過程描述，然后逐步求精，最后轉(zhuǎn)換成程序代碼的方法。

例如：取得一個整數(shù)的個位、十位、百位，從問題的描述到問題的解決。可以先用自然語言來解決問題，然后逐步過渡到C語言。

/*例如有個數(shù)5693放到存儲單元x */

/*目標(biāo)：取得個位數(shù)，方法：x模10的結(jié)果是個位數(shù) */

/*目標(biāo)：取得十位數(shù)，方法：1. x除以10的結(jié)果放入存儲單元x, 2. x模10的結(jié)果是十位數(shù)*/

/*目標(biāo)：取得百位數(shù)，方法：1. x除以10的結(jié)果放入存儲單元x, 2. x模10的結(jié)果是百位數(shù)*/

/*目標(biāo)：取得千位數(shù)，方法：1. x除以10的結(jié)果放入存儲單元x, 2. x模10的結(jié)果是千位數(shù)*/

/* 當(dāng)x除以10的結(jié)果是0時，程序不必繼續(xù)下去*/

通過自然語言分析，既找到了循環(huán)體語句“1. x除以10的結(jié)果放入存儲單元x, 2. x模10”，又找到了循環(huán)控制條件，再翻譯成C語言應(yīng)該也不再是一件難事。

3面向?qū)W生技能形成的訓(xùn)練

程序設(shè)計這門課程需要大量的訓(xùn)練才能真正形成技能，但是現(xiàn)在一些教材習(xí)題所存在的一些問題可能傳遞不正確的信息，妨礙技能形成。這些問題包括:

1) 很多習(xí)題結(jié)果的正確性是和特定的編譯器相關(guān)的，例如：函數(shù)中的多個參數(shù)的計算順序，printf(”%d,%d,%d”,a+b,a++,++a)；在一個表達(dá)式中多次出現(xiàn)++、--運算符。這類習(xí)題只是訓(xùn)練了某一個編譯器的使用技巧，而這種技巧在實際的編程實踐中要盡可能地避免使用。

2) 習(xí)題包含較多的數(shù)學(xué)知識可能妨礙初學(xué)者，例如用碾轉(zhuǎn)相除法求最大公約數(shù)，以及對不同三角形的判斷等習(xí)題，對培養(yǎng)嚴(yán)密的邏輯思維很有好處，但是在教學(xué)實踐中的情況看，這些習(xí)題反而使得初學(xué)者無從下手，所以需要在實踐中平衡利弊。

3) 過分注重技巧，不利于技能的形成?，F(xiàn)代軟件工程的實踐比較排斥在編程時過于注重技巧，這會導(dǎo)致程序難以維護(hù)，所以應(yīng)該避免過于注重技巧習(xí)題。

面向技能形成的訓(xùn)練另一個問題是需要保證習(xí)題的量，這一點對作為非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生要求起來比較難。

4總結(jié)

在現(xiàn)有的教學(xué)大綱和教材基本定型的情況下，針對現(xiàn)在學(xué)生的認(rèn)知特點，圍繞高等學(xué)校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基本要求，本文試圖從課堂教學(xué)的角度，找到如何讓學(xué)生在頭腦中建立一個最簡單的基于存儲器的計算模型，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體的例子，闡述了培養(yǎng)學(xué)生形成用計算機(jī)分析、解決問題能力的具體做法。本文的方法已在課堂教學(xué)實踐中采用，收到了一定的效果，當(dāng)然在課堂教學(xué)過程中還需不斷改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 教育部高教司. 關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見[R]. 2006.