李鑫　謝健

摘要“C程序設(shè)計(jì)”是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)新生最早接觸的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一，是否能以一種恰當(dāng)?shù)姆绞綄W(xué)生引入全新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)領(lǐng)域，對(duì)本門(mén)課程乃至后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程都至關(guān)重要。本文根據(jù)作者的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)生的基本情況分析為依據(jù)，結(jié)合C程序設(shè)計(jì)課程的知識(shí)特征，提出一種基于數(shù)學(xué)函數(shù)的引導(dǎo)式教學(xué)探索，以期實(shí)現(xiàn)新生從中學(xué)到大學(xué)的順利過(guò)渡，激發(fā)其專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。

關(guān)鍵詞 C程序設(shè)計(jì) 本科教學(xué) 遞進(jìn)式教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.07.018

0引言

對(duì)于計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的新生而言，“C程序設(shè)計(jì)”是最早接觸的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一，學(xué)生對(duì)該專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有標(biāo)桿性作用，對(duì)其后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生具有重要的影響，對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。然而，由于部分新生在中學(xué)階段對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的了解過(guò)于欠缺，若按照傳統(tǒng)教材的模式開(kāi)展教學(xué)，計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)及程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的概念細(xì)節(jié)將會(huì)導(dǎo)致與中學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備的脫節(jié)，影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力。

本文擬從學(xué)生基礎(chǔ)出發(fā)，探索基于中學(xué)函數(shù)概念的漸進(jìn)式程序設(shè)計(jì)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生逐漸向大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)方式與認(rèn)知方式轉(zhuǎn)化。

此外，內(nèi)存分配是C程序設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的本質(zhì)核心，例如變量、數(shù)據(jù)類(lèi)型、函數(shù)、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體等。在充分了解內(nèi)存分配本質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)大有裨益，且有利于培養(yǎng)分析程序動(dòng)態(tài)執(zhí)行的能力。

作者基于自我學(xué)習(xí)經(jīng)歷以及對(duì)大一新生的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析新生面臨的若干問(wèn)題，思考中學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備與大學(xué)教學(xué)方式的差異與關(guān)系，針對(duì)C程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出基于數(shù)學(xué)函數(shù)的引導(dǎo)式教學(xué)；并圍繞內(nèi)存分配這一核心知識(shí)，探索基于內(nèi)存解析的闡釋性教學(xué)過(guò)程。

1學(xué)生基本情況分析

對(duì)于剛?cè)胄５男律?，?jīng)歷了瘋狂的高考和長(zhǎng)假，對(duì)大學(xué)階段的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)仍是比較懵懂的，這集中體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

（1）思想方面：新生剛剛經(jīng)歷了緊張的高考以及愜意的長(zhǎng)假，入學(xué)時(shí)仍有部分同學(xué)難以集中精力專(zhuān)注于學(xué)習(xí)中。若在初學(xué)的專(zhuān)業(yè)課上缺少恰當(dāng)?shù)倪^(guò)渡和引導(dǎo)，一開(kāi)始便如同天書(shū)一般，可能會(huì)滋生學(xué)生的厭學(xué)情緒，影響后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)成效。

（2）學(xué)習(xí)方式方面：新生在中學(xué)階段的學(xué)習(xí)，以學(xué)習(xí)經(jīng)典知識(shí)為主，主要是教師的講述式傳授并輔以大量的練習(xí)，對(duì)知識(shí)背后的原理較少關(guān)注。然而，這種方式并不適用于大學(xué)階段的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)。大學(xué)的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)需要深挖知識(shí)背后的原理，并自主學(xué)習(xí)廣泛的知識(shí)。因此，“C程序設(shè)計(jì)”課程應(yīng)著重解釋程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的機(jī)制原理，并引導(dǎo)學(xué)生自主開(kāi)展實(shí)踐，在實(shí)踐中進(jìn)行探索和思考。

（3）基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備方面：客觀(guān)來(lái)講，雖然現(xiàn)在的信息化水平快速提升，中學(xué)生的計(jì)算機(jī)技能水平也逐年提高。然而，由于高考的壓力和地區(qū)發(fā)展的差異，仍有相當(dāng)比例的新生沒(méi)有掌握基本的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，抑或只是熟悉了基本的計(jì)算機(jī)應(yīng)用操作，對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)性的結(jié)構(gòu)與描述仍很欠缺。在中學(xué)的知識(shí)體系中，與“C程序設(shè)計(jì)”課程最相關(guān)的概念當(dāng)屬中學(xué)數(shù)學(xué)里的函數(shù)概念，且函數(shù)是中學(xué)數(shù)學(xué)中最重要的內(nèi)容，新生對(duì)此必不陌生。因此，以中學(xué)數(shù)學(xué)中的函數(shù)概念為起始點(diǎn)，逐漸引導(dǎo)學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)（類(lèi)）專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，程序設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)與過(guò)程，并完成對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)認(rèn)知的轉(zhuǎn)化。

基于上述學(xué)生基本情況分析，在尊重客觀(guān)事實(shí)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展基于函數(shù)概念的引導(dǎo)式教學(xué)，降低新生對(duì)新知識(shí)的理解難度，推動(dòng)新生專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的過(guò)渡；開(kāi)展圍繞以?xún)?nèi)存分配為核心的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言機(jī)理分析，講述程序及程序設(shè)計(jì)的（部分）執(zhí)行本質(zhì)，提高新生對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行原理的基本認(rèn)識(shí)以及專(zhuān)業(yè)認(rèn)知。

2基于數(shù)學(xué)函數(shù)的引導(dǎo)式教學(xué)

在“C程序設(shè)計(jì)”課程中，函數(shù)作為一種功能抽象的手段，與中學(xué)數(shù)學(xué)中的函數(shù)概念有相通之處。數(shù)學(xué)函數(shù)中，函數(shù)名、自變量、應(yīng)變量是其基本要素，本文擬采用如下方式開(kāi)展進(jìn)行引導(dǎo)式教學(xué)：（1）以數(shù)學(xué)函數(shù)的基本概念為基礎(chǔ)，講授程序（main函數(shù)）的功能；并在數(shù)學(xué)函數(shù)單一輸出的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，泛化函數(shù)“輸出”（返回值）的概念。以“將一個(gè)程序看作一個(gè)函數(shù)”的方式實(shí)現(xiàn)從數(shù)學(xué)函數(shù)到程序設(shè)計(jì)函數(shù)概念的過(guò)渡，并介紹程序的基本結(jié)構(gòu)。（2）以數(shù)學(xué)函數(shù)中的函數(shù)名、自變量為基礎(chǔ)，講解函數(shù)名、變量名的命名及其規(guī)則，并逐漸擴(kuò)展為一般標(biāo)識(shí)符的命名及其規(guī)則，初步引入語(yǔ)法的概念。（3）以函數(shù)的具體展開(kāi)形式為基礎(chǔ)，引出過(guò)程式程序設(shè)計(jì)以及順序結(jié)構(gòu)的基本概念。（4）以數(shù)學(xué)函數(shù)中自變量的定義域概念為基礎(chǔ)，引出數(shù)據(jù)類(lèi)型的概念。（5）以一元數(shù)學(xué)函數(shù)和多元數(shù)學(xué)函數(shù)的概念為基礎(chǔ)，講授函數(shù)參數(shù)及函數(shù)定義的知識(shí)。（6）以數(shù)學(xué)函數(shù)的抽象表示與自變量取值為基礎(chǔ)，引出函數(shù)調(diào)用的概念。（7）以數(shù)學(xué)函數(shù)的復(fù)合運(yùn)算為基礎(chǔ)，引出函數(shù)嵌套與遞歸調(diào)用的知識(shí)。（8）以數(shù)學(xué)函數(shù)中函數(shù)的分段定義為基礎(chǔ)，引出條件選擇控制語(yǔ)句的知識(shí)；并由此擴(kuò)充為程序的選擇結(jié)構(gòu)以及循環(huán)結(jié)構(gòu)。

基于上述知識(shí)的介紹，使得學(xué)生初步具備了程序設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，并促使其向?qū)I(yè)階段的學(xué)習(xí)過(guò)渡，為更復(fù)雜的數(shù)組操作、指針操作等內(nèi)容提供支撐。

3基于內(nèi)存分析的闡釋性教學(xué)

內(nèi)存分配是程序設(shè)計(jì)中變量、數(shù)組、函數(shù)、指針等內(nèi)容背后的核心本質(zhì)。為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)本質(zhì)的理解，有必要闡述清楚內(nèi)存分配的基本概念與基本形式。（1）首先簡(jiǎn)述典型的計(jì)算機(jī)馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，突出內(nèi)存的功能及其重要性，并闡述輸入/輸出的概念，為后續(xù)講解文件操作進(jìn)行鋪墊。（2）以數(shù)字在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)與運(yùn)算為基礎(chǔ)，講解計(jì)算機(jī)基本的工作方式以及二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)表示與存儲(chǔ)。（3）以變量的存儲(chǔ)為切入點(diǎn)，將變量的定義、初始化、值更改與內(nèi)存的分配、初始化、更新相結(jié)合；并以變量的賦值為例，講述變量問(wèn)的值傳遞以及內(nèi)存空間分配的本質(zhì)。（4）結(jié)合數(shù)學(xué)函數(shù)的概念，講述函數(shù)的聲明、定義和調(diào)用等操作，闡述函數(shù)參數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)以及變量生存期和作用域的概念，講解函數(shù)參數(shù)值傳遞的內(nèi)存本質(zhì)。（5）針對(duì)數(shù)組概念的講授，闡述內(nèi)存連續(xù)分配的含義，結(jié)合數(shù)組訪(fǎng)問(wèn)的方式，解釋數(shù)據(jù)越界訪(fǎng)問(wèn)的原理。（6）針對(duì)指針的概念，明確指針作為一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，其自身的指針變量具有特定的內(nèi)存空間，并區(qū)分指針變量的內(nèi)存空間與所指向內(nèi)存空間的差異和關(guān)系。

4課程規(guī)劃

在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)以程序設(shè)計(jì)自身的邏輯為主線(xiàn)，將上述兩方面內(nèi)容有機(jī)地融合到課程講授中。此外，實(shí)踐是程序設(shè)計(jì)課程的重要構(gòu)成部分，應(yīng)盡早讓學(xué)生上機(jī)實(shí)踐，但又必須讓學(xué)生先具備基本的程序設(shè)計(jì)知識(shí)。以筆者承擔(dān)的40學(xué)時(shí)C程序設(shè)計(jì)理論課為例，擬將課程設(shè)計(jì)如下：

（1）課程概述（2學(xué)時(shí)）。以調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)心態(tài)為目的。通過(guò)調(diào)研學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的了解。（2）從數(shù)學(xué)到計(jì)算機(jī)（4學(xué)時(shí)）。以經(jīng)典的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，講解計(jì)算機(jī)的基本工作原理以及內(nèi)存的功能和重要性。以數(shù)學(xué)中的十進(jìn)制加法運(yùn)算為例，講述數(shù)據(jù)（數(shù)字）在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)方式、運(yùn)算方式，從而形成對(duì)二進(jìn)制的認(rèn)知，以及機(jī)器語(yǔ)言的基本概念和背后蘊(yùn)含的原理。（3）C程序設(shè)計(jì)速覽（2學(xué)時(shí)）。以數(shù)學(xué)中的函數(shù)概念為出發(fā)點(diǎn)，將程序類(lèi)比成函數(shù)，講解基本的輸入、輸出、返回值等概念；以自變量及其定義域?yàn)榛A(chǔ)，簡(jiǎn)述變量的定義、變量類(lèi)型等概念：以函數(shù)的展開(kāi)形式為基礎(chǔ)，講述程序設(shè)計(jì)基本的順序結(jié)構(gòu)及過(guò)程式程序設(shè)計(jì)的基本概念。此后，學(xué)生應(yīng)具備基本的上機(jī)實(shí)踐能力，初始階段的上機(jī)實(shí)踐當(dāng)以模仿為主，并逐步自我探索。（4）基本語(yǔ)法（4學(xué)時(shí)）。以上一章節(jié)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)講述C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中的基本語(yǔ)法，包括標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則、變量、數(shù)據(jù)類(lèi)型、運(yùn)算符、表達(dá)式、語(yǔ)句等。并以變量的內(nèi)存分配為例，講述變量類(lèi)型與內(nèi)存分配的關(guān)系，賦值語(yǔ)句及其內(nèi)存更新的關(guān)系。（5）控制語(yǔ)句（4學(xué)時(shí)）。以數(shù)學(xué)函數(shù)中的分段函數(shù)為基礎(chǔ)，講解條件選擇語(yǔ)句的含義與功能，并引入程序設(shè)計(jì)的選擇結(jié)構(gòu)。以數(shù)學(xué)中的求和運(yùn)算為例，引出循環(huán)語(yǔ)句并講述其功能，闡釋控制結(jié)構(gòu)的含義。（6）函數(shù)（4學(xué)時(shí)）。如上所述，結(jié)合數(shù)學(xué)函數(shù)的基本概念，解析函數(shù)名、函數(shù)參數(shù)、參數(shù)類(lèi)型、返回值、函數(shù)調(diào)用等基本概念。（7）后續(xù)知識(shí)點(diǎn)：數(shù)組、指針、自定義、文件讀寫(xiě)操作等。

5小結(jié)

本文針對(duì)大一新生在心理、基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)方式等方面情況，提出了一種基于數(shù)學(xué)函數(shù)的引導(dǎo)式教學(xué)思路，筆者將結(jié)合實(shí)際教學(xué)，進(jìn)一步完善并優(yōu)化這一教學(xué)方法。