C 語言程序設(shè)計(jì)深度教學(xué)

董巍

（湖北文理學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，襄陽 441053）

0 引言

C 語言廣泛用于系統(tǒng)軟件、單片機(jī)應(yīng)用的開發(fā)之中；它是大學(xué)計(jì)算機(jī)類專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的首選教學(xué)語言；在TIOBE 網(wǎng)站每月公布的計(jì)算機(jī)編程語言排行榜上，其一直占駐第一或第二名的位置[1]。這些，充分體現(xiàn)了C 語言的生命力強(qiáng)和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。

C 語言作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)的第一門編程語言，教學(xué)目的主要有兩點(diǎn)：一是對程序設(shè)計(jì)基本概念、原理、方法的了解、掌握和運(yùn)用，二是對程序編碼與程序調(diào)試能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。即承擔(dān)著編程啟蒙和入門、進(jìn)而為學(xué)習(xí)其他編程語言、后續(xù)專業(yè)課程提供專業(yè)術(shù)語和編程技能的服務(wù)作用。由于其基礎(chǔ)性和重要性，針對C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的研究層出不窮、方興未艾。在中國知網(wǎng)，以“C 語言”、“教學(xué)”為主題搜索到的5000 多條文獻(xiàn)中，多是關(guān)于教學(xué)方法、教學(xué)模式的研究，而針對課程知識(shí)點(diǎn)的相互關(guān)系和深度應(yīng)用的研究則比較少。因此，本文從C 語言的幾個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合教學(xué)規(guī)律和教學(xué)方法展開探討，幫助提高該課程知識(shí)的教、學(xué)、用。

1 學(xué)習(xí)的四階段

學(xué)習(xí)具有四個(gè)階段：識(shí)記、理解、意識(shí)、悟性。即是我們常說的了解和記憶、理解和掌握、熟悉和應(yīng)用、拓展和創(chuàng)新，它們呈現(xiàn)逐級(jí)提升的狀態(tài)。

1.1 識(shí)記

識(shí)記是學(xué)習(xí)任何知識(shí)的第一階段，是高樓大廈的基石，學(xué)生也會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行知識(shí)的識(shí)記。

大量的事實(shí)表明學(xué)生對識(shí)記性知識(shí)掌握、直接運(yùn)用的效果并不好。例如：講述了標(biāo)識(shí)符的命名方法、特別是命名要遵循“見名知意”的原則之后，學(xué)生在給程序文件、文件夾命名時(shí)仍習(xí)慣于使用數(shù)字或漢字作為名稱，程序中變量的命名仍五花八門、晦澀難懂。

1.2 理解

一些具有豐富教學(xué)經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)、對教學(xué)內(nèi)容有深刻理解的教師，可以直接傳授給學(xué)生第二級(jí)的信息——理解。

C 語言是學(xué)生接觸的第一門程序設(shè)計(jì)語言，其包含的概念、原理、方法、技巧等呈現(xiàn)多繁雜的特點(diǎn)。因此，提出了“語法夠用、重在算法”的觀點(diǎn)，且踐行著“化繁為簡、循序漸進(jìn)”的教學(xué)思想。例如：在講述scanf、printf 函數(shù)時(shí)，強(qiáng)調(diào)格式控制符的類別和個(gè)數(shù)必須與變量的類型和個(gè)數(shù)一致，以避免鍵盤輸入數(shù)據(jù)的非法而導(dǎo)致變量獲取值的錯(cuò)誤、輸出時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致的亂碼；再例如：對“if（表達(dá)式）”，其標(biāo)準(zhǔn)的樣式是“if（exp!=0）”，由于C 語言的靈活性，常將其簡寫成了“if（exp）”；而對于“if（!exp）”的理解，可將其直接補(bǔ)充為“if（!exp!=0）”、再將兩側(cè)的“!”同時(shí)去掉、則演變成了“if（exp==0）”，這樣的推導(dǎo)、理解使得學(xué)生感覺到豁然開朗，既簡潔又直觀。

1.3 意識(shí)

經(jīng)歷了認(rèn)知、理解、練習(xí)、思考、總結(jié)之后，真正做到融會(huì)貫通、形成意識(shí)，則學(xué)習(xí)已經(jīng)進(jìn)入到了一定的高度和境界，也就是培養(yǎng)出了計(jì)算思維。這不是老師所能直接完成的任務(wù)，即意識(shí)只能訓(xùn)練、培養(yǎng)，不能傳授。通常，在講述循環(huán)結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)時(shí)，一般會(huì)講解大量的、典型的例題，再配以大量的練習(xí)題，以此來鞏固基本概念、歸納基本方法、總結(jié)解題經(jīng)驗(yàn)和技巧、擴(kuò)展應(yīng)用范圍等，更重要的是實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)思維向計(jì)算思維的逐步轉(zhuǎn)變和培養(yǎng)[2]。

1.4 悟性

珍貴的不是那些死記硬背的知識(shí)，而是創(chuàng)造知識(shí)的悟性。對大眾來說，主要是運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，即應(yīng)用；對少數(shù)悟性高的人來說是創(chuàng)新。老師所能做的只能是啟發(fā)、誘發(fā)、激發(fā)、開發(fā)。應(yīng)運(yùn)而生的是在大學(xué)廣泛開展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、學(xué)業(yè)導(dǎo)師制等。

2 深度教學(xué)

2.1 概念的深度理解

C 語言程序設(shè)計(jì)課程中存在大量的概念和專業(yè)術(shù)語，既需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅嬲Z言對其進(jìn)行定義、也需要通俗易懂的口頭語言對其進(jìn)行講解；既需要理解其字面意思，更需深刻理解其內(nèi)涵和外延。

例如，數(shù)組是“一批類型相同、名稱相同的元素組成的有限序列”，這句話體現(xiàn)出了數(shù)組的類型、名稱、容量、有序（值及其順序）等意思，因此，在編程時(shí)聲明和定義一個(gè)數(shù)組則分別需要緊抓其三、四要素[3]；數(shù)組的應(yīng)用則緊緊圍繞其四要素展開，特別是數(shù)組元素的值和實(shí)際元素個(gè)數(shù)，且數(shù)組實(shí)際元素的個(gè)數(shù)可能是動(dòng)態(tài)增長的。重點(diǎn)練習(xí)的題目有求一個(gè)整數(shù)的所有因子、所有質(zhì)因子，使用數(shù)組模擬集合的并較差補(bǔ)運(yùn)算等。這些題目既包含了對概念的深刻理解、也包含了基本的算法。

再如，對函數(shù)首部“三要素”的理解、確定和使用，特別是函數(shù)的類型、最重要的是函數(shù)參數(shù)的個(gè)數(shù)和類型的確定，因?yàn)橥ㄟ^函數(shù)調(diào)用只能返回一個(gè)值，要想得到多個(gè)值就必須通過函數(shù)的參數(shù)來完成、且參數(shù)必須使用指針型參數(shù)[4]，這是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

函數(shù)應(yīng)用的目的在于程序結(jié)構(gòu)化、模塊化和重用性。初學(xué)者可能更習(xí)慣于整個(gè)程序只有一個(gè)main 函數(shù)，這樣的話，略微復(fù)雜的程序則繁瑣冗長、結(jié)構(gòu)不清晰、功能不明確，或者函數(shù)中包含有數(shù)據(jù)的輸入輸出，或者大量使用全局變量，或者所有函數(shù)都是空類型而沒有返回值……，這些都會(huì)降低程序的可讀性、結(jié)構(gòu)化、模塊化、重用性等。解決辦法是采取“三步曲”的模式進(jìn)行講授：主函數(shù)中只由三類語句構(gòu)成，第一是輸入、第二計(jì)算、第三是輸出，第二中的計(jì)算自然而然必須使用自定義函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，且需根據(jù)計(jì)算的復(fù)雜性進(jìn)行再分解。經(jīng)過一段時(shí)間的訓(xùn)練逐步建立“三步曲”的思想，從而逐步建立函數(shù)思維。

再如，鏈表是C 語言學(xué)習(xí)的難點(diǎn)、也是重點(diǎn)，若對鏈表操作中幾個(gè)賦值語句能很好地理解，則能達(dá)到事半功倍的效果。假設(shè)有如下的賦值語句：

這些賦值語句，從物理上看、或者說從右向左看是賦值，是把一個(gè)地址值賦值給另一個(gè)指針變量或指針變量的指針域；從邏輯上看、或者說從左向右看是指向，是一個(gè)指針指向另一個(gè)結(jié)點(diǎn)；若賦值號(hào)左邊是某個(gè)變量的指針域則表示是鏈的連接[5]。這樣的理解將使得復(fù)雜的指針運(yùn)算變得形象直觀。對這幾個(gè)賦值語句的正確理解、運(yùn)用，將會(huì)對鏈表操作、更是對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程的學(xué)習(xí)起到事半功倍的效果。

2.2 運(yùn)算符的深度應(yīng)用

模運(yùn)算是一個(gè)重要的運(yùn)算符，其典型應(yīng)用有：分離一個(gè)整數(shù)各數(shù)位上的數(shù)字，數(shù)學(xué)黑洞問題，判斷一個(gè)整數(shù)是否為素?cái)?shù)，求一個(gè)整數(shù)的因子，輸出某年某月某日是星期幾，仿照電腦上日歷的樣式打印萬年歷，根據(jù)“三天打魚兩天曬網(wǎng)”的規(guī)則判斷漁夫某天該干啥[6]，多個(gè)空瓶換汽水的問題，等等。

位運(yùn)算在解決實(shí)際問題的應(yīng)用中具有更大的實(shí)際意義。如位與運(yùn)算，本意是對兩個(gè)整數(shù)的對應(yīng)二進(jìn)制進(jìn)行與運(yùn)算，從而得到一個(gè)新的整數(shù)；物理意義則是屏蔽或析出一個(gè)整數(shù)某個(gè)二進(jìn)制位上的值。例如：判斷一個(gè)整數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)，常使用的方法是模運(yùn)算，而使用位與運(yùn)算則顯得更為“高大上”；在根據(jù)幾句話判斷幾名嫌疑人究竟哪些是罪犯的推理題中，可以使用一個(gè)整數(shù)的幾個(gè)二進(jìn)制位來代表幾名嫌疑人，即將嫌疑人的一組狀態(tài)映射到一個(gè)十進(jìn)制整數(shù)的固定二進(jìn)制位上[7]，則是位運(yùn)算的深度應(yīng)用。

2.3 方法的深度應(yīng)用

在C 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中，假設(shè)法、枚舉法、篩選法是常使用的方法和技巧。

例如：三個(gè)數(shù)求最大值、通過數(shù)組求最大值、進(jìn)而推廣到通過一個(gè)循環(huán)同時(shí)求解一批數(shù)據(jù)中的最大值和最小值、最后拓展到選擇排序，“假設(shè)第一個(gè)數(shù)就是最值”這一思想體現(xiàn)得淋漓盡致；使用數(shù)組篩選出素?cái)?shù)、約瑟夫問題、紅黑球的放置問題等等，既體現(xiàn)了篩選法的應(yīng)用、又顯現(xiàn)了整數(shù)（或編號(hào)）與數(shù)組下標(biāo)之間的映射[8]。

上面這些基礎(chǔ)性的題目，既有多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用、也呈現(xiàn)出了從簡單到復(fù)雜的遞進(jìn)關(guān)系、更有問題的追根溯源（雛形）。因此，不論是教師、還是學(xué)生都需要不斷的分析、思考、總結(jié)、探索。

對于基礎(chǔ)型課程，在教學(xué)中運(yùn)用最多的是案例式、遞進(jìn)式、設(shè)問式教學(xué)等，還有翻轉(zhuǎn)課堂正不斷興起和大量運(yùn)用。

3 結(jié)語

深入研究課程內(nèi)容，挖掘知識(shí)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，創(chuàng)設(shè)更多更好的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性的題目，因地制宜地運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段，因材施教地開展教學(xué)，把教學(xué)重心轉(zhuǎn)移到“五個(gè)突出”上，即突出理解基本概念、突出掌握基本技能、突出計(jì)算思維養(yǎng)成、突出核心知識(shí)點(diǎn)把握、突出編程能力訓(xùn)練，從而推動(dòng)本科院校教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。