C語言程序設計教學中排序算法的教學設計
——以選擇法排序為例

羊巍 孫新杰 六盤水師范學院

一、引言

通常在選擇法排序（以下簡稱排序）的教學中，教師可能會先演示排序算法的排序過程，講解什么是排序，然后展示程序，并對程序中的代碼進行講解，可能還要對程序中的關鍵代碼反復強調等等。其實對于一年級的程序新手而言，選擇法排序算是一個比較難的復雜問題，他們常常是懂了選擇法排序的算法原理，寫不出程序，看了教師程序，關鍵代碼搞不懂，課后還要花大量的時間反復琢磨才能搞懂。這樣的教與學往往枯燥而又事倍功半，學生可能會失去學習興趣，教師的教學目標也往往難以達成。

二、選擇法排序的教學設計

教學設計是根據課程標準的要求和教學對象的特點，將教學諸要素有序安排，確定合適的教學方案的設想和計劃。一般包括教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節。我校為地方二本學校，學生大都來自山區，多數學生沒有計算機基礎知識，經過一段時間的學習，分析問題并將其用程序實現的能力往往還是比較薄弱，鑒于此，進行排序教學設計時，根據實際情況，把排序算法分解成為幾個子問題，分而治之，最后又進行合成，讓學生從整體與細節上，比較好的掌握排序算法。

（一）教學目標

排序算法教學目標為：掌握排序算法（以排成一個非遞減序列為例）的原理并能用C代碼實現。

（二）教學重難點

排序算法教學重難點為：排序算法的原理，排序過程與程序中關鍵代碼的對應關系。

（三）教學方法設計

結合多媒體手段講解排序算法原理，學生可以理解算法原理，從教學的角度從發，分析一下排序算法源程代碼結構，會發現其中有如下的難點：

(1）整個代碼為一個雙重循環，而且，內層循環次數執行受外層循環的控制。

(2）內層循環做兩件事，一是掃描出指定范圍內，序列中最大值的元素所對應的位置，而掃描的終點位置是遞減的；二是元素對換，將上一步中得到最大值元素與掃描終點元素作對換，而對換中的三步操作雖然不一唯，但第一步操作確定后，后兩步操作的順序是唯一的。

針對上述分析，筆者認為，學生從理解排序算法原理，要一下實現排序算法，有比較大的難度。排序算法可以分解為二個子問題，一是掃描，二是對換，可以以函數的形式獨立實現，作為課堂任務，引導學生完成，這樣做有兩個好處：一是讓學生掌握掃描與對換的實現，二是作為知識銜接，進一步訓練數組作為函數參數的函數這一知識點。在這個基礎上，可以引導學生，以單循環的形式實現排序算法，即在循環中反復調用掃描與對換函數，這樣做，可以避開雙重循環。完成了這個課堂任務，學生可以理解，排序過程，就是反復的掃描與對換的過程，這就是分解問題的典型求解方法。行至于此，教師可以引導學生，完成最終形式的非函數調用的排序算法，在單循環中用非函數調用替換函數調用（子問題的合成），在這個過程，學生在函數調用的參數傳遞與多重循環兩個知識點在能得到強化。

基于上述分析，筆者認為，排序算法的教學過程可以這樣設計：教學方法采用以課堂任務驅動與引導探究為主的方法，通過幾個課堂任務為驅動，1個算法原理展示為引導環節，逐步引導學生掌握排序的算法原理，引導學生逐步實現該算法，并深刻理解程序中的關鍵代碼，同時，作為拓展，進一步引導學生用同樣的分解方法實現冒泡排序算法。

（四）教學步驟

開始講授時，不直接講授排序，僅僅使用課堂任務驅動與教師演示進行探索引導。

課堂任務一：實現一個函數，其功能為：給定一個整數數組，找出從頭至給定位置間，值最大的元素所在的數組下標。參考實現如下：

教學環節一：引導

教師引導學生觀察排序算法圖示，通過教師的引導，使學生理解并掌握算法的原理。引導學生總結：教師把排序問題分解為兩個子問題：

(1）從序列的開始到指定位置，掃描序列，找出最大值元素所在的位置；

(2）將上一步中得到的位置上的元素，與序列中指定位置的元素進行對換。對于一個問題的規模為len的序列，反復做len-1次掃描與對換，可完成排序。至此，教師引導學生，利用已經實現的掃描與交換兩個函數，可以完成課堂任務三。

課堂任務三：利用任務一和任務二find_max與swap兩個函數，實現排序算法，功能為：給定一個長度為len整數序列，利用排序對該序列進行排序，使得該序列成為一個非遞減的有序序列。參考實現如下：

課堂任務四：不調用find_max和swap函數，改寫任務三的selection_sort函數，實現排序算法。該任務是將排序問題的子任務（掃描與對換）進行合成，形成最終的排序算法。參考實現如下：

教學環節二：小結

(1）排序問題被分解為幾個子問題？

(2）每個子問題如何解決（教師強調關鍵代碼）。

教學環節三：拓展：

(1）如果在每一趟排序中，要求掃描的終止位置不變，而起始位置可變，又怎么實現排序？

(2）要求學生研究冒泡排序，分解該問題，進而自行實現該算法。

三、小結

至此，筆者通過四個課堂任務，一個引導環節及一個小結，完整清晰、循序漸進、由淺入深的完成了教學任務。其中課堂任務一和課堂任務二將排序問題中掃描與交換分開實現，這種分解使得問題被簡化，同時，在講解排序問題前實現掃描與交換，降低了學生實現完整程序的難度。通過引導環節，使學生通過圖示，清晰明了的理解排序算法的原理。通過課堂任務三，利用函數調用的方式實現算法，避免學生陷入掃描與交換的代碼細節，使得算法實現簡單清晰，同時，在技術細節上，強調每一趟掃描的終止位置如何控制，掃描完成后，如何指定元素交換的位置。通上述教學環節，學生可以平滑的進行到課堂任務四，實現一個最終的排序算法。最后利用教學環節六用為拓展，強化本堂課的教學內容。