C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的模塊化教學(xué)研究

何鈺娟

摘 要：C語(yǔ)言課程包括語(yǔ)法與算法兩方面的內(nèi)容，二者密切相關(guān)，對(duì)于寫(xiě)好一個(gè)C程序，缺一不可。鑒于以往教學(xué)中存在的問(wèn)題——輕算法/重語(yǔ)法，或輕語(yǔ)法/重算法，都無(wú)法很好的培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力。因此，我們將課程教學(xué)劃分為六個(gè)模塊，通過(guò)六個(gè)模塊的訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生六個(gè)方面的能力：靈活運(yùn)用C語(yǔ)言語(yǔ)法的能力、讀程序能力、寫(xiě)程序能力、程序調(diào)試能力、程序優(yōu)化能力、規(guī)范編程能力，目的在于使學(xué)生不僅會(huì)編程序，還會(huì)編好程序。

關(guān)鍵詞：C語(yǔ)言；模塊化；程序設(shè)計(jì)

一、引言

20世紀(jì)90年代以來(lái)，C語(yǔ)言迅速在全世界普及推廣，至今依然是最常用、最受歡迎的編程語(yǔ)言之一。同時(shí)“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”是很多高等學(xué)校的一門(mén)基本的計(jì)算機(jī)課程。該課程在計(jì)算機(jī)教育和計(jì)算機(jī)應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。

該課程最初的教學(xué)模式為：注重語(yǔ)句、語(yǔ)法細(xì)節(jié)的講解，對(duì)如何用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的方法和思路講得不夠，課程的訓(xùn)練著重于C語(yǔ)言語(yǔ)法和簡(jiǎn)單程序的閱讀，而對(duì)學(xué)生編程能力的訓(xùn)練不夠。結(jié)果導(dǎo)致學(xué)完該門(mén)課程，絕大多數(shù)學(xué)生不會(huì)編程，這樣就給后續(xù)課程留下了缺憾。針對(duì)這種情況，我們對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行了改革，具體為：課堂上注重編程思路的分析和講解，對(duì)C語(yǔ)言本身只講大語(yǔ)法，例如if語(yǔ)句的功能、循環(huán)語(yǔ)句的功能等，而更細(xì)節(jié)的語(yǔ)法由學(xué)生在編程實(shí)踐中自己學(xué)習(xí)。幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，我們的改革在提高學(xué)生的編程能力方面取得了一定的效果，但另一方面，我們發(fā)現(xiàn)由于在課程教學(xué)中側(cè)重于編程思路的講解及訓(xùn)練，C語(yǔ)法本身的講解及練習(xí)偏少，而二本院校的學(xué)生其自學(xué)能力及學(xué)習(xí)的自覺(jué)性較差，導(dǎo)致很多同學(xué)在編程時(shí)思路正確，但由于對(duì)語(yǔ)法的理解不夠深入，在編寫(xiě)程序時(shí)不能正確靈活地選用語(yǔ)句，程序出錯(cuò)時(shí)也不知如何修改，閱讀程序的能力也很差。

“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程涉及到兩個(gè)內(nèi)容——C語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)。C語(yǔ)言是程序設(shè)計(jì)的工具，主要涉及語(yǔ)法和語(yǔ)義兩個(gè)方面；而程序設(shè)計(jì)需要掌握對(duì)問(wèn)題求解過(guò)程的理解與描述方法。兩個(gè)概念密切相關(guān)但又互不相同，如果只會(huì)用工具，無(wú)法編寫(xiě)程序；如果只會(huì)程序設(shè)計(jì)的方法，不會(huì)使用或用不好工具，也無(wú)法編寫(xiě)程序。因此，我們對(duì)以往的教學(xué)模式進(jìn)行了調(diào)整。

二、模塊化的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）本課程的教學(xué)目標(biāo)

“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程的核心教學(xué)目標(biāo)就是教會(huì)學(xué)生使用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)程序，使學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法，具有靈活應(yīng)用這些思想和方法編寫(xiě)出C程序來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的程序調(diào)試能力和程序閱讀能力，讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本的編程規(guī)范，養(yǎng)成良好的編程風(fēng)格，了解程序優(yōu)化的方法和原則，為將來(lái)編寫(xiě)高效的程序做準(zhǔn)備。

（二）實(shí)施模塊化教學(xué)，全方位、多角度進(jìn)行編程訓(xùn)練

我們將課程教學(xué)劃分為C語(yǔ)言語(yǔ)法理論練習(xí)、程序閱讀、程序跟蹤調(diào)試、程序優(yōu)化、編程規(guī)范、程序設(shè)計(jì)六個(gè)模塊，通過(guò)六個(gè)模塊的訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生六個(gè)方面的能力：靈活運(yùn)用C語(yǔ)言語(yǔ)法的能力、讀程序能力、寫(xiě)程序能力、程序調(diào)試能力、程序優(yōu)化能力、規(guī)范編程能力。

1.C語(yǔ)言語(yǔ)法理論練習(xí)

在課程的學(xué)習(xí)中，C語(yǔ)言作為編程的工具非常重要。掌握基本的語(yǔ)法規(guī)則是編程的基礎(chǔ)，如果不掌握必要的語(yǔ)法規(guī)則，連最簡(jiǎn)單的程序也編不出來(lái)，或者編出來(lái)的程序錯(cuò)誤百出，無(wú)法運(yùn)行。而C語(yǔ)言的語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋面廣，因此我們創(chuàng)建了C語(yǔ)言語(yǔ)法理論練習(xí)題庫(kù)，包括單項(xiàng)選擇題、多項(xiàng)選擇題、判斷題幾種題型，在每次上機(jī)課前給學(xué)生布置與本周上機(jī)內(nèi)容相關(guān)的語(yǔ)法練習(xí)題作為上機(jī)預(yù)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生先熟悉即將用到的語(yǔ)法，并且使用技術(shù)手段促使學(xué)生必須在上機(jī)課前完成預(yù)習(xí)內(nèi)容，以保證預(yù)習(xí)效果，為上機(jī)課做好準(zhǔn)備。

2.程序閱讀

一切學(xué)習(xí)都從模仿開(kāi)始，編程也一樣。編程就像寫(xiě)文章，如果想成為一名卓越的作家，在能寫(xiě)出任何拿得出手的東西之前，需要品讀其他偉大作家的文章，吸收不同的風(fēng)格，看看前輩已嘗試過(guò)的東西，從中吸取精華，自己的知識(shí)才會(huì)慢慢增長(zhǎng)，自己的作品最終才會(huì)透露出些許成熟。編寫(xiě)代碼和寫(xiě)作一樣，對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)，閱讀優(yōu)秀的代碼就如同作家閱讀優(yōu)秀書(shū)籍一樣重要。

對(duì)于初學(xué)C語(yǔ)言的學(xué)生，閱讀程序就從一本優(yōu)秀的教材開(kāi)始，要求學(xué)生將教材上的源程序代碼一個(gè)一個(gè)的輸入到電腦中，編譯運(yùn)行，并且用紙和筆記錄下程序的運(yùn)行過(guò)程，對(duì)每一個(gè)程序都認(rèn)真剖析、認(rèn)真閱讀，在輸入代碼的過(guò)程中慢慢就可以品出程序的好壞了，例如，如果發(fā)現(xiàn)自己輸入了很多重復(fù)代碼，那就可以看出至少這個(gè)程序的結(jié)構(gòu)就不好，需要改進(jìn)。除了教材，還為學(xué)生推薦一些經(jīng)典的C語(yǔ)言書(shū)籍，讓學(xué)生閱讀和剖析書(shū)上的源代碼。我們還收集了經(jīng)典的程序代碼，為學(xué)生布置閱讀程序的作業(yè)，作業(yè)的形式多樣，有傳統(tǒng)的讀程序?qū)懡Y(jié)果的題型，也有自己設(shè)計(jì)的新題型，例如選程序注釋、為程序添加注釋等，選程序注釋就是給出源代碼，讓學(xué)生為指定代碼選擇已給出的注釋?zhuān)粸槌绦蛱砑幼⑨尵褪墙o出源代碼，讓學(xué)生為程序的指定行添加注釋。

3.程序跟蹤調(diào)試

在程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序調(diào)試的重要性并不亞于編寫(xiě)代碼，因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)計(jì)得再好的程序，也難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤需要通過(guò)調(diào)試來(lái)排除，通常程序的功能越復(fù)雜，調(diào)試過(guò)程的工作量也就越大。

編寫(xiě)程序時(shí)可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤通?？梢苑譃槿箢?lèi)：語(yǔ)法錯(cuò)誤、運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤。語(yǔ)法錯(cuò)誤是程序代碼違反了C語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則而產(chǎn)生的錯(cuò)誤，語(yǔ)法錯(cuò)誤在編譯階段就會(huì)被編譯器檢查出來(lái)。

運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤只有在運(yùn)行時(shí)才會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，例如，在應(yīng)用程序過(guò)程中打開(kāi)了并不存在的文件，或者使用越界的指針等等。運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤可以在集成調(diào)試環(huán)境下通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)、單步跟蹤、添加監(jiān)視等方法來(lái)查找和排除。

邏輯錯(cuò)誤是由于程序算法不完善而產(chǎn)生的運(yùn)行結(jié)果不符合程序設(shè)計(jì)功能的問(wèn)題，這一類(lèi)錯(cuò)誤比較難以檢查，一般需要通過(guò)監(jiān)視和檢查程序中數(shù)據(jù)的變化情況，來(lái)檢查錯(cuò)誤發(fā)生的位置。

大多數(shù)初學(xué)C語(yǔ)言的學(xué)生在面對(duì)錯(cuò)誤提示時(shí)，無(wú)從下手，不知錯(cuò)在哪里，如何修改。為了培養(yǎng)學(xué)生調(diào)試程序的能力，對(duì)于不同的錯(cuò)誤類(lèi)型采用不同的方式教學(xué)。對(duì)于語(yǔ)法錯(cuò)誤，我們將常見(jiàn)的錯(cuò)誤編成一個(gè)文檔提供給學(xué)生，供學(xué)生查閱，同時(shí)要求學(xué)生上機(jī)寫(xiě)程序時(shí)每個(gè)人都帶一個(gè)小本子和一支筆，當(dāng)程序出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤時(shí)，記下英文錯(cuò)誤提示信息和解決相應(yīng)錯(cuò)誤的方法，用于積累經(jīng)驗(yàn)，避免以后編程時(shí)再犯同樣的錯(cuò)誤或犯了錯(cuò)誤知道如何修改，此外，還布置程序改錯(cuò)題對(duì)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)訓(xùn)練。對(duì)于運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤，我們?yōu)閷W(xué)生介紹了不同的調(diào)試方法，例如使用注釋程序的方法縮小錯(cuò)誤范圍，使用增加printf函數(shù)查看程序運(yùn)行中相關(guān)變量的變化，使用調(diào)試工具監(jiān)視和檢查數(shù)據(jù)變化情況來(lái)判斷錯(cuò)誤位置。此外，還設(shè)計(jì)了程序跟蹤調(diào)試的題目訓(xùn)練學(xué)生，讓學(xué)生在實(shí)際的操作中學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)調(diào)試工具及調(diào)試方法。以下是我們?cè)O(shè)計(jì)的有關(guān)調(diào)試練習(xí)的一個(gè)題目，該類(lèi)題可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)閱。

4.程序優(yōu)化

程序優(yōu)化指的是針對(duì)同一問(wèn)題的不同程序進(jìn)行比較、調(diào)整或修改，將程序變?yōu)檎Z(yǔ)句比較少、內(nèi)存占用量比較小、運(yùn)行速度比較快的程序。每一個(gè)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的人都應(yīng)該了解程序優(yōu)化的一些常用方法和技巧。在課程中我們?yōu)閷W(xué)生介紹了一些程序優(yōu)化的原則（主要是運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化），還設(shè)計(jì)了一些程序優(yōu)化的題目讓學(xué)生練習(xí)，在期末考試中也要考核，目的是使學(xué)生了解程序優(yōu)化的概念，具有程序優(yōu)化的意識(shí)。

5.編程規(guī)范

現(xiàn)在我們用的軟件都是規(guī)模相當(dāng)大的，非常熟悉的Windows操作系統(tǒng)，Office辦公軟件，各種網(wǎng)絡(luò)管理軟件等，都是需要一個(gè)龐大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)才能完成，如果沒(méi)有規(guī)范，那開(kāi)發(fā)出來(lái)的將是一堆電子垃圾，沒(méi)有任何用處；沒(méi)有成功的規(guī)范，一定沒(méi)有成功的軟件；大型軟件的成功并不是某個(gè)人的智力決定的，它是嚴(yán)格按照規(guī)范來(lái)生成的。

有人說(shuō)，印度十個(gè)人編程，會(huì)編出一樣的東西，而中國(guó)十個(gè)人編程可能會(huì)有十種風(fēng)格。因?yàn)槲覀兒雎粤艘粋€(gè)重要問(wèn)題，即“顧客”的感受，程序的編寫(xiě)是給別人看的，而不是只給我們自己看。因此，我們參考了業(yè)界比較推崇的一些編程規(guī)范，制定了適合C語(yǔ)言初學(xué)者使用的編程規(guī)范，目的在于培養(yǎng)學(xué)生良好的編程規(guī)范和意識(shí)、素質(zhì)，促進(jìn)所設(shè)計(jì)程序安全、健壯、可靠、可讀與可維護(hù)。在課上我們強(qiáng)調(diào)和要求程序的可讀性、規(guī)范性等編程規(guī)范，在平時(shí)的作業(yè)和期末考試中，一個(gè)程序的得分由程序結(jié)果和編程規(guī)范兩部分決定，計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)程序結(jié)果和編程規(guī)范進(jìn)行評(píng)閱，程序中如果有3個(gè)或以上的規(guī)范錯(cuò)誤，該程序計(jì)為0分。

6.程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)課程就是要培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)分析和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)怎樣用計(jì)算機(jī)的方式去思考和解決問(wèn)題。程序設(shè)計(jì)不是聽(tīng)會(huì)的，也不是看會(huì)的，而是自己練會(huì)的。學(xué)生只有在編寫(xiě)大量程序之后，才能獲得真知灼見(jiàn)，找到感覺(jué)，最后能運(yùn)用自如。因此，我們給學(xué)生提供了大量的上機(jī)練習(xí)時(shí)間，上機(jī)時(shí)我們將機(jī)房設(shè)置為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生在限定的時(shí)間、限定的機(jī)房?jī)?nèi)完成老師布置的程序，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分，如果發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)，還可以根據(jù)提示反復(fù)修改提交。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于無(wú)法使用U盤(pán)等外部設(shè)備、無(wú)法使用外網(wǎng)，學(xué)生之間無(wú)法互相拷貝程序，每個(gè)學(xué)生都只能自己動(dòng)手，不可能依賴其他同學(xué)，無(wú)法吃大鍋飯。

除了上機(jī)實(shí)驗(yàn)課的編程，為了讓學(xué)生鞏固所學(xué)，還布置了課后編程作業(yè)，也是限定時(shí)間提交，計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分。

期末考核也采用全機(jī)考的方式，不考死記硬背的東西，考核學(xué)生程序設(shè)計(jì)、程序調(diào)試、查閱資料等能力，計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分，對(duì)就是對(duì)，錯(cuò)就是錯(cuò)。

通過(guò)大量的編程練習(xí)，學(xué)生編寫(xiě)程序及調(diào)試程序的能力普遍有了較大提高。

三、結(jié)語(yǔ)

“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”是一門(mén)重要的課程，對(duì)于零編程基礎(chǔ)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，同時(shí)又是一門(mén)困難的課程，為了上好這門(mén)課程，多年來(lái)我們一直致力于該課程的教學(xué)研究和改革，經(jīng)過(guò)多年的努力，我們的教學(xué)取得了良好的效果。

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（作者單位：成都信息工程大學(xué)）