談C程序設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

崔 杰

談C程序設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

崔 杰

(遼寧工業(yè)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

科學(xué)思維是大學(xué)生必備的科學(xué)素質(zhì)，將科學(xué)思維的培養(yǎng)納入大學(xué)課堂勢(shì)在必行。本文提出將科學(xué)思維引入C程序設(shè)計(jì)教學(xué)，將多種科學(xué)思維方法在C程序設(shè)計(jì)教學(xué)中加以運(yùn)用。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，融入科學(xué)思維的教學(xué)模式對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)起到了非常重要的作用，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，對(duì)C程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)也起到了很大的促進(jìn)作用。

C程序設(shè)計(jì)；科學(xué)思維；思維方法

科學(xué)思維是科學(xué)工作者重要的科學(xué)品質(zhì)，培養(yǎng)具有科學(xué)思維的綜合性素質(zhì)人才是大學(xué)的任務(wù)。在大學(xué)階段要把學(xué)生的人文素質(zhì)發(fā)展和科學(xué)素質(zhì)發(fā)展作為學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)定實(shí)施的重要內(nèi)容，引導(dǎo)大學(xué)生有意識(shí)地促進(jìn)兩方面素質(zhì)的發(fā)展。C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程包含很多的科學(xué)思維方法，教師在講授C程序設(shè)計(jì)時(shí)，要自覺(jué)地將人文精神和科學(xué)精神的培養(yǎng)貫穿于程序設(shè)計(jì)課程的始終，充分發(fā)掘程序設(shè)計(jì)課程對(duì)人才綜合素質(zhì)養(yǎng)成的潛移默化的作用，真正做到教書(shū)育人。

一、科學(xué)思維的重要性

思維是人腦對(duì)客觀事物的間接的概括反映，是揭示事物的本質(zhì)特征及內(nèi)部規(guī)律的認(rèn)識(shí)活動(dòng)?？茖W(xué)思維教育的目的是提高學(xué)生基本的科學(xué)素質(zhì)，這是學(xué)生素質(zhì)的一個(gè)重要組成部分。因此，推行素質(zhì)教育必須注重學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練。從某種意義上講，人類的每一種能力、每一個(gè)進(jìn)步，都與自己的思維能力息息相關(guān)。研究表明：古今中外在各個(gè)領(lǐng)域做出重大貢獻(xiàn)的杰出人物，他們所共同具有的是卓越出眾的思維能力。由于思維的重要性，國(guó)外從20世紀(jì)30年代開(kāi)始對(duì)思維教育進(jìn)行研究。很多國(guó)際公司為了開(kāi)發(fā)職工的創(chuàng)造潛力，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在職工中進(jìn)行科學(xué)思維教育和訓(xùn)練，企業(yè)對(duì)職工進(jìn)行關(guān)于創(chuàng)新思維方法的培訓(xùn)。在我國(guó)，對(duì)思維的研究有較長(zhǎng)的歷史，孔子說(shuō)過(guò)：“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”，由此指明了學(xué)習(xí)與思維的關(guān)系。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，知識(shí)更新的加快，社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，科學(xué)思維教育越來(lái)越引起人們的重視。這是因?yàn)?，將?lái)一個(gè)人在社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中是否成功，關(guān)鍵看他是否具有靈活的頭腦、敏銳的思維和創(chuàng)新能力，能否捕捉機(jī)會(huì)、組合機(jī)會(huì)和創(chuàng)造機(jī)會(huì)。因此，科學(xué)思維教育已成為科學(xué)教育的重要方面，科學(xué)思維的訓(xùn)練也應(yīng)成為素質(zhì)教育的一個(gè)重要內(nèi)容。

二、C程序設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

科學(xué)思維包括很多思維方法，正確地運(yùn)用科學(xué)思維方法，對(duì)今后的學(xué)習(xí)、工作以至于生活都有很大的益處。筆者根據(jù)多年的實(shí)踐，在自己講授的C程序設(shè)計(jì)課程中貫穿科學(xué)思維方法，包括系統(tǒng)思維、逆向思維、歸納思維、創(chuàng)新思維等，根據(jù)具體的問(wèn)題來(lái)引出具體思維方法。這樣既可以加深對(duì)哲學(xué)的理解，又可以對(duì)所學(xué)的知識(shí)有一個(gè)質(zhì)的提升[1]。

（一）C程序設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生系統(tǒng)思維的培養(yǎng)

系統(tǒng)思維是人類最重要的思維方式。它要求看待事物要從全局而非局部出發(fā)，從系統(tǒng)整體來(lái)思考，找到整體與部分之間的辯證關(guān)系。系統(tǒng)思維要把握事態(tài)發(fā)展的動(dòng)態(tài)性，要用發(fā)展的眼光看待事物。在C程序設(shè)計(jì)中的需求分析要求對(duì)軟件的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全局考慮，解決之間出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，包括硬件與軟件的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)商與用戶的問(wèn)題，軟件模塊之間的問(wèn)題等，在問(wèn)題協(xié)調(diào)中找到解決的方法。需求分析也不是不變的，隨著時(shí)間、軟硬件環(huán)境的變化，需求也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)需求需要重新審視。在需求分析的過(guò)程中，要按照需求分析的五個(gè)階段：需求分析，獲取需求；建立概念模型；產(chǎn)生需求說(shuō)明書(shū)；分析需求的正確性；跟蹤管理需求。在整個(gè)需求分析過(guò)程中體現(xiàn)了科學(xué)的系統(tǒng)思維方法。

（二）C程序設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生歸納思維的培養(yǎng)

歸納思維是從多個(gè)個(gè)體之中找到其中的規(guī)律加以歸納總結(jié)，得到一個(gè)一般性的概括性的規(guī)則。這種方法主要是將收集到的已有資料加以“抽絲剝繭”地分析，最后得以做出一個(gè)概括性的結(jié)論。在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中，循環(huán)結(jié)構(gòu)比較難理解，在循環(huán)中引入歸納思維的方法，可以達(dá)到事半功倍的效果。冒泡法排序算法在程序設(shè)計(jì)中歷來(lái)是很難理解的算法，采取歸納的方法，可以使學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解達(dá)到水到渠成的效果。

歸納思維在排序算法中的應(yīng)用[1]。問(wèn)題：將5個(gè)整數(shù)按照從小到大排序，部分源代碼如下：

#include

main()

{int a[5],i;

for(i=0;i<5;i++)

scanf(“%d”,&a[i]);

/*具體排序過(guò)程*/

…

for(i=0;i<5;i++)

printf(“%6d”,a[i]);

}

冒泡排序（Bubble Sort）的基本思想是：依次比較相鄰的兩個(gè)數(shù)，將小數(shù)放在前面，大數(shù)放在后面。即在第一趟：首先比較第1個(gè)和第2個(gè)數(shù)，將小數(shù)放前，大數(shù)放后。然后比較第2個(gè)數(shù)和第3個(gè)數(shù)，將小數(shù)放前，大數(shù)放后，如此繼續(xù)，直至比較最后兩個(gè)數(shù)，將小數(shù)放前，大數(shù)放后。至此，第一趟排序結(jié)束，將最大的數(shù)放到了最后。

原始數(shù)據(jù)：971264

第一趟比較結(jié)果：796412

代碼實(shí)現(xiàn)：

for(j=0;j<4;j++)

if(a[j]>a[j+1]) {t=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=t;}

經(jīng)過(guò)第一趟的比較后，不難看出最大的數(shù)已經(jīng)排在了最后一個(gè)位置，那么利用同樣的方法再進(jìn)行第二趟比較，就會(huì)將第二大的數(shù)排在倒數(shù)第二位置。依次類推，只要同樣的方法進(jìn)行4趟比較，所有的數(shù)據(jù)就都可以排出來(lái)。

第二趟比較結(jié)果764912

第三趟比較結(jié)果647912

第四趟比較結(jié)果467912

也就是讓第一趟的代碼執(zhí)行4遍，那么歸納出程序段如下：

for(i=0;i<4;i++)

for(j=0;j<4;j++)

if(a[j]>a[j+1]) {t=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=t;}

實(shí)際上這個(gè)算法就已經(jīng)能夠?qū)?個(gè)數(shù)按照從小到大排序，但在講解排序過(guò)程中，有部分學(xué)生就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是每一趟的比較不需要比較到最后，而是隨著比較趟數(shù)的增多，比較次數(shù)可以逐漸減少。因?yàn)榻?jīng)過(guò)每趟比較后出來(lái)的最大數(shù)，下趟比較時(shí)就不需要處理了，這樣就可以提高程序的效率。因此，就提出對(duì)上面的程序進(jìn)行改進(jìn)：

for(i=0;i<4;i++)

for(j=0;j<4-i;j++) /*隨著比較趟數(shù)的增加比較次數(shù)逐漸減少*/

if(a[j]>a[j+1]) {t=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=t;}

冒泡排序算法到此結(jié)束，同時(shí)引出其他的排序算法。在教師的引導(dǎo)下，只給出排序的思想，讓學(xué)生利用分步再歸納的方法自己編寫(xiě)其他的算法，如選擇法。每個(gè)班級(jí)都會(huì)有大部分的同學(xué)將排序算法編寫(xiě)出來(lái)，學(xué)生感覺(jué)收獲很大，同時(shí)也體會(huì)了歸納思維方法在程序設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的效果。

（三）C程序設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)

逆向思維是一種重要的思考方式，也稱反向思維。一般思考問(wèn)題都是從正面出發(fā)，對(duì)于特殊的問(wèn)題如果能從問(wèn)題的對(duì)立面出發(fā)，找到解決問(wèn)題的方法，也可以達(dá)到意想不到的效果[2]?，F(xiàn)實(shí)生活中有很多無(wú)法解決的問(wèn)題，敢于“反其道而思之”，從結(jié)論往回推，倒過(guò)來(lái)思考，從求解回到已知條件，反過(guò)去想或許會(huì)使問(wèn)題簡(jiǎn)單化。其實(shí)，對(duì)于一些特殊問(wèn)題，運(yùn)用逆向思維去思考和處理問(wèn)題，實(shí)際上就是以“出奇”去達(dá)到“制勝”。C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)對(duì)于大學(xué)一年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定難度，尤其在初期入門階段，數(shù)據(jù)類型的學(xué)習(xí)就存在很大的問(wèn)題，難理解、枯燥、記不住，從此對(duì)C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)就失去了興趣。因此，可以用逆向思維的方法來(lái)解決該問(wèn)題，學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)類型就自然而然地掌握了。為了解決困擾很多學(xué)生的數(shù)據(jù)類型問(wèn)題，在C程序設(shè)計(jì)教學(xué)中采用了一個(gè)實(shí)例：

#include

main()

{int a=32767,b; /*a、b是兩個(gè)變量，用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)*/

b=a+1;

printf(“%d”,b);

}

這是一道C語(yǔ)言中最簡(jiǎn)單的一道題，學(xué)生預(yù)計(jì)的結(jié)果應(yīng)該是32768，而實(shí)際運(yùn)行后的結(jié)果卻是-32768。這讓每個(gè)學(xué)生都感到很詫異，功能如此強(qiáng)大的電腦，為什么這么簡(jiǎn)單的問(wèn)題都不能正確計(jì)算呢？據(jù)此，教師直接提出了一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)文化課程中曾講解過(guò)內(nèi)存、原碼、反碼和補(bǔ)碼的問(wèn)題，在C程序設(shè)計(jì)中會(huì)使這些知識(shí)得以真正地理解。計(jì)算機(jī)中存取數(shù)據(jù)的基本單位為字節(jié)，每個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)8個(gè)二進(jìn)制位，對(duì)于有符號(hào)的數(shù)來(lái)說(shuō)，第一位是符號(hào)位，0代表正數(shù)，1代表負(fù)數(shù)。讓學(xué)生計(jì)算一下，1個(gè)字節(jié)能存放的有符號(hào)數(shù)據(jù)最大是多少呢？回答的結(jié)果是127。接下來(lái)計(jì)算2個(gè)字節(jié)能表示的最大一個(gè)正數(shù)是多少呢？回答是32767。通過(guò)前面的計(jì)算學(xué)生已經(jīng)深刻記憶兩個(gè)字節(jié)只能表示32767，再大就表示不了了。32767+1導(dǎo)致第一位變成了1，則正數(shù)變成了負(fù)數(shù)。此時(shí)教師就提出一個(gè)問(wèn)題，a、b兩個(gè)變量在內(nèi)存中分配了兩個(gè)字節(jié)，分配幾個(gè)字節(jié)是誰(shuí)確定的呢？學(xué)生表示疑惑，于是教師將問(wèn)題解釋：a、b變量分配兩個(gè)字節(jié)就是由它前面的關(guān)鍵字int決定的，int類型的變量，TC環(huán)境下操作系統(tǒng)為該類型變量分配兩個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間。于是對(duì)于上面的程序結(jié)果就明白了為什么。然后，學(xué)生馬上就提出問(wèn)題，為什么這樣計(jì)算不將變量分配更多的字節(jié)？用哪個(gè)關(guān)鍵字來(lái)表示呢？于是，教師將剛才調(diào)試的程序，將變量的類型進(jìn)行了修改，將int改為long int，輸出格式也同步修改成%ld，則程序結(jié)果正確。學(xué)生終于明白：原來(lái)變量在內(nèi)存中分配字節(jié)數(shù)是可以編程者自己決定的。于是就想到直接申請(qǐng)更大的空間，通常的數(shù)據(jù)都能存下。那么，用什么關(guān)鍵字可以申請(qǐng)更大的空間呢？教師講解數(shù)據(jù)類型的種類，每種類型的變量在內(nèi)存中分配的字節(jié)數(shù)，最后讓學(xué)生自己來(lái)選擇，學(xué)生說(shuō)那就選擇double類型，分配8個(gè)字節(jié)，通常的計(jì)算就都沒(méi)有問(wèn)題，不會(huì)超過(guò)范圍。教師又提出了另一個(gè)問(wèn)題，這樣是不是太浪費(fèi)內(nèi)存了？而且double類型是用來(lái)存儲(chǔ)實(shí)形數(shù)據(jù)的，存儲(chǔ)整形數(shù)據(jù)會(huì)不會(huì)存在誤差？

#include

main()

{long int a=32767,b;

b=a+1;

printf(“%ld”,b);

}

最后，教師總結(jié)數(shù)據(jù)類型相關(guān)的知識(shí)。學(xué)生理解了數(shù)據(jù)類型，知道數(shù)據(jù)類型的具體使用，但對(duì)于數(shù)據(jù)類型多記不住的問(wèn)題又如何解決呢，教師明確告訴學(xué)生不需要記憶，用時(shí)查表就可以了，隨著數(shù)據(jù)類型的不斷使用，記住數(shù)據(jù)類型就不是問(wèn)題了。實(shí)踐證明，這種逆向思維講解數(shù)據(jù)類型效果非常顯著，不但使學(xué)生對(duì)內(nèi)存產(chǎn)生了極大的興趣，也為程序設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。只要逆向思維在教學(xué)中運(yùn)用得當(dāng)，勢(shì)必產(chǎn)生意想不到的效果。

（四）C程序設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

創(chuàng)新是人的一種潛能，每名教師都要愛(ài)護(hù)和培養(yǎng)學(xué)生的好奇心，保護(hù)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新思維，堅(jiān)信每個(gè)學(xué)生都能成才，每個(gè)學(xué)生都能創(chuàng)新[3]。在教學(xué)之初就引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注程序設(shè)計(jì)課程在所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生從網(wǎng)上或圖書(shū)館查閱相關(guān)資料，了解程序設(shè)計(jì)在所學(xué)專業(yè)的應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣。

同時(shí)，每年舉辦一屆全校范圍內(nèi)的程序設(shè)計(jì)大賽，鼓勵(lì)學(xué)生參加省、國(guó)家級(jí)比賽，因?yàn)楦?jìng)賽是培養(yǎng)全面優(yōu)秀人才的一項(xiàng)重要的活動(dòng)。程序設(shè)計(jì)大賽對(duì)創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)起到了很大的推動(dòng)作用，它對(duì)參賽學(xué)生的邏輯分析、策略制定和創(chuàng)新思維等方面具有極大的挑戰(zhàn)性。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)C程序設(shè)計(jì)課程對(duì)大學(xué)生科學(xué)思維方法的培養(yǎng)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握由點(diǎn)到面，由量變到質(zhì)變，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升，達(dá)到對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和人文素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。應(yīng)用科學(xué)思維方法可以與傳統(tǒng)的教學(xué)方法互相補(bǔ)充，啟示人們以不同的視角看同一個(gè)問(wèn)題，這樣會(huì)更全面地了解事物，同時(shí)也可以啟發(fā)教師在教學(xué)過(guò)程中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用一些科學(xué)思維方法，可以達(dá)到事半功倍的效果。

[1] 譚浩強(qiáng)，張基溫. C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 12.

[2] 栗亞榮, 劉宇偉. 程序設(shè)計(jì)中的科學(xué)思維方法[J]. 教學(xué)與管理, 2002(4): 76.

[3] 張國(guó)華. 系統(tǒng)思維在培養(yǎng)計(jì)算機(jī)類學(xué)生創(chuàng)新能力中的作用[J]. 福建電腦, 2019, 35(1): 54-55．

10.15916/j.issn1674-327x.2022.03.033

G642.0

B

1674-327X (2022)03-0131-03

2021-01-15

遼寧工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2018081)

崔杰(1972-)，女，遼寧海城人，副教授。

(責(zé)任編輯：付春玲)