C語言循環(huán)結(jié)構(gòu)教學的設計與實踐

李 娟，張 燕

（西北民族大學 電氣工程學院，甘肅 蘭州 730000）

1 背 景

C語言程序設計是針對大一學生開設的一門程序設計課程，是一門語法靈活、功能齊全、應用廣泛的高級程序設計語言，是后續(xù)程序設計課程的重要基礎。通過學習這門課程，學生主要掌握程序設計的基本方法，培養(yǎng)正確的程序設計思想，熟練地使用C語言編寫程序并具備程序調(diào)試的能力，為后續(xù)課程的學習奠定一定的計算機基礎，同時也為工程技術(shù)工作者使用計算機解決實際問題提供方法。該課程的特點是理論與實踐相結(jié)合，理論教學是實踐教學的基礎，實踐教學是理論教學的強化和應用。

在實際教學中，教師講課采用的是傳統(tǒng)的“純理論”講授方式，導致該課程出現(xiàn)很多弊端。第一，C語言的語法和概念比較多，現(xiàn)有的大部分教材是先給出某個知識點，然后闡述該知識點的語法形式和定義，最后舉例說明。傳統(tǒng)教學中，教師也是采用這樣的授課思維方式，忽視了學習C語言的關鍵是讓學生掌握程序設計的方法并解決實際問題，教出來的學生只能看懂程序卻不能使用C語言編寫程序解決實際的問題?！八惴ㄊ浅绦蛟O計的靈魂，語言是工具，編程需要采用合適的方法”[1]，因此在講解C語言的時候要重視算法的重要性。第二，C語言是一門實踐性很強的課程[2]，上機實踐是C語言的一個關鍵環(huán)節(jié)。很多高校C語言的理論學時很充足，而上機實踐學時較少，上機課程只是簡單的程序代碼輸入，屬于驗證性的實驗，設計性和綜合性的實驗很少，沒有起到上機實驗鍛煉編程能力的作用，導致學生實際編寫程序能力沒有得到很好的提高。第三，大部分普通高校的C語言考核是筆試的方式，這導致教師在教學中就會以考試為目的，考的內(nèi)容就講，不考的內(nèi)容就不講，考的內(nèi)容較多的就講得比較詳細，考的內(nèi)容較少的就講得比較淺顯，卻沒有把握住C語言學習的真正目的是讓學生學會編寫程序[3]，而不是應付考試。

2 循環(huán)結(jié)構(gòu)在C語言課程中的重要地位

1996年，Bohra和Jacopini提出了程序設計的3種基本結(jié)構(gòu)是順序結(jié)構(gòu)程序設計、選擇結(jié)構(gòu)程序設計和循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設計[4]，并且已經(jīng)證明由這3種基本結(jié)構(gòu)組成的算法結(jié)構(gòu)，可以解決任何不管是簡單還是復雜的問題。循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設計是C程序設計中最重要和最難掌握的程序設計結(jié)構(gòu)，每一個C程序設計都少不了循環(huán)結(jié)構(gòu)。C語言中提供了3種循環(huán)語句：while循環(huán)語句、do while循環(huán)語句和for循環(huán)語句，其中for循環(huán)語句是最難掌握的一種語句。在一般情況下，為了解決實際的程序設計問題，在條件確定給出循環(huán)次數(shù)時，首選的循環(huán)語句是for語句，因為for語句使用時簡潔明了、4要素清楚、結(jié)構(gòu)緊湊、靈活多變、執(zhí)行效率高，因此完全可以取代while循環(huán)語句和do while循環(huán)語句，但是在某些情況下，也可以采用while循環(huán)語句和do while循環(huán)語句解決問題。

學生學習循環(huán)程序設計的問題主要是以下幾個方面：①循環(huán)結(jié)構(gòu)在哪些問題中可以使用；②哪些操作需要重復執(zhí)行；③這些操作在什么情況下需要重復執(zhí)行；④循環(huán)變量如何改變；⑤編寫的程序容易陷入無限循環(huán)，既不報告數(shù)據(jù)有錯，又不結(jié)束循環(huán)。C語言程序設計課程的教學大綱中明確指出循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序設計是C語言的重點內(nèi)容，也是難點內(nèi)容，為后續(xù)內(nèi)容的學習提供重要的基礎。對于初學者來說，教師在教學過程中采用好的教學方法，更有助于學生掌握C語言中循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設計的方法。

3 循環(huán)結(jié)構(gòu)的教學方法

對于C語言程序設計這門課程中循環(huán)結(jié)構(gòu)的教學，根據(jù)知識點的特點，教師可以采用滲透式的漸進案例驅(qū)動教學法以及遷移引導式的方法，使學生掌握如何運用知識解決實際問題。該教學法分別吸收滲透式教學法[5]、漸進式教學法[6]和案例驅(qū)動教學法[7]的優(yōu)點，具有如下特點：①通過講解案例滲透基本概念，達到讓學生潛移默化吸收知識的目的；②案例驅(qū)動教學法的關鍵是選擇包含相應知識點的經(jīng)典案例，并且講解案例時進行分解，采用由易到難、由淺入深、循序漸進的教學法；③采用循序漸進的教學法講解案例，讓學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律和總結(jié)規(guī)則，理解C語言語法規(guī)則的定義，教師對于理論知識再做一個總結(jié)歸納，使學生進一步提高認識，達到舉一反三應用的效果；④在講解完語法規(guī)則和案例后，采用遷移式的教學法，讓學生及時進行課堂練習，既鞏固所學知識，又提高解決實際問題的能力，達到學以致用的目的。

4 循環(huán)結(jié)構(gòu)教學過程的設計與實踐

4.1 案例設計原則

案例的設計思路是厚基礎、抓重點、破難點，具體需要考慮以下幾方面：①所選的案例必須包含相關的知識點；②案例的選擇要難易程度適中，符合學生的學習水平，并且可以提高學生的學習興趣；③案例的選擇要具有典型性，可以達到舉一反三的目的；④案例的講解要采用循序漸進的教學方式，由易到難，由淺入深。

案例的設計原則是讓學生理解循環(huán)結(jié)構(gòu)由4部分構(gòu)成，包括循環(huán)變量初始化、循環(huán)控制條件、循環(huán)控制部分和循環(huán)體語句，并且掌握各部分的功能以及作用。

4.2 案例實施過程

設計案例1：求1×2×n的值。

案例分析：案例1是求1到n這n個數(shù)連乘的乘積。計算過程：首先定義一個變量product保存得到的乘積值，初始化為product=1，然后依次將1, 2n累乘到product中，最后得到product的值就是所求的結(jié)果。通過觀察發(fā)現(xiàn)，每次計算乘積的時候，除了乘數(shù)不一樣，其他的過程都是一樣的。因此，在編寫程序時，可以設置一個變量i保存所乘的數(shù)，i的值是以1遞增從1變化到n，每次執(zhí)行product=producti，就得到最后的乘積值。通過分析，給出程序如下：

根據(jù)所給出的程序總結(jié)出for循環(huán)的一般形式和各部分的功能，進而把程序推廣到用while和do while表示的形式，程序分別如下：

高性能在線分析計算現(xiàn)狀與協(xié)同計算關鍵技 術(shù)//郭 健,周 京 陽,李 強,Yousu CHEN,羅雅迪,郎燕生//(3):149

while形式：

do while形式：

根據(jù)案例1的設計，進而讓學生理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點，必須具備4要素且4要素可以靈活變化，出現(xiàn)在不同的地方；同時讓學生了解for循環(huán)語句、while循環(huán)語句和do while循環(huán)語句可以互相轉(zhuǎn)換。

設計案例2：求1！+2！++100！的值。

案例分析：案例2的講解過程中，首先讓學生觀察，發(fā)現(xiàn)它與案例1有相同的部分，借助于案例1的結(jié)論分別求出1！、2！100！，然后把1！加上2！，一直加到100！，就得到最后的結(jié)果，程序設計時用內(nèi)層循環(huán)求n！，外層循環(huán)求1！+2！++100！，這樣構(gòu)成雙重循環(huán)，因此程序設計如下：

對于上面的程序，分析出該算法的時間復雜度為O（n2），這個執(zhí)行效率是比較低的。對于所求解的問題，教師應進一步與學生探討，求下一個累加數(shù)的階乘是在前面一個階乘的基礎上，并且后面一個數(shù)是前面一個數(shù)以1遞增得到的，因此對于前面的程序改進后如下：

對于上面的程序，其算法的時間復雜度為O（n），這個算法的效率就比較高，是線性的。這個過程可以培養(yǎng)學生算法分析的能力和提高其解決實際問題的能力。

案例分析：案例3的講解中，借助于案例2中我們先求 sum=1！+2！++n！，當sum＞10 000就結(jié)束循環(huán)，這時要有跳出循環(huán)的語句，正好可以使用C語言中的break語句。當滿足條件sum＞10 000為真（值為1），執(zhí)行break語句，跳出循環(huán)，從而終止循環(huán)。程序設計如下：

可以看出，for循環(huán)中沒有循環(huán)控制條件，缺少循環(huán)控制條件就會變成無限循環(huán)，這時就要有跳出循環(huán)的語句，即break語句，否則程序?qū)o休止地執(zhí)行下去，形成死循環(huán)。這個問題的難點是怎么使循環(huán)體滿足條件后結(jié)束循環(huán)體，也是學生考慮問題的關鍵。

4.3 案例總結(jié)歸納

在講解完上述3個案例后，教師應及時對用到的知識和方法做出評價和總結(jié)，并把相應的知識進行延伸，使學生形成完整的知識體系。對于案例1，點評學生完成的情況，總結(jié)出循環(huán)結(jié)構(gòu)的一般形式和各部分的功能，得出for循環(huán)語句的一般形式，然后把它推廣到其他形式的循環(huán)結(jié)構(gòu)，如while和do while語句。對于案例2，教會學生分析復雜問題的方法，指導學生將復雜問題分解成簡單的小問題來解決，從而解決復雜的問題；同時在進行程序設計時，使學生潛移默化地理解算法的優(yōu)劣，懂得設計出更好程序的關鍵是設計執(zhí)行效率高的算法。對于案例3，學生掌握在進行程序設計時怎么避免設計成死循環(huán)，當循環(huán)次數(shù)不確定時，找出可以跳出循環(huán)體的條件，然后用break語句。

4.4 舉一反三

在講解完語法規(guī)則和案例后，利用遷移式的學習法，讓學生進行課堂練習，進一步擴展思維，達到學以致用的目的。

5 結(jié) 語

循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設計是C語言程序設計中的重點和難點內(nèi)容，滲透式的漸進案例驅(qū)動教學法的優(yōu)點是：①培養(yǎng)學生分析算法的能力；②提高學生解決實際問題的能力；③加強學生編寫程序的能力。綜上所述，漸進式的教學法培養(yǎng)學生具備扎實的基本知識、良好的邏輯思維能力和演繹能力；案例式的教學法提高學生的學習興趣，開發(fā)學生的智力，具有啟發(fā)性和實踐性；而滲透式的教學法培養(yǎng)學生獨立工作的能力，令學生具備較強的創(chuàng)造性和開拓性，這幾種方法結(jié)合在一起能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

實踐表明，這樣的教學方法符合大一新生學習的特點，由易到難、由淺入深、逐步分解、環(huán)環(huán)相扣、潛移默化，并且也能很好地提高學生的學習興趣和積極主動性。學生只有自己發(fā)自內(nèi)心想學，才會積極主動地思考問題，才會達到更好的學習效果。

參考文獻：

[1]王平勤, 董付國, 原達. 在C語言教學中注重培養(yǎng)學生算法分析的能力[J].微型機與應用, 2007（增刊1）: 211-213.

[2]裘宗燕. 從問題到程序: 程序設計與C語言引論[M]. 2版. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2011: 68-102.

[3]李向陽, 方嬌莉. C語言程序設計（基于CDIO思想）[M]. 北京: 清華大學出版社, 2012: 62-87.

[4]譚浩強. C程序設計[M]. 4版. 北京: 清華大學出版社, 2012: 24-26.

[5]楊秀娟, 裴金萍, 劉惹梅. 滲透式教學法在工程制圖教學中的應用[J]. 中國電力教育, 2014(15): 82-83.

[6]崔松健. 漸進式與項目式教學方法在“網(wǎng)頁設計技術(shù)”教學中的融合[J]. 電腦知識與技術(shù), 2010, 6(33): 9375-9376.

[7]曹風華. 案例驅(qū)動教學法在“計算機應用基礎”課程中的應用[J]. 現(xiàn)代計算機, 2012(12): 41-43.