工科专业C语言教学目标与方法的探讨

工科专业C语言教学目标与方法的探讨

李骏扬　陈汉武

（东南大学计算机科学与工程学院，江苏南京，210096）

【摘要】　C^＋＋语言是学生未来科研或工作中一种实用工具，也可以成为学习其他语言的基础。本文从对学生综合能力培养的角度出发，提出在工科领域，C^＋＋语言的教学应注重其实用性，不拘泥于语法，学生要会写程序，学会对复杂问题的分解，并能写出规范的程序。教师在教学实践中，可以利用实例教学、现场编程等各种方法，引导学生写好程序，鼓励学生克服困难。

【关键词】　计算机语言教学　C^＋＋教学　程序设计

【中图分类号】　G642　　　　　　　　　　　　　【文献标识码】　A

【文章编号】　1672－5913（2007）16－0016－03

一、引言

长期以来，C^＋＋语言被认为是较难学习的开发语言。在教学过程中，笔者逐步发现，C^＋＋是一门实践性很强的课程，有些教师在教学中注重各个知识点，却忽略了对学生综合能力的培养。笔者从软件开发实践和对学生综合能力培养的角度出发，对C^＋＋的教学目标和方法作了一些分析和研究，并在教学实践中取得了较好的效果。

二、教学中遇到的困难

1．C^＋＋课程特点

C^＋＋课程在我校作为一门公共基础课程开设，安排在大学本科一年级学习。C^＋＋是一门特殊的课程，编写程序的思维方式和学生在高中时期学习数学物理完全不同，这可能是学生学习C^＋＋语言遇到的第一个难题。

C^＋＋是一门实践的课程。如果与C^＋＋同时开设的课程，如果高等数学、大学物理等都是理论教学为主，那么C^＋＋几乎可以说是学生进入大学最早遇到的以实践为主的课程。我们在教学中，应该把C^＋＋作为一门实践课程而非理论课程来对待。

2．C^＋＋语言的特点

目前，比较流行的开发语言有C^＋＋、Java、VB、Delphi、VB．NET、C＃等，比较这些语言，虽然C^＋＋关键字的个数并不算多，但是C^＋＋的语法灵活，这些灵活性往往带来一些负面效应。例如，C^＋＋中的case语句中不一定需要break，而C＃中，break是必须的，除非多个case直接连用。C^＋＋的这些情况会导致很多难以觉察的陷阱，即使熟练的程序员也未必能够幸免。

C^＋＋虽然运行效率高，但是很多商用应用程序却不会选择C^＋＋来开发，因为C^＋＋对数据库以及其他组件拼接过于繁琐，头文件的存在也使得C^＋＋不适合作为脚本。目前，C^＋＋语言被主要使用在硬件驱动的开发，或者对运算效率非常敏感的场合（如实时图像处理）。

3．C^＋＋学习的困难和误区

C^＋＋语言自身的特点给学生的学习带来一定的难度，在编程和运行过程中容易出现许多难以察觉的错误，这些挫折也使得学生感到学习C^＋＋的难度倍增。

也由于语法灵活，有些教师在教学中往往过多的注重语法，似乎只有完全掌握语法才能写出好的程序，于是，C^＋＋题目中常常出现复杂的表达式分析，没有实际功能的程序分析。这些缺乏可读性的程序不仅没有实际意义，还会大大降低学生对C^＋＋课程的认同感。当授课的重心偏向于语法，就会忽略对实际编程能力的培养，使学生失去学习C^＋＋的兴趣和信心。

三、学习的目标

1．语法的学习

我们学习自然语言时，语法是基础，目标是和别人进行交流。同样的，在学习计算机语言时，语法也是基础，并使用计算机语言类编写出程序。对于大多数理工科专业的学生来说，计算机语言和英语一样，是将来研究工作中的一个工具（有别于研究的对象），所以我们应当把计算机语言当作一个工具去学习，要注重其实用性，而不是工具内部实现细节或者繁琐的语法现象。在语法之外，我们还应当学习怎么写程序，如何写好程序，以及学习如何去学习新的领域。语法不是全部，一位熟练的程序员学习一门新的计算机语言的语法，也许只要2个小时，但是要熟练掌握这门语言，特别是当这门语言有独特的类库，那么就必须阅读类库参考和例程，并进行大量的练习。所以，在C^＋＋教学过程中，要让学生了解常用的语法现象，但不拘泥于语法。

2．算法的学习

学生应当掌握一些基本的算法。虽然其他的课程（如数据结构）中会详细探讨各类算法，但算法是编写程序中必须的。通过C^＋＋的学习，学生们应该掌握最常用的经典算法。但是仅掌握这些经典算法是不够的。我们还是希望通过C^＋＋的学习，使学生掌握从算法到程序代码的转化，能够将一个陌生的、描述详细的算法转化为切实可行的代码。

3．对复杂问题的分析能力

无论是一个陌生的算法，还是一个新的用户需求，学生在将其变成可以运行之前，都必须对其进行分析。这种分析包含两层含义：算法的分析和程序结构的分析。

一个看似复杂的算法，都是一系列简单的算法问题的逻辑组合。例如，双向链表的操作对于很多学生来说，似乎是一个复杂的问题。图1描述了在双向链表中插入新节点的过程，该过程被分解为若干的步骤，其中每个步骤都不复杂。图中的每一个步骤都可以进一步分解。如步骤4，在链表头部插入新节点，该问题又可以由以下几个基本步骤组成：找到插入点左边的节点P1；找到插入点右边的节点P2；通过四个赋值语句建立和新节点P的连接。

图1　双向链表插入节点时的步骤分析

在程序结构上，学生也应当具有一定的分析能力。C^＋＋的思想在于“面向对象”。但是要让学生真正了解“面向对象”却是不容易的。要理解“面向对象”的内涵，不仅需要了解封装、继承、多态的概念，还需要具有将这些概念运用到程序中去的能力，这些能力体现在对类的结构、继承关系的分析，以及对类的成员的设置、如何使用虚函数的分析。

例如，一段描述树结构的程序，其至少具有以下几个类：CTree表示整个树，CNode表示节点，CNodeCollection表示节点的集合，用双向链表实现。考虑各个类的公有成员，各个类的静态结构如图2所示：

图2　树结构程序中各个类的静态结构图

然后考虑各个类内部的实现方式。比如，图2中，比较复杂的结构是CNodeCol－lection。可以采用一个链表来实现。它既可以从一个现有的链表类派生，也可以将一个链表作为其私有成员。

4．工程化思想的融入

如果将一个学生写的作业和一位专业程序员编写的代码放在一起，就不难看出其中的差别。从代码上来看，学生的作业普遍缺乏注解，变量或函数名混乱，吝惜空格和换行；从结构上讲，由于程序缺乏良好的分析过程，类的类成员的结构混乱；从功能上讲，程序功能简单，缺乏异常处理。

所以，我们应当引导学生，在编写程序的过程中，注重程序风格，使程序规范化，工程化，这需要学生在编写程序的过程中注意很多细节问题。这些问题包括：良好的程序结构，统一的程序风格，清晰的程序注解，周全的特殊情况处理，精确的异常处理，方便快捷且美观的用户界面等等。

四、教学方法

1．案例与实例分析

案例和实例是有所区别的。案例应当贴近现实，有较为完整的需求，程序必须具有一定的容错性和良好的用户界面，案例教学需要学生充分的发表自己的观点，而不仅仅是教师的灌输。但是，限于学生知识的能力和教学任务，真正的案例教学在目前的环境下是很难实现的。而实例更接近于普通的例题，但是这类例题更贴近于现实需求，是案例的简化。笔者在实际授课中，主要采用实例教学，并借鉴案例教学中的一些方法。

在实例的选择上，应选择更贴近现实需求，或者带有趣味性的问题。有的实例讲究算法，有的实例没有很复杂的算法，但是有比较复杂的功能，讲究对程序整体结构的把握。在实例讲解的过程中，首先进行需求和核心算法分析，程序的总体框架设计，类静态结构设计，最后，依据教学要求有选择的分段实现程序。

2．现场编程

笔者在近几年的C^＋＋教学中，一直坚持在课堂上直接编写示例程序，并取得了非常好的教学效果。现场编可以让学生了解编写程序过程中所出现的各种困难和陷阱，着重讲解编程时需要注意的细节问题。在讲解完主要的语法和算法时，教师给出例题，分析例题的核心算法、类的静态结构等或函数构造等。然后开始编写程序，整个程序的编写时间不宜超过15分钟。教师一边编写，一边讲解，控制编程节奏，让学生紧跟教师的思维；在编程的过程中，时而发问，与学生互动。

教师在编写程序的过程中，可以让学生直观地看到编译环境是如何工作的。教师应当教会学生熟练地使用编译环境，如File　View和Class　View视图，WorkSpace和Project的含义与两者的区别等等。

教师应该具有良好的编写风格，如标识符的命名、注解甚至换行。与书本、试卷上的题目相比较，教师写的程序具有更强的示范作用，教师自身良好的编程习惯对学生编程习惯的培养具有重要意义。

教师必须具有良好的编程功底，能现场解决大多数编程时遇到的问题，并现场调试运行。在容易犯错的环节，可以采用试错法，让学生分析错误的原因；讲解编译器常见的错误和警告信息的原因和处理方法，教会学生如何调试。

3．调试技术

C^＋＋学习中，学生遇到的较大的困难之一，就是在调试过程中经常遇到各种错误，例如编译器报告了上百个错误、运行时死循环或者运行时弹出内存只读的对话框。这些挫折会使学生失去学习的动力和信心。所以，应当让学生学会一些调试方法，并且更多地鼓励学生克服困难。

要解决程序运行中的各种错误，调试技术是非常必要的。恰当的调试可以让学生在最短的时间内找到错误的原因。仅仅是一行一行地看程序是很难找到问题的。在VC6的环境下，工科的学生应当学会使用F10、F11、Shift＋F11等快捷键来进行单步跟踪，使用F9来设置断点，使用Watch和Variables工具来查看变量的值。此外，对于能力较强的学生，学会使用Call　Stack和Memory工具也是相当必要的。

4．鼓励学生战胜困难

对于初学C^＋＋语言者，尤其是对那些没有其他计算机语言基础的学生来说，C^＋＋的入门是一个比较艰难的过程。所以，尽可能多的鼓励也是相当的必要。当学生在调试过程中遇到困难时，需要耐心地调试，教导学生，编写程序所遇到的挫折是不可避免的，也是他们所必须经历的。学习C^＋＋应当具有耐心、细心和坚持不懈、百折不挠的精神。

5．MSDN和各类参考

授之以鱼，不如授之以渔。在学习过程中，掌握如何从网络上获得帮助，如何查阅MSDN，学会阅读各类Reference文档，掌握如何学习的能力，对学生将来的发展具有重要的意义。

五、结束语

笔者认为，C^＋＋本身是一个开发工具，将C^＋＋作为一个工具来对待，在教学中应注重其实用性，注重学生的编程能力、分析能力、学习能力等综合素质的培养。

参考文献：

［1］　刘建华．计算机语言类课程教学模式初探［J］．高教论坛，2005，2（1）

［2］　刘传平．“C^＋＋语言程序设计”课程教学改革的探讨［J］．中国科技信息，2005（11）

［3］　赵志升，李静罗，德林．“问题解决”教学模式及其在计算机教学中的应用［J］．教育与职业，2006，11（32）

（原载于《计算机教育》，2007年第16期）