基于案例教學(xué)法的C語言之循環(huán)嵌套教學(xué)設(shè)計

程妮，景運革

（運城學(xué)院數(shù)學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，運城 044000）

0 引言

《C語言程序設(shè)計》課程是一門應(yīng)用性極強的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，是全院非計算機專業(yè)理工科學(xué)生的通識教育課程。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計主要使用三種基本結(jié)構(gòu)來構(gòu)造程序，其中循環(huán)結(jié)構(gòu)是最為重要且最難掌握的一種，尤其是其中的循環(huán)嵌套，一些學(xué)生就會出現(xiàn)“上課聽不懂，實驗不會做”的情況，所以常規(guī)的講授法學(xué)生很難理解、掌握和消化。基于此，根據(jù)筆者多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，在精選教學(xué)案例的基礎(chǔ)上，以問題為引導(dǎo)，層層深入地分析講解案例，一步步引導(dǎo)學(xué)生理解循環(huán)嵌套的執(zhí)行過程，并靈活應(yīng)用循環(huán)嵌套解決實際問題。教學(xué)實踐表明，案例教學(xué)法的實施，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，從而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)和效果。

1 案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是教師根據(jù)學(xué)生的理解程度和教學(xué)需要，將知識點加工成一些典型的案例，并引導(dǎo)學(xué)生一起思考、分析、討論案例[1]，并最終掌握所學(xué)知識和技能的一種開放式、互動式的教學(xué)模式。

在C語言的循環(huán)嵌套教學(xué)中實施案例教學(xué)法，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)來看都是可行的。循環(huán)嵌套是C語言循環(huán)結(jié)構(gòu)章節(jié)中的難點內(nèi)容，所以本節(jié)內(nèi)容的知識性、邏輯性、抽象性較強，內(nèi)容相對枯燥，學(xué)生很難理解。教師通過選取生動有趣的典型案例，吸取了學(xué)生的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生參與到案例學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)中，從而讓學(xué)生在完成實例的過程加強對循環(huán)嵌套的概念、結(jié)構(gòu)和執(zhí)行過程的理解，掌握類似案例的編程規(guī)律，使學(xué)生能夠舉一反三，提高學(xué)生的動手操作能力和編程能力，以及解決實際問題的能力。

在案例教學(xué)法中，案例的選取十分關(guān)鍵，教師要根據(jù)學(xué)生的實際情況以及教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容的需要，選擇有針對性的典型案例。而且案例既要突出本節(jié)課的重難點，還要和學(xué)生的日常生活相適應(yīng)[2]。同時，教學(xué)中使用的案例要由易到難、層層深入，這樣可以循序漸漸地啟發(fā)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)和效果。

2 循環(huán)嵌套概述

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

在C語言的三種基本結(jié)構(gòu)中，循環(huán)結(jié)構(gòu)最為重要，而且應(yīng)用也最為廣泛。其中循環(huán)嵌套是循環(huán)結(jié)構(gòu)章節(jié)中的難點內(nèi)容，是本門課程的難點與核心。循環(huán)嵌套的內(nèi)容難度高且相對抽象，學(xué)生接受起來有些困難，所以教師要綜合考慮學(xué)生的實際情況、教學(xué)內(nèi)容和需要等，運用各種教學(xué)方法來調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.2 教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)重難點

循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)是：①理解循環(huán)嵌套的含義、基本結(jié)構(gòu)和語句格式；②掌握循環(huán)嵌套的執(zhí)行過程；③應(yīng)用循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)設(shè)計程序的方法；④培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力以及解決實際問題的能力。

循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)的教學(xué)重點：①循環(huán)嵌套的含義、基本結(jié)構(gòu)；②平面圖形的輸出；③循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)的教學(xué)難點：應(yīng)用for循環(huán)嵌套，編寫程序解決實際問題。

2.3 學(xué)習(xí)者分析

大二的理工科學(xué)生已具備一定的邏輯思維能力和學(xué)習(xí)能力，而且上一節(jié)課已經(jīng)學(xué)習(xí)了循環(huán)的概念，實現(xiàn)循環(huán)的三種語句以及使用循環(huán)編寫簡單的程序，這些為本節(jié)課內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定一定的基礎(chǔ)。但是，由于內(nèi)容的抽象性和應(yīng)用性較強，受學(xué)習(xí)和思維能力等因素的影響，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難完全理解和掌握循環(huán)嵌套的相關(guān)概念和執(zhí)行過程，因此激發(fā)學(xué)生興趣，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性十分重要。

2.4 教學(xué)思路

循環(huán)嵌套的教學(xué)主要采用案例教學(xué)法，通過問題的方式引入案例，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生分析案例，將知識分解，然后通過具體案例分析、掌握循環(huán)嵌套的執(zhí)行過程和應(yīng)用，最后編程解決案例中的問題。

3 循環(huán)嵌套的教學(xué)過程設(shè)計

3.1 復(fù)習(xí)回顧，創(chuàng)設(shè)情境

教師活動：

提出問題1：當(dāng)循環(huán)次數(shù)確定時，使用哪種循環(huán)結(jié)構(gòu)更方便？其基本格式如何？

提出問題2：如何輸出一行*？

學(xué)生活動：

學(xué)生口述for循環(huán)的語句格式和循環(huán)的三要素等。師生共同分析輸出一行*時，循環(huán)變量的初值、終值和步長，然后教師板書程序。

通過問題引導(dǎo)是學(xué)生回顧已學(xué)知識，熟悉for循環(huán)的三要素及語句格式；教師通過板書for循環(huán)基本格式可以進(jìn)一步加深學(xué)生的直觀印象，為引入for循環(huán)嵌套做鋪墊。

3.2 提出問題，引入新知

教師活動：

提出問題：使用for循環(huán)可以輸出一行*，那如果要打印4行7列的*，該如何解決？那如果要打印一百行*呢？

學(xué)生活動：

學(xué)生能回答出上面輸出一行*的程序段將要被執(zhí)行4次。

在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步引導(dǎo)，展開對該實例的講解。

課件展示：循環(huán)嵌套的應(yīng)用——平面圖形的輸出（板書）

【實例1】輸出4行7列的*。

算法分析過程：

（1）對行的輸入：平面圖形的每一行輸出7個*，需要重復(fù)進(jìn)行4次。輸出一行*將作為循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體，而行數(shù)則是循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)控制變量。

（2）對列的輸入：每一行需要重復(fù)輸出7個*，也用循環(huán)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

（3）循環(huán)嵌套：for循環(huán)的循環(huán)體又被另一個for循環(huán)語句替代，則形成了循環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)。

C程序代碼如下：

教師提問：

語句printf(“ ”);能否不寫？

在輸出平面圖形時，在每一行符號輸入完成后，要加一條換行顯示語句，否則所有的符號會在一行中顯示。

結(jié)論：

有規(guī)律的平面圖形，一般使用雙重循環(huán)，逐行輸出。

外循環(huán)控制行，內(nèi)循環(huán)控制列。

3.3 講授新知，分析案例

（1）循環(huán)嵌套的含義和結(jié)構(gòu)

在一個循環(huán)體內(nèi)完整地包含另一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，稱為循環(huán)嵌套。

其中外層的循環(huán)稱為外循環(huán)，嵌套在循環(huán)體內(nèi)的循環(huán)稱為內(nèi)循環(huán)。嵌套可以有很多層，一般使用雙重或三重循環(huán)。

（2）實現(xiàn)循環(huán)嵌套的方式

三種循環(huán)結(jié)構(gòu)while、do-while、for可以互相嵌套，這節(jié)課我們主講for循環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)。而且循環(huán)語句之間只存在并列和嵌套兩種關(guān)系。

循環(huán)嵌套的設(shè)計要點：在使用循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)實現(xiàn)行列輸出時，首先要找出循環(huán)體，其次要確定控制循環(huán)的次數(shù)。其中，循環(huán)體的次數(shù)一般由循環(huán)控制變量來實現(xiàn)，需要明確三要素[3]。

（3）循環(huán)嵌套的執(zhí)行過程

循環(huán)嵌套的執(zhí)行規(guī)律是外循環(huán)執(zhí)行一次，內(nèi)循環(huán)要執(zhí)行多次。即在每次執(zhí)行外循環(huán)的循環(huán)體時若遇到內(nèi)循環(huán)，應(yīng)將內(nèi)循環(huán)體的全部循環(huán)結(jié)束后再執(zhí)行下一次的外循環(huán)，直到外循環(huán)也全部結(jié)束為止[4]。

結(jié)合課件上的流程圖，教師引導(dǎo)學(xué)生分析循環(huán)嵌套的執(zhí)行過程。

圖1 循環(huán)嵌套的執(zhí)行流程

【實例2】輸出右圖的平面圖形。

教師提問：

共輸出幾行*？每一行輸出幾個*？

教師引導(dǎo)學(xué)生分析規(guī)律，共4行*，所以外循環(huán)執(zhí)行4次，循環(huán)體的次數(shù)用i表示，三要素分別為i=1；i<=4；i++；外循環(huán)的循環(huán)體是輸出*，通過觀察，可得出每一行輸出*個數(shù)不同，第i行輸出i個*，如果內(nèi)循環(huán)由j來控制，j的變化應(yīng)為1到i；另外注意，每一行符號輸完后要換行[5]。

通過實例1的學(xué)習(xí)，學(xué)生在理解循環(huán)嵌套后都能完成實例2的這個平面圖形的輸出，教師及時給于鼓勵和反饋，可以大大提高學(xué)生的自信心。

【實例3】輸出右圖的平面圖形。

●教師提問：行和列的關(guān)系是什么？

●學(xué)生回答，教師分析并板書行和列的規(guī)律，課件呈現(xiàn)程序代碼。

【拓展實例】輸出右圖的平面圖形。教師提問：

●每行輸出的空格數(shù)有什么特點？

●外循環(huán)的循環(huán)體是什么？

●如何輸出空格？

結(jié)合課件，教師引導(dǎo)學(xué)生一起分析平面圖形的規(guī)律，得出答案：

●學(xué)生討論分析每行空格數(shù)的特點。

●外循環(huán)的循環(huán)體應(yīng)包括兩部分：即每一行先輸出空格，再輸出*并換行。

●觀察平面圖形，分析得出第i行要先輸出4-i個空格，再輸出2*i-1個*。

C程序代碼如下：

教師提問：

●外循環(huán)的循環(huán)體包括了兩個for語句，這兩個for語句的關(guān)系是什么？

通過以上案例的學(xué)習(xí)，學(xué)生進(jìn)一步了理解for循環(huán)嵌套的語句格式和執(zhí)行過程，并通過幾個案例的逐層深入，可以做到舉一反三，從而利用循環(huán)嵌套解決實際問題。

3.4 應(yīng)用拓展，鞏固新知

通過上面幾個實例的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本上掌握了循環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)了，對循環(huán)嵌套的概念和執(zhí)行過程也有了深入的理解。為了更好地掌握和應(yīng)用for循環(huán)嵌套，利用循環(huán)嵌套解決實際問題，教師進(jìn)一步講解幾個應(yīng)用實例。

【應(yīng)用實例1】利用循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)編程，輸出九九乘法表。

圖2 九九乘法表

教師活動：

●提出問題1：參考課件上的九九乘法表，思考如何輸出？

●提出問題2：每行輸出幾個式子？行與列有什么關(guān)系？

教師引導(dǎo)學(xué)生分析，這個例子與實例2比較相似，一共要打印9行，所有外循環(huán)變量i的值應(yīng)為1到9，第i行打印出i個式子，所以內(nèi)循環(huán)變量j的取值應(yīng)為1到i[6]。另外，第i行第j列要輸出的式子為：printf("%d*%d=%2d",j,i,i*j);有了上面幾個實例的基礎(chǔ)，學(xué)生可以寫出如下程序：

強調(diào)：

●講解行和列的規(guī)律，強調(diào)j<=i

●式子的表示和輸出

●%2d的用意

【應(yīng)用實例2】求1!+2!+….+10!

結(jié)合課件，教師引導(dǎo)學(xué)生分析：

（1）外循環(huán)：累加求和 循環(huán)變量i1～10

根據(jù)以上分析，學(xué)生對于該實例的求解過程很清晰了。學(xué)生可以在紙上編寫程序。教師適時地給以引導(dǎo)，最后通過課件程序該程序的完整代碼，并做總結(jié)。

完整C程序代碼為：

【思考】輸出100以內(nèi)所有的素數(shù)。

提示：循環(huán)嵌套程序設(shè)計還常出現(xiàn)在使用枚舉法解決實際問題的程序中，例如，該題和“尋找水仙花數(shù)”等問題。

實例結(jié)束后，給學(xué)生留下思考題，學(xué)生可以在課下，利用所學(xué)知識編程實現(xiàn)。

3.5 教學(xué)小結(jié)

本節(jié)課我們通過平面圖形的輸出的一個案例，引出循環(huán)嵌套，講解了循環(huán)嵌套的概念，分析了其結(jié)構(gòu)和執(zhí)行過程；并通過多個案例的講解，進(jìn)一步鞏固了循環(huán)嵌套的相關(guān)知識，主要是for循環(huán)嵌套的應(yīng)用；最后結(jié)合總結(jié)的規(guī)律，在屏幕上輸出九九乘法表等，并給學(xué)生留下思考題目以供學(xué)生課下學(xué)習(xí)，鞏固新知。

4 結(jié)語

針對學(xué)生的實際情況和教學(xué)需要，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，在C語言循環(huán)嵌套教學(xué)實踐摸索出一套適合學(xué)生的案例教學(xué)法，教學(xué)實踐表明，案例教學(xué)改變了傳統(tǒng)以理論知識為中心的教學(xué)模式，將復(fù)雜抽象的知識貫穿于一些典型案例中，并通過問題引導(dǎo)層層深入地分析、講解案例，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，學(xué)生的邏輯思維能力和編程能力也得到了明顯提高，取得了良好的教學(xué)效果。