基于函數的“C語言程序設計”課程教學設計

魏蕾 耿楠 馮妍

摘? ? 要：“C語言程序設計”課程在計算機教學領域，既是程序設計的基礎課，也是數據結構與算法及后續學習的核心基礎課程。對于這門課程的學習有重要的現實意義，如考研深造、就業面試，凡是計算機專業領域內從事軟件開發、系統架構等多項工作，都離不開對“C語言程序設計”思想的理解和應用。文章結合筆者教學實踐，提出基于函數的課程教學設計，探討課程的教學方法及改進。

關鍵詞：C語言;函數;教學設計

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2019）08-0068-02

一、引言

函數是結構化程序設計的基本單元。在“C語言程序設計”課程中，函數的概念貫穿了教學的始終。從第一個C語言程序開始，包括輸入輸出等，學生一直在接觸函數的思想。然而，教材中對于函數概念的正式引入比較晚，往往安排在后幾章。筆者在當當網的書城上查詢“C語言程序設計教程”，相關的書籍有2444本。按好評度優先排序，排除C++、數據結構、單片機、二級教程等干擾，其中，91.3%都是在講授完程序控制結構后，再介紹函數及指針的概念。其中包括廣泛使用的譚浩強多版C語言教材，也是采用這樣的順序。導致學生學習了很多語法概念，還無法完整地獨立編程;沒來得及深刻理解程序設計的思想，課程已近尾聲;雖然一直都學習和使用函數，卻缺乏對函數整體認知，遑論建立模塊化的思想;有學生在main（ ）函數中寫出上千行代碼，以致難以跟蹤調試代碼錯誤;甚至有學生以高分修完課程，仍不會以多文件結構的形式來編寫程序，不利于日后合作項目的參與。

因此，函數內容不適宜集中滯后講解。本文提出基于函數的課程教學設計：（1）探討函數的本質及作用;（2）調整函數部分的講授順序，并根據學習行為理論的指導，將函數內容的講授分為三個階段;（3）針對函數部分的知識點，設計教學案例及教學方法;（4）根據筆者的教學經驗，提出幾點教學過程中的體會。

二、函數的本質

程序設計過程中，隨著現實問題的復雜化，解決問題的代碼也會越來越長。長程序開發比較困難，不易閱讀和修改，對于同類型問題重復寫代碼，增大了工作量。依照結構化程序設計思想，處理問題的原則是自頂向下設計，逐步求精;按功能把程序劃分為多個相對簡單的模塊;模塊之間的關系盡可能簡單，功能上相對獨立。這里的模塊就是函數，通常是指抽取并封裝具有獨立功能的代碼段，形成程序中可以被反復調用的獨立實體。

函數是結構化程序設計的實現工具，是C語言源程序的基本單位，也是代碼復用的重要方法。基于“高內聚，低耦合”的設計原則，應用程序在開發過程中通常會進行模塊劃分，在設計好模塊間接口的情況下可以將模塊分配給多個人員實現。常用的基礎功能模塊可以封裝為函數，集成到相應函數庫，項目成員共享。正確有效地利用函數能夠使復雜問題更容易理解，增強代碼的重用性，有利于提升代碼質量并提高開發效率，促進了代碼的標準化。

三、教學設計

函數部分的傳統教學，往往圍繞著函數概念，函數定義及調用，函數參數傳遞，函數返回值等幾方面展開[1]，最后再給出應用實例。這種安排，由簡入繁的講解循序漸進，但如前所述，過多過早灌輸語法概念，學生對于算法設計和編程思路，缺乏整體認知，難窺全貌。因此，調整函數的授課順序：學生初步理解數據類型概念并掌握運算符用法后，開展函數部分教學，即把函數內容提前至程序控制結構前講授，之后，再將函數思想融入后續章節中，達到融會貫通。這樣，函數設計的思想可以貫穿在教學整個過程的始終，也符合學習過程的螺旋式結構，便于學生對知識的進一步理解、應用及升華。

美國教育心理學家布魯納關于學習行為的理論，把學習新知識的行為分為三個過程，包括知識的獲取、轉換及評估[2]。據此，筆者把函數部分的教學也分為三個過程：函數概念的引入、函數思想的理解和運用、函數知識的滲透。

（一）函數概念的引入

函數部分，理論性和實踐性較強。如果一開始就講解語法概念，易降低學生的求知欲。新知識的獲取，是對先驗知識的凝練。學生接觸到新的知識范疇，會按自己經驗，去匹配和對照，在頭腦里組成有規律的結構。筆者首先用啟發法，引導學生聯想到熟悉的數學函數，如sin（ ）、cos（ ）函數，從而引入C語言中的函數。再用類比法，加以區別：數學函數強調自變量x和因變量y之間的映射關系，而程序中的函數強調按功能劃分模塊。此處，就函數名稱，輸入，輸出，功能獨立，代碼封裝展開論述，使學生對函數有初步印象。

按照模塊化程序設計的思想，具體問題具體分析，幫助學生樹立函數設計的思想。

1.提出問題。設計一個綜合引例。筆者選用簡易學生成績管理系統。講解時盡量避免涉及具體語法，單純從功能劃分的角度來引入。

2.分析問題。按照結構化程序設計思想，把大任務分解成為多個功能獨立的小模塊。學生成績管理系統按照計算機處理數據的過程可以分為三步：獲取數據、數據處理、數據輸出。在這里，可以借助程序結構圖來厘清思路。初步根據問題規模，估計程序大小，并根據功能劃分模塊。結合數據的特性，再對模塊進行細化，完成函數設計。通過引例，學生初步了解函數的作用：封裝及代碼重用。

3.解決問題。搭建程序框架，再設計算法并優化。在該階段，要求學生模仿函數框架寫代碼。通過引例，學生直觀感受模塊化程序設計的流程，體會函數的重要性，并重新發現自己的知識狀況，促進、改造現有的知識結構，并且在此基礎上修正和發現新的學習，同時還能增強學習的興趣和信心。

（二）函數思想的理解及運用

學習知識的目的不僅是學習具體內容，而是通過學習過程，掌握學習方法和技巧，并靈活運用新知識。即學習行為的第二過程，知識的轉換和遷移。學生對函數思想的理解和運用是按照先驗及對現有知識的理解，掌握新知識使之適應新任務的過程。

繼而，通過一些簡單問題，啟發學生積極思考。由學生設計函數，逐步導出函數的名稱、返回值，參數傳遞，原型等語法基礎知識，如表1。

（三）函數知識的滲透

學習行為的第三過程，知識評估。掌握函數概念和語法后，核實所學函數知識能否解決現有問題，還欠缺哪些知識。對照引例，在后續章節如指針、數組、文件等內容的教學中，逐步滲透函數思想和應用。使學生明確函數與其他部分間的聯系，并進行深入研究和探討。通過教學，學生了解并接受模塊化程序設計流程：根據實際應用問題，確定程序框架，自頂向下，逐步細化;能夠綜合運用所學知識，編寫出有實際應用價值的程序。學生對所學內容的結構感越強，就能夠高密度長時間地學習而不覺得倦怠。這樣的教學設計不僅能夠提高學生的積極性，更能有效引導學生學習知識并掌握學習的方法。

學生學習知識，掌握技能的過程不可能一蹴而就，需要日積月累，循序漸進。在整個教學過程中，教師應考慮學生的認識水平和學習基礎，激發學生的認知行為和潛能，引導學生積極思考，發散思維。

四、教學實踐中的幾點體會

1.適當使用程序結構圖，有助于學生理解程序的結構。程序結構圖PSD（Program Structure Diagram），是描述程序結構的圖示，一般由構成程序的要素和表達各要素之間關系的連線或方向箭頭構成[3]。傳統程序流程圖動態反映一個模塊內部程序的執行順序和具體實現細節，PSD則能靜態地體現程序的整體思路，彌補了前者程序結構不清晰的不足，更好體現模塊化思想，模塊間調用關系。

2.充分利用 Debug分析跟蹤技術，有助于學生深入觀察變量的存儲，程序的流程控制，數組及函數的調用及指針的指向。學生學會使用調試工具后，就能通過單步運行、跟蹤和跳出;設置斷點、增加監視、查看變量及表達式的值等有效手段逐步發現程序中的邏輯錯誤和運行錯誤，獨立分析和解決問題，增強了調試程序的信心及編程的興趣。

3.課程考核，不僅僅片面考查學生知識點的掌握，還需考核學生理解并綜合運用程序設計思想，獨立、創新解決問題的能力。筆者所在教學課組，采用了“平時成績+實驗技能+創新思維+期末機試”的多元化考核方式。在機試考核中，摒棄了學生強識硬記就能得分的客觀題，全部采用編程題來測試，大大改善了教與學，學生的編程能力及計算思維能力有顯著提高。

總之，筆者結合“C語言程序設計”課程教學中的經驗，以學習行為理論為指導，提出了基于函數的教學設計，并探討了教學方法的改進。實踐證明，本文給出的教學設計和教學改革是可行的，對于提高學生的理論認知、培養學生的創新意識和編程實踐能力，具有十分深遠的意義。

參考文獻：

[1]朱安平.一種C語言函數教學的設計與實踐[J].計算機工程與科學，2014，（S1）.

[2] [美]杰羅姆·布魯納.布魯納教育文化觀[M].宋文里，黃小鵬，譯.北京：首都師范大學出版社，2011：54-57.

[3]徐漫江，姚放吾.一種基于程序結構圖的入侵檢測方法研究[J].雷達與對抗，2008，（2）.