【正文】 略 C語言的魅力 ,從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 14 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣 興 趣是激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí) C語言的關(guān)鍵 , 而加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣一種重要方式。受制于傳統(tǒng) c程序教學(xué)平臺的許多缺點(diǎn)，我國的 c語言教育雖然意識到了需要方方面面改進(jìn)以促進(jìn) c語言的教學(xué)卻一直很難有很大的突破性進(jìn)展 [11]。 ch 平臺對傳統(tǒng)教學(xué)的提高 ch平臺既可面向沒有任何編程經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者，也適用于已經(jīng)掌握了 c程序編程的使用者。為了減少學(xué)生的誤區(qū) ,應(yīng)先給學(xué)生搭建整體的程序結(jié)構(gòu)與程序思想 , 然后在學(xué)生領(lǐng)會(huì)程序的設(shè)計(jì)思想后再局部細(xì)化每一個(gè)知識點(diǎn)。但是目前的教材千篇一律沒有能夠體現(xiàn)出學(xué)科特色和高級函數(shù)圖象理解，缺乏對學(xué)生長遠(yuǎn)培養(yǎng)。但在選例上缺乏應(yīng)用性和趣味性致使很多同學(xué)覺得語言枯燥沒有意思，因此對學(xué)習(xí)語言缺乏興趣沒有主動(dòng)性 [10]。 傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的缺點(diǎn) 目前的國內(nèi)多數(shù)高校以譚浩強(qiáng)先生著的《語言程序設(shè)計(jì)》作為教材。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中 , 教師占有主導(dǎo)地位 , 學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài) , 這就不利于充分發(fā)揮與調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性 , 也難以實(shí)施學(xué)生分析問題、解決問題及綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。c語言是一 門實(shí)踐性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)語言，但目前的實(shí)踐課教學(xué)存在很多弊端。先進(jìn)直觀的交互式教學(xué)手段應(yīng)用不夠，不了解學(xué)生的真正需求、難點(diǎn)和問題所在提不起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。 教師教法陳舊沒有充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。特別是初學(xué)者用其學(xué)習(xí)時(shí)不能明確地指示出錯(cuò)誤而是用如段故障和總線錯(cuò)誤之類含義模糊且令人費(fèi)解的出錯(cuò)提示信息。不管是針對于只想初步掌握 c語言的普通學(xué)習(xí)者還是以后有志于專門從事電子科技的人員，選擇一個(gè)符合潮流發(fā)展的學(xué)習(xí)是非常重要的第一步。以這三家公司分別為代表的 Linux、 Unix、 Windows操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件已經(jīng)廣泛運(yùn)用到了出個(gè)人電腦之外的各種電子設(shè)備中 [9]。由于Windows平臺的局限性 ,教師在教授計(jì)算機(jī)編程語言時(shí) ,無法深入講解相關(guān)的一些知識和技術(shù) ,使得學(xué)生對于編程語言的理解僅僅停留在表面 ,不能理解計(jì)算機(jī)編程語言 C的本質(zhì)。 Ch平臺先天具有的交互式外殼、跨平臺屬性、 界面友好的集成開發(fā)環(huán)境使其能夠更好地彌補(bǔ)傳統(tǒng) c程序教學(xué)中出現(xiàn)的缺點(diǎn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中受限于教學(xué)平臺功能和教學(xué)方法及內(nèi)容，使教學(xué)效果和學(xué)生積極性的效果不 甚理想。相比傳統(tǒng)平臺只需更少得多的代碼即可實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)的數(shù)值和圖形輸出以及仿真 [8]。 } 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 12 圖 216 繪制 sinc(x)二維曲線的 Ch 程序 以高級圖形繪制和數(shù)值函數(shù)為基礎(chǔ)，大量教學(xué)和工程應(yīng)用工具包可被開發(fā)出來。 /* number of data points for (x, y) for plotting */ fplotxy(sinc, x0, xf, num, function sinc(x), x, sinc(x))。 } int main() { double x0 = , xf = 。 retval = sin(x)/x。 圖 215 由程序 fplotxy() 產(chǎn)生的二維曲線 該圖形是如圖 216所示的 Ch程序 fplotxy()實(shí)現(xiàn)的。三維繪圖與二維繪圖方法x = A*x = 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 11 也是一樣的。 Ch可以用數(shù)據(jù)數(shù)組、數(shù)據(jù)文件或函數(shù)生成圖形，將其顯示于屏幕，保存為不同格式的圖片文件，或以適當(dāng)圖片格式輸出到標(biāo)準(zhǔn) 輸 出 流 ， 并 使 用 Web 服 務(wù) 器 在 Web 瀏 覽 器 上 顯 示 。 Ch在 C/C++的框架下，為二維和三維圖形繪制提供了幾乎最簡捷的方案。 數(shù)字圖形繪制功能 圖形繪制對數(shù) 值結(jié)果的可視化和解釋是極為重要的。通過高級數(shù)值分析函數(shù)庫，用戶只需調(diào)用一個(gè)函數(shù)就能解決諸如 LU分解、 QR分解、偽逆、奇異值分解、矩陣的特征值和特征向量、非線性方程、常微分方程等復(fù)雜數(shù)值分析問題。函數(shù) linsolve()的算法基于廣為應(yīng)用的開源 LAPACK，直接調(diào)用了 LAPACK中的相關(guān)函數(shù)。 } 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 10 圖 213 用數(shù)值分析函數(shù) linsolve()求解線性方程組 輸出結(jié)果如圖 214 所示。 printf(A*x = %.4f, a*x)。 linsolve(x, a, b)。比如，線性方程組 Ax=b，其中：通過圖 213中的程序 linsolve()進(jìn)行求解， array double a[2][3] = {1,2,3,4,5,6}, b[2][2] b = a*transpose(a) b*inverse(b) a = 100*a + 5 /* File: */ include include int main() { array double a[3][3] = {3, 0, 6, 0, 2, 1, 1, 0, 1}。如果程序中沒有包含頭文件 ，那么 標(biāo)識符 array就被作為變量名使用。對關(guān)鍵詞 array的處理方法跟 C99中關(guān)鍵詞 plex的相同。一維的計(jì)算數(shù)組作矢量處理，而二維數(shù)組則作為線性代數(shù)矩陣處理。 高級數(shù)值計(jì)算 Ch 支持作為一類對象 (firstclass)的計(jì)算數(shù)組 (putational array)。這些數(shù)值擴(kuò)展極大地簡化了工程和科學(xué)中復(fù)雜問題的編程。在 Ch 中，數(shù)值分析方面的復(fù)雜問題往往只需調(diào)用一個(gè)函數(shù)即可解決。 C99 為 C 語言添加了可變長數(shù)組和復(fù)數(shù)，使得數(shù)值計(jì)算得到極大簡化。 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 8 圖 211 用 ChIDE單步執(zhí)行、監(jiān)控變量并在調(diào)試 命令 窗格中使用調(diào)試命令 Ch 的高級科學(xué)計(jì)算功能 科學(xué)數(shù)值計(jì)算并不是 C 語言設(shè)計(jì)的最初目的。變量 a和 i以及表達(dá)式 2*g的值可以通過將相應(yīng)命令輸入右下角的調(diào)試窗格中獲取。 ChIDE的特征和布局都是針對那些沒有任何編程經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者而設(shè)置的。 另外，它具有自動(dòng)語法高亮顯示，可 幫助用戶發(fā)現(xiàn)程序的一些語法錯(cuò)誤。在調(diào)試過程中可以更改變量的值 ,可以觀測任何含有變量的表達(dá)式的值 ,甚至可以在學(xué)習(xí)控制結(jié)構(gòu)時(shí) ,學(xué)生可以改變變量的值 ,觀察每次不同的分支選擇結(jié)果 ,以及在什么時(shí)候會(huì)進(jìn)入無限循環(huán)。單擊錯(cuò)誤提示就可以直接跳轉(zhuǎn)到有錯(cuò)誤的那一行 。 擁有一個(gè)典型的 C語言開發(fā)環(huán)境所需要的所有運(yùn)行和調(diào)試功能 :可以設(shè)置多個(gè)斷點(diǎn) 。 ChIDE允許用戶在 IDE中編輯、調(diào)試或運(yùn)行 C/C++程序， 其用戶界面支持包括中文在內(nèi)的 30多種語言。 return 0。 return c。 圖 210 C程序 “”運(yùn)行結(jié)果 /* File: */ int addition(int a, int b) { int c。 圖 28 函數(shù) addition()用于命令外殼中 C/C++程序無需編譯即可直接進(jìn)行交互式執(zhí)行。 圖 27 定義 addition 函數(shù) 比如圖 7 中的程序 就是函數(shù) addition()的函數(shù)文件。函數(shù)文件名和函數(shù)定義是相同的。 return a+b+sin()。 double d。函數(shù)文件中定義的函數(shù)也可被其他程序和表達(dá)式在命令外殼直接調(diào)用。比如，在交互式解釋執(zhí)行如圖 26所示的代碼： 圖 26 交互式解釋執(zhí)行代碼 在隨機(jī)數(shù)值生成函數(shù) rand()中種入時(shí)間值 srand (time(NULL))。 交互式解釋執(zhí)行 C/C++函數(shù)和程序 除了 C語句和表達(dá)式之外， C語言的函數(shù)和程序也可以在 Ch shell中進(jìn)行交互式解釋執(zhí)行。 圖 25 Ch shell示例 3 本例中的 int和 double雖然分別占 4和 8個(gè)字節(jié)，但為了對齊，結(jié)構(gòu)體 s的 int和 double兩個(gè)字段共占 16個(gè)字節(jié)，而不是 12個(gè)。 3+4*5 23 int i sizeof(int) 4 i = 30 30 printf(%x, i) 1e printf(%b, i) 11110 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 5 圖 24 Ch shell示例 2 如圖 3的 C語句中， i是一個(gè) 4字節(jié)的 int型變量， i的整數(shù)值 30將以十進(jìn)制、十六進(jìn)制和二進(jìn)制數(shù)顯示。因此，把 Ch當(dāng)作計(jì)算器使用也是相當(dāng)方便的。比如 ,輸入表達(dá)式 3+4*5，輸出的結(jié)果為 7，如圖 23所示。為簡易起見，下文關(guān)于 Ch shell的命令行敘述中只顯示提示符 ，而不列出完整路徑。值得注意的是，在命令模式中執(zhí)行相應(yīng)語句時(shí)， C語程序中語句末尾的分號是可省略的。 在輔助初學(xué)者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程方面， Ch有很多專門開發(fā)的警告和出錯(cuò)提示 信息，而不用如段故障和總線錯(cuò)誤之類含義模糊且令人費(fèi)解的出錯(cuò)提示信息。 Ch跨平臺特點(diǎn)可以使 C/C++程序在多種操作系統(tǒng)上跨平臺解釋執(zhí)行，而無須繁瑣且與平臺相關(guān)的編譯過程。隨著計(jì)算機(jī)硬件越來越便宜，計(jì)算速度越來越快， Ch作為跨平臺 C/C++解釋器，其在程序設(shè)計(jì)效率、柔性及成本 方面的優(yōu)勢已被越來越廣泛應(yīng)用，特別是在 C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)上。與此相適應(yīng) ,中國的程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)也不應(yīng)當(dāng)只教VC、 VB 這類依賴于 Windows 平臺的語言 ,而是應(yīng)當(dāng)教一些跨平臺語言。 ChIDE的特征和布局都是那些沒有任何編程經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者而設(shè)置的；其四： Ch的高級科學(xué)計(jì)算功能，調(diào)用高級函數(shù)；其五：可視化的繪圖能力，圖形繪制對數(shù)值結(jié)果的可視化和 解釋是極為重要的。其一： ch是一個(gè)跨平臺的C/C++解釋器 ；其二， 交互式解釋執(zhí)行 C/C++語句、表達(dá)式、函數(shù)和程序，交互式大大地提高了編程的效率 ， 有效地避免人為操作所帶來的不必要的錯(cuò)誤并且能夠直觀地向初學(xué)者展現(xiàn)編程的基本思想和步驟 ， 有力地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊學(xué)生的學(xué)習(xí)思維；其三，使用 ChIDE編輯和調(diào)試 C/C++程序。這對 ch平臺在我國大規(guī)模普及起到了十分積極的意義。近幾年開發(fā)出 Ch平臺兼容并蓄地吸收借鑒了其他平臺的優(yōu)點(diǎn)，在教學(xué)反饋中不斷完善，成為一種特別適合初學(xué)者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)平臺。 應(yīng)用現(xiàn)狀 C語言的廣泛應(yīng)用也擴(kuò)展了許多的開發(fā)平臺，目前普遍運(yùn)用的主要有： Ch 、 Turbo C++ 、 Visual C++ 2021和微軟的 Visual C++。但眾所周知的是， C語言較難學(xué)，熟練掌握更需要相當(dāng)長的時(shí)間。在目前制造的所有微處理器中，只有不到 5%的處理器用于新的個(gè)人電腦和工作站中，剩余的則用于工業(yè)機(jī)器、醫(yī)療設(shè)備、交通燈控制器 和家用電器等的嵌入式系統(tǒng)中。 應(yīng)用意義 C語言是在工程和科學(xué)方面應(yīng)用最廣的編程語言之一。此外， Ch還可以無縫地嵌入到用 C或 C++語言編寫的編譯應(yīng)用程序中，使應(yīng)用程序可以用 C/C++腳本柔性編程，極大地?cái)U(kuò)展了應(yīng)用程序的功能。再次， Ch是一個(gè)具有高效的 shell編程特點(diǎn)的超高級語言。其次，一些應(yīng)用于工程和科學(xué)方面的語言 (如 MATLAB和 Mathematica)所具有的高級數(shù)值計(jì)算和圖形繪制特性也被 Ch擴(kuò)展到 C語言上。解釋器對 C語言計(jì)算機(jī)編程的教與學(xué)雙方都是非常有幫助的，比如，運(yùn)行時(shí)的出錯(cuò)信息能夠更方便地指向源代碼，使初學(xué)者更容易發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤。 圖 11 Ch和其他一些計(jì)算機(jī)語言和軟件包的關(guān)系 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 2 Ch的以下主要功能是一般的 C語言編譯器所無法提供的。 Ch是一個(gè) C/C++解釋器，可用于跨平臺腳本、高級數(shù)值計(jì)算和圖形繪制、 shell編程和嵌入式腳本。所 以使用 Ch可以極大地簡化很多編程任務(wù)。在此后修訂 C99后，很多諸如復(fù)數(shù)和可變長數(shù)組等原先在 Ch中實(shí)現(xiàn)的新特性都添加到了的最新 C語言標(biāo)準(zhǔn) C99[6]中。作為一個(gè)完整的 C語言解釋器 ,Ch支持 C89標(biāo)準(zhǔn) [5]的所有特性。目前已經(jīng)形成了以 Ch為核心的 C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)平臺 [4]。 當(dāng)初設(shè)計(jì)和開發(fā) Ch的主要目的是為了更有效地進(jìn)行 C語言計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)入門教學(xué)，同時(shí)兼顧智能機(jī)電系統(tǒng)方面的科研和工程應(yīng)用 [1][2]。 C language program design teaching 目 錄 1 引言 ............................................................................................................ 1 應(yīng)用背景 ............................................................