【正文】 teaching and students39。 CH。提高大學生 C/C++的程序設(shè)計能力和實際動手能力 ,對他們的專業(yè)發(fā)展及今后的就業(yè)具有非常重要的意義。經(jīng)過在教學實踐和工程應(yīng)用并不斷完 善， Ch現(xiàn)已從一個簡單的教學和科研工具演變?yōu)橐粋€可移植跨平臺且通用簡便的計算環(huán)境 [3]，并得到廣泛認可。 Ch設(shè)計嚴格遵循了 C語言標準，是 C語言的超集。在基于對象的編程方面， Ch也支持 C++中的一些主要特性。與其他大部分 C語言編譯器相比較， Ch支持更多 C99的新增特性。 C語言最初是為系統(tǒng)編程而設(shè)計開發(fā)的，因此它在工程和科學應(yīng)用方面存在一些缺陷。 Ch借鑒了很多其他語言和軟件包的特性和創(chuàng)意，它和其他一些語 言和軟件包的關(guān)系見圖 11。首先， Ch可以解釋 C語言程序，在一臺機器上開發(fā)的 C語言程序可以在無需編譯和鏈接代碼的情況下在另 一臺機器上由Ch解釋執(zhí)行，這對腳本應(yīng)用來說是非常理想的。 Ch還能解釋使用面向?qū)ο缶幊烫匦缘?C++程序。 Ch中的一些數(shù)值計算方面擴展特性已添加到C99中。有些需要編寫數(shù)千行 C語言代碼才能解 決的問題， Ch代碼只需寥寥數(shù)行即可完成。本文將從教學的視角闡述 Ch的這些獨特功能。 C語言可以在各種計算機上運行，其中包括微控制器、微型計算機、手執(zhí)設(shè)備、個人電腦、工作站乃至超型計算機。 C語言是編寫諸如此類嵌入式系統(tǒng)硬件接口程序的標準語言，同時也是計算機編程入門教學中應(yīng)用最廣的計算機語言之一。本文介紹的 Ch是跨平臺的 C/C++解釋計算環(huán)境，對于提高計算機編程入門教學具有良好的效果。在我國的計算機語言教學中長 久以來主要教授 VB和 VC，隨著對計算機技術(shù)認識越來越深刻，以 C語言為主要教學語言的課程在大學課程中占的比重也越來越大，但是現(xiàn)在的很多教師應(yīng)用的還是落后的編程平臺。從我國率先引進的學校來看，基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計的教學探討 3 其對學生成績的提高十分明顯。 2 ch 平臺的優(yōu)勢 ch 平臺優(yōu)勢簡介 ch與其他平臺相比有五點特別明顯而且適合教學的優(yōu)勢。 ChIDE操作簡便，是專門為教師授課和學生學習而開發(fā)的。 Ch 是一個跨平臺的 C/C++解釋器 今后 的操作系統(tǒng)平臺將不再是 Windows 一統(tǒng)天下 ,而是朝著 Linux、 Windows 等多種操作系統(tǒng)多元化發(fā)展的方向邁進。在運行 在處理某些任務(wù)時， C語言功能及其編譯 /鏈接 /運行 /調(diào)試等繁瑣過程不盡完美且效率不高。 此外， Ch被設(shè)計成與平臺無關(guān)，它可以在配有不同計算機硬件和操作系統(tǒng)的不同類型計算環(huán)境中運行，其中包括 Windows、 Mac OS X、 Linux(x8 PPC、 ARM架構(gòu) )、 Unix， FreeBSD和實時操作系統(tǒng) QNX。在一個平臺上開發(fā)的 程 序 可 以 在 其 他 任 何 一 個 平 臺 上 運 行 。 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計的教學探討 4 交互式解釋執(zhí)行 C/C++語句和表達式 C語言的所有語句和表達式都可以在 Ch命令外殼中交互解釋執(zhí)行并即時地顯示在屏幕上。 Ch shell中的默認提示符是可配置的。 圖 22 Ch命令 shell用戶界面 Ch shell會 對輸入的 C語言表達式直接進行求值，并將結(jié)果顯示于屏幕上。 圖 23 Ch shell示例 1 任何有效的 C語言表達式都可以在 Ch shell中求值。再舉一例，在提示符后聲明變量，接著在隨后的計算中用變量，如圖 24所示。 Ch shell還可以方便地檢查 C語言結(jié)構(gòu)或 C++類的對齊，如圖 25所示。便于代碼編寫規(guī)范整潔美觀正確。 C語言標準庫中的所有函數(shù)都可以 進行交互式執(zhí)行，也可以在用戶自定義的函數(shù)中使用。在命令行中定義并調(diào)用的函數(shù) add()依次調(diào)用了泛型數(shù)學函數(shù) sin()。 Ch的函數(shù)文件是一種擴展名為 .chf的文件，此類文struct tag {int i。} =20 20 s .i = 20 .d = sizeof(s) 16 srand(time(NULL)) rand() 4497 rand() 11439 double add(double a, double b) {double c。} double c c = add(, 20) 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計的教學探討 6 件只含有一個函數(shù)定義。 如圖 27所示。函數(shù) addition()可以用于程序或如圖 28 所示的命令外殼中。比如，要運行圖 29中的 “”程序： 圖 29 “”程序 只要在 Ch命令 shell中輸入命令 “”，得到的結(jié)果就是 “Hello, world”，如圖 210所示。 c = a + b。 } int i = 10 i = addition(10, i) 20 /* File: */ include int main() { printf(Hello, world\n)。 } Hello, world 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計的教學探討 7 210 “ ” 運行結(jié)果 使用 ChIDE 編輯和調(diào)試 C/C++程序 Ch由上述命令外殼 (mand shell)和一個集成開發(fā)環(huán)境 (Ch Integrated Development Environment， ChIDE)兩大模塊構(gòu)成。 ChIDE中含有現(xiàn)代 IDE中常用的大部分功能。單步調(diào)試時的提示清晰明確 。無需編譯鏈接就可以解釋代碼 。對一個寫好的程序 ,也可以通過這個方式測試其穩(wěn)定性 。 ChIDE操作簡便，是專門為教師授課和學生學習而開發(fā)的。比如，如圖 211[7]所示，程序 9行時，可以在 ChIDE中間的調(diào)試窗格內(nèi)監(jiān)控局部變量和全局變量的值。教師課堂演示時，還可以方便地改變 ChIDE中程序的字體大小。比如，在 C89 中就很難處理多維數(shù)組。 Ch 進一步擴展了 C99 的數(shù)值計算功能。本部分將闡述 Ch 在科學計算方面對 C 語言進行的擴展。很多工程和科學上的實際問題都可以在課基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計的教學探討 9 堂演示，在課后練習和項目訓練中輕松解決，提高了教學的實用性，并極大地激發(fā)學生對計 算機編程的興趣和學習的積極性。計算數(shù)組可以由類型聲明符 array 進行聲明。對計算數(shù)組進行運算的操作符重載遵循線性代數(shù)的運算規(guī)則，如圖212 所示 圖 212 由 類 型 聲 明 符 array 聲 明 計 算 數(shù) 組 本例中，函數(shù) transpose()和 inverse()分別用于計算轉(zhuǎn)置矩陣 和逆矩陣。在程序中使用計算數(shù)組時，應(yīng)該包含頭文件 。 Ch含有針對科學數(shù)值計算的高級數(shù)值分析函數(shù)庫。 array double b[3] = {2, 13, 25}, x[3]。 /* find x based on a and b */ printf(x = %.4f, x)。return 0。 圖 214 求解結(jié)果 頭文件 。用戶無需擔心用快速精確的數(shù)值算法進行的潛在的優(yōu)化。這些高級數(shù)值函數(shù)對解決工程和科學類后續(xù)課程的復雜問題也是非常有用的。 C語言默認不支持圖形繪制，C語言程序員往往用程序先生成一個數(shù)據(jù)文件，再使用如 Excel之類的軟件包，用數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)繪制圖形，這一過程對算法開發(fā)來說很不方便。使用圖形庫的繪圖函數(shù)或繪圖類成員函數(shù)，可以在 Ch中方便地生成二維和三維圖形。 下面舉 個例子展示了在 Ch中繪制二維曲線的簡捷功能。 圖 215 所示為函數(shù) sinc(x) 的二維曲線圖形： sin(x)=sin(x)/x x的取值范圍為 [10,10]。 /* File: Plot function sinc(x)= sin(x)/ x for 10=x=10 with 80 points */ include include /* for using fplotxy() in the plotting library */ /* function definition for sinc() to be plotted */ double sinc(double x) { double retval。 return retval。 /* initial and final values for x */ intnum = 80。 return 0?，F(xiàn)已開發(fā)的工具包包括控制系統(tǒng)工具包和機構(gòu)設(shè)計和分析工具包。 3 基于 Ch 的 C 程序設(shè)計的教學改進 C程序設(shè)計是計算機學習中的一門非常重要的基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)學生正確的設(shè)計算法以及編程能力 , 熟練掌握程序設(shè)計的思想 , 培養(yǎng)學生結(jié)合所學知識解決實際問題的能力和正確的編程思維方式。因此選擇一個合適的教學平臺和一套行之有效的教學方法是非常重要的。 傳統(tǒng)教學平臺及授課的缺點 傳統(tǒng)教學平臺的缺點 傳統(tǒng)教學中教授 C語言時 ,通常都是基于 Windows開發(fā)環(huán)境來講述 C語言編程技術(shù)。如今電 子科技的先驅(qū)和創(chuàng)新領(lǐng)先者已經(jīng)不是再由微軟公司一家獨大，而是由谷歌、蘋果和微軟公司形成三足鼎立之勢。它們在不同的領(lǐng)域擁有各自的優(yōu)勢，所以使用傳統(tǒng)的基于單一系統(tǒng)的教學平臺是不合時宜的。另外，傳統(tǒng)的教學平臺如 Turbo C、 Vc++沒有圖形界面并且在 C語言功能 及其編譯 /鏈接 /運行 /調(diào)試等繁瑣過程不盡完美且效率不高。 基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計的教學探討 13 傳統(tǒng)教學方法的缺點 傳統(tǒng)的教學方式從本質(zhì)上來講還是屬于“填鴨式”教學。在目前的課堂教學中還是以教師講授為主，沒有充分發(fā)揮學生學習的主動性啟發(fā)式教學。除此之外，對于實踐教學環(huán)節(jié)重視不夠。比如上機課缺乏目的性和趣味性使學生對實踐的目的模糊，導致上機操作時注意力分散對程序調(diào)試失去耐心。最終的結(jié)果就是學生學習效率低下，學習興趣逐漸減弱，增加教與學的難度。該書簡明扼要，通俗易懂的確給初學者 帶來了很大的方便。對于理工科學生來說，學習 c語言對自身專業(yè)學習和以后發(fā)展是很有必要的。還有就是對傳統(tǒng)教學對內(nèi)容的順序選擇上太過于死板， C 語言本身具有非常靈活、知識點非常繁多的特點。內(nèi)容是教學的載體，內(nèi)容的空 泛，順序的僵化和缺乏學科特色是給學生一種 c語言過于困難和枯燥的一個重要原因。對教學而言，比其他教學平臺更加切合我國的教學實際情況。 Ch以其自身所具有的優(yōu)勢可以更加方便簡單地為突破傳統(tǒng)教學中存在的缺點奠定一個平臺基礎(chǔ)。 C程序教學是一個實踐性非常強的課程 , 上機實驗是 C 語言程序設(shè)計初學者入門和學好的一條捷徑。如果再在具體形象的事例程序上進行一些修改 , 使程序得到不同的結(jié)果。同時 , 要注重學生調(diào)試程序能力的培養(yǎng) , 例如通過單步執(zhí)行、設(shè)置斷點、觀察變量的值等調(diào)試技巧來增強學生的排錯能力 , 這樣有助于學生提高調(diào)試成功的機會 , 也有助于幫助學生理解程序的執(zhí)行過程和增強學習興趣和信心。 C/C++語句、表達式、函數(shù)和程序都可以在 Ch命令外殼和 ChIDE中解釋執(zhí)行。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式的值。 學生可以在大多數(shù)情況下發(fā)現(xiàn)并解決程序中遇到的問題，增強其學習動力和信心。在授課安排上，可以增加大量的課時用于實踐操作，讓學生提出自己 的疑問去改變程序中的某些部分來深刻體會 c程序的精髓。 此外 Ch體積小對系統(tǒng)環(huán)境要求低適合于不同場合安裝。 拓寬學習視野 我們可以看到一個非常明顯的趨勢：計算程序正趨向于使用高級數(shù)值計算、圖形繪基于 ch 平臺 c 語言程序設(shè)計的教學探討 15 制功能 [13]。所以在教學內(nèi)容上應(yīng)該有契合當前電子科技最新動態(tài)的內(nèi)容，在教學中可以結(jié)合工程用例，逐漸增強運用高級函數(shù)和繪圖能力的培養(yǎng)，既增強了 C語言學習的生動性和實用性又兼顧到學生能力的長遠培養(yǎng)。對于計算機專業(yè)的學生， ch提供一個可以隨時將自己在資料上看到或者學到的 C程序在 ch平臺運行觀察學習的機會。鼓勵學 生將本專業(yè)的知識融合到 C語言程序設(shè)計中來，真正做到學以致用，扭轉(zhuǎn)當前學生中只為證書或者考試而學的不良勢頭。 擴大相關(guān)知識面普及 ch支持跨平臺功能，老師可以以 ch為切入點為學生示范并幫助學生了解和熟悉不同操作系統(tǒng)下的 C編程特點及方法。特別是現(xiàn)在運用最廣泛的手持移動設(shè)備，基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的 WP系統(tǒng)手機、基于 Linux開發(fā)的 andriod系統(tǒng)、基于 Unix的蘋果ios手機。老師可以以 ch平臺自身所具有的跨平臺特性簡單介紹當今 c程序在不同平臺上的運用及 各個平臺所具有的優(yōu)勢。 Ch具有跨平臺的特點，可以幫助學生了解和熟悉 C語言在不同操作系統(tǒng)中進行程序設(shè)計和執(zhí)行的特點，有助于他們在今后工作和學習中適應(yīng)不同操作系統(tǒng)環(huán)境下的程序設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用。 Ch的計算數(shù)組、高級 數(shù)值分析函數(shù)、二維和三維圖形繪制功能是 C/C++框架下最便捷的形式，這些功能可用來方便地解決許多工程和科學中的復雜