结合人工智能技术的C语言教学方法研究
（中国石油大学（华东） 计算机与通信工程学院，山东 青岛 266580）
摘 要：C语言是一门应用广泛的通用计算机编程语言，具有良好跨平台的特性，是许多高校理工科学生必修的课程。近年来，随着信息化进入大数据时代，人工智能计算发展突飞猛进，成为大规模问题和大数据处理方法的重要技术，这对计算机编程教学任务提出了更高的要求和新的挑战。文章研究结合人工智能技术需求的C语言教学的方法，是一个值得探索的教改课题。
关键词：教学改革；教学方法；程序设计；计算思维；C语言
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2016）19-0091-02
Abstract： C programming language is a widely used general-purpose computer programming language， which has a good cross-platform features and is a required course for students in many colleges and universities. In recent years， with the information into the era of big data， artificial intelligence of calculation develops by leaps and bounds， becoming an important technology of the large-scale problems and big data processing method， it puts forward higher requirements on computer programming teaching tasks and new challenges. In this paper， we study C language teaching approach combined with needs of artificial intelligence technology. It is a subject that is worthy to explore the educational reform.
Keywords： teaching reform； teaching methods； program design； computational thinking； the C language
引言
C语言是一门应用广泛的计算机编程语言，能够以简易的方式编译、处理低级存储器、产生少量的机器码，并且需要严格的运行环境支持便能运行。C语言提供了底层的信息处理功能，同时具有信息处理快捷，跨平台特性强的优点。1977年，Dennis M. Ritchie发表了不依赖于具体机器系统的C语言编译文本，随后1982年国际上成立了C标准委员会，建立了C语言的标准。1989年，ANSI发布了收个完整的C语言标准ANSI X3.159-1989，简称“C89”，这也是C语言最早的标准。1990年，国际标准组织ISO将C89重新命名为ISO/IEC 9899，即“C90”。1999年，在C90的基础上ISO发布了新的C语言标准，命名为ISO/IEC 9899：1999，简称“C99”。在2011年12月8日，ISO又正式发布了新的标准，称为ISO/IEC9899： 2011，简称为“C11”。从C语言的发展历程不难看错，C语言作为底层的通用计算机编程语言，在人类社会发展的过程中，从电子计算机时代，到信息化时代，再到今天的大数据时代，都发挥着重要的作用。自上世纪80年代，C语言就被作为许多高校理工科本科阶段的必修课程。
随着人类社会进入大数据时代，人工智能技术在社会发展中不断发挥着举足轻重的作用，例如智能机器人，模式识别与智能系统，图像处理与计算机视觉，智能计算与机器博弈，知识发现与机器学习等。这些人工智能技术的实现的一般过程都利用编程语言将人工智能算法和模型在电子计算机进行执行，从而使得电子计算机具有一定的人工智能特性。2016年，Google公司开发的阿尔法围棋（AlphaGo）人工智能程序，以4：1完胜世界围棋冠军、职业九段选手李世石，更是将人工智能技术推到了舆论的风口浪尖，引起全世界范围的关注。
C语言作为一种通用的计算机编程语言，具有良好底层计算特性和可扩展性。如何在现阶段的C语言教学中，结合当下先进的信息化技术，尤其是人工智能技术是C语言教学改革中的重要问题之一。文章研究结合人工智能技术的C语言教学方法，在讲授C语言过程中增加人工智能技术实现的思考和实训，以遗传算法的C语言编程为例介绍C语言在人工智能技术中的应用，从而到达基于C语言实现人工智能技术的目的。
一、教学方法设计原则
（一）突出計算思维训练
计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。利用C语言编写计算机程序时，引导学生体会计算的本质，才能保证在面对不断更新的软件开发环境，学生通过理解计算机程序所蕴含的计算本质特点，提高其学习新知识的效率，对学习和工作产生有利影响。计算思维是旨在通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把困难问题重新阐释成易解决的方法。在C语言教学中体现为如何利用计算机编程语言来解决一个实际问题的过程。计算思维其本质是一种递归思维，代码和数据之间相互转换的方法。
在C语言教学过程中，需要突出计算思维的训练，其目的在于不仅让学生学会编程语言，更要理解计算的本质，并将程序语言转化为计算可执行的程序，利用电子计算机的特性实现计算的过程。实现的计算过程要从计算思维角度进行深入理解。
（二）淡化语法细节，培养自主学习能力
在高等教学进入“微课”时代的今天，学生自主学习的渠道日益丰富化。在高速网络，MOOC（大型开放式网络课程），SPOC（小规模限制性在线课程）等网络课堂飞速发展，课程的核心知识点可以在十几分钟内由远在千里之外的教育家通过视频的方式讲授清晰，学生的学习方式也趋于灵活。这对于授课教师在课堂上讲授知识点的方法提出了新的要求。讲授过程中要注意淡化语法细节，将语法等知识点留给学生自己学习体会，培养学生的自我学习的意识和自主学习能力。这种淡化语法细节的教学方式，符合当下流行的“翻转课堂”，“开拓学生学习主动性”等先进教学理念。
自主学习要具有以下的特点：（1）由学习者的态度、能力和策略等因素综合而成的主导学习的内在机制；（2）具有明确的学习目标、学习内容、学习方法以及使用的学习材料的控制权；（3）在教师的指导下，根据自身条件和需要制订并完成具体学习目标的学习模式。学生自主学习过程中，教师的角色从传统教育中的知识灌输者，转变为学生学习中的助力者。讲授内容也从普遍讲授发展到难点精讲，一般知识点由学生自主完成学习。培养学生的自主学习意识和自我学习能力，对于学生毕业后，面对不断发展的工作环境和日益发展的信息化技术，具有主动学习和跟进尖端信息技术是重要的能力。
（三）讲究实践实训效果
传统的C语言的教学中，对于某语法的使用往往采用简单实例的方式，展示语言的功能。这一方式已经无法满足信息化高速发展的今天对计算机程序员的要求。随着信息化的发展，提出了很多前沿的实践实训教学方法。重视实践实训的C语言教学，有助于学生将所学的编程技术在最先进的信息化技术中进行实现，对于其理解编程语言语法，跟进先进的信息技术，学习信息处理方法具有重要的意义。
实践实训的关键是课题设计的水平。高质量实训题目具有全面性、理论性强、技术先进等特点。教师为主设计的题目让学生主动寻求解放方法。通过实践实训涵盖教学知识点，引领教学的全过程，系统地撑握知识。
二、人工智能技术实现
利用C语言文法实现人工智能技术是对程序设计的一种高级要求，是对学生灵活运用C语言底层语法的更高要求。文章以人工智能技术中的遗传算法为例，以C语言的语法，包括字符串，指针变量等技术实现遗传算法的过程，设计教学方案，其目的在于让学生从遗传算法的实现中，理解语法含义，计算逻辑，领会核心知识点，系统地撑握知识。
遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。
下面介绍基于C语言的实现方法，实现过程的讲授有助于学生理解字符串处理，算术运算，随机函数等语法。
1. 算法初始化
领会遗传算法中各个参量的数值类型，使用const，int，double，float等数据类型定义算法中所涉及的参量，并根据算法设计对参量进行初始化赋值。遗传算法中的个体是以染色体形式表示的，体现在C语言中需要利用数组进行表示int p[pop_size]。
2. 开始迭代实现种群进化过程
利用for循环语句实现种群代与代之间的更新，在for循环中加入if-else语句，实现在种群中选择较优个体。通过产生随机种子，实现个体变异位点的随机选取。个体之间的杂交运算，利用C语言的字符串处理函数来实现。
3. 最优个体选取
根据设计的适应度函数，将字符串个体转换为数值，从而进行数值计算和个体之间的优劣程度的比较。选择最优的个体后进行杂交和变异，从而形成新的种群，实现种群的更新。
按照上述的C语言讲授方法，可以让学生熟悉头函数功能，变量定义方法，尤其是结合实际需求的变量定义方式，函数声明方法，分支运算，循环运算的功能，理解遗传算法计算机理的同时，掌握C语言的基本知识点。具有很好的实际应用和知识点覆盖效果。
三、结束语
结合人工智能技术的C语言教学方法研究能够使学生在学习通用计算机编程语言的同时理解人工智能的计算内涵，并且利用底层的基本程序语言和语法实现。通过实践实训能够涵盖教学知识点，引领教学的全过程，有助于学生系统地撑握知识。结合人工智能技术需求的C语言教学的方法，是一个值得探索的教改课题。
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作者简介：宋 ，（1983，06-），男，汉族，籍贯：山东青岛，单位：中国石油大学（华东）计算机与通信工程学院，讲师，博士，研究方向：生物计算，高性能计算，人工智能。
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