1、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
2、Abstract：C programming language is a widely used general-purposecomputer programming language，which has a good cross-platform features andis a required course for students in many colleges and universities.In recentyears，with the information into the era of big data，artificialintelligence of calcula
3、tion develops by leaps and bounds，becoming animportant technology of the large-scale problems and big data processingmethod，it puts forward higher requirements on computer programming teachingtasks and new challenges.In this paper，we study C language teachingapproach combined with needs of artificia
4、l intelligence technology.It is asubject 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，Den
5、nis 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 ANSIX3.159-1989，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
6、：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，Goog
7、le 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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、。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
13、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 ppop_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
14、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。参考文献
15、1高能所，周锡令.一种书写系统程序用的可移植语言-BCPL 简介J.计算机工程与应，1980（12）.2苏小红，孙志岗，陈惠鹏.C 语言大学实用教程M.北京：电子工业出版社，2013：8.3Stephen Prata.C Primer PlusM.人民邮电出版社，2005：1-3.4Russell S，Norvig P.Artificial intelligence：a modern approachJ.Artificial Intelligence，1995.5谷歌 AlphaGo 大战李世石首局：机器人胜！EB/OL.中国机器人，2016.6Wing J M.Computational t
16、hinkingJ.Communications of The ACM，2006，49（3）：33-35.7慕課崛起，大学的未来在网络？EB/OL.MOOC 学院，2014.8李忠伟，张学辉，吴春雷.因专业施教的“程序设计”类课程教学研究与实践J.2013（22）：188-189.9李昕，张学辉，郑立垠，等.程序设计课程的教学新模式J.2016（1）：139-140.10李昕，吕鹏飞，张学辉，等.采用“项目驱动+案例教学”模式提升 C 语言教学J.课程教育研究，2015（29）：255-256.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。