基于可解释的C语言程序设计教学案例分析

【摘要】C语言程序设计是计算机专业的核心专业平台课程，掌握C语言程序设计的设计思想是关键。从一个教学案例出发提出可解释的C语言程序设计的教学思路，希望对C语言程序设计的教学得到一些交流和启发。

【关键词】可解释性;C语言;程序设计;教学案例

前言：当前，作为人工智能技术核心内容的机器学习、深度学习已经成为学术界和工业界的一个热门话题。然而，一直以来，基于机器学习、深度学习的模型可解释性很差。因此，仅仅考虑机器学习、深度学习所遵循的 “输入输出满足”原则对某些问题而言可能是远远不够的。追求因果关系是科学研究的一个持续动力，我们应该考虑模型对问题世界的可解释性。

C语言程序设计的课程教学不仅要充分考虑与计算机组成原理（硬件）、算法、数据结构（软件）的紧密联系，还要注重每个概念、问题背后的可解释性，不让学生陷入“计算机是一个黑匣子”学习误区。本文从一个教学案例出发，提出可解释的C语言程序设计的教学思路，希望对C语言程序设计的教学得到一些交流和启发。

1. 案例提出

例题求方程ax2+bx+c+=0的实数解。

编程如下：

01 #include<stdio.h>

02 #include<math.h>

03 void main（）

04 {

05 float a，b，c，x1，x2，disc;

06 printf（“input a，b，c： ”）;

07 scanf（“%f%f%f”，&a，&b，&c）;

08 if （fabs（a）<1e-6）

09    printf（“The question is not a quadratic”）;

10 else

11 {disc=b*b-4*a*c;

12 if（disc<0）

13 printf（“The question has not real root”）;

14 else

15 if（fabs（disc）<1e-6）

16 printf（“The equation has two equal roots：%8.4f，-b/（2*a）”）;

17 else

18 {x1=（-b+sqrt（disc）/（2*a）;

19 x2=（-b-sqrt（disc）/（2*a）;

20 printf（“The question has distinct real roots：%8.4f，%8.4f，x1，x2”）;

21 }

22 }

23 }

學生提出问题，程序的第08和15行，好像跟自己的理解不一样。学生认为第08行是表示a=0，判别是否为一元二次方程。第15行是判别式disc=0，判别是否有两个相等的实数根，为什么要写成fabs（a）<1e-6和fabs（disc）<1e-6呢？这是一个好问题。

2. 案例解释：C语言中“0”的认识

这个问题可以归结为C语言中的“0”的认识问题。作为“0”，在计算机的内存中、输入、输出时将以怎样的形式存在？首先，我们思考一下，计算机是一个资源有限的机器。因此，对于仅有的CPU、内存等资源管理十分严格。其次，我们先前定义了变量int m;这是给变量m定义一个变量类型，给变量x分配内存空间大小;还有变量名m是给变量一个存取的地址。

接下来，我们看第05行我们定义了变量a，disc是float类型变量，输出是%f格式。再看一下%f对应的输出格式表示什么？表示按小数形式输出十进制实数（单精度），并输出6位小数。

总之，在C语言中“0”的存在形式是这样的，绝对值小于10-6 的实数是被认定为“0.000000...”。这就是对变量的值在计算机的内存中如何存、如何取、如何输入、如何输出的解释。

3. 解释的循环

实验设计 在Dev_C++6.0平台验证“0”的输入输出及其表示。

编写程序：

#include<stdio.h>

void main（  ）

{float a，b，c，d;

printf（“print a，b，c，d：”）;

scanf（“%d%d%f%f”，&a，&b，&c，&d）;

printf（“%d%d%f%f”，a，b，c，d）;

}

验证输入：0.0001，0.00001，0.000001，0.0000001

验证输出：0.000100，0.000010，0.000001，0.000000

正如我们所思考的一样。绝对值小于10-6 的实数是被认定为“0.000000...”也即是“0.000000”。

4. 解释再循环

我们似乎达到了完美的理解，得到很好的解释，可是我们还是看看“0”表示的边界在哪里？于是我们又做了一次验证设计。

验证实验1：

验证输入：0.0000004，0.0000005，0.0000006，0.0000009

验证输出：0.000000，0.000000，0.000000，0.000000

似乎再一次验证了我们的想法。可以当我们进行下面的验证时，情况变得不可解释了。

验证实验2：

验证输入：0.0000009，0.0000009，0.0000009，0.0000009

验证输出：0.000001，0.000000，0.000000，0.000000

这又变得不可解释了，我们继续讨论，最后决定换一个开发平台实验。

5. 换个开发平台实验

我们换到开发平台Eclipse+MinGW GCC上验证实验。

验证实验3：

验证输入：0.0000009，0.0000009，0.0000009，0.0000009

验证输出：0.000001，0.000001，0.000001，0.000001

这个结果让我们觉得可以理解，四舍五入就可以解释了。而且这与条件限制相互也不矛盾。反思在浮点类型的数据里，计算机的平台不同，对于浮点型数据的表示不同。

6. 教后反思：基于可解释的课程教学

从这个案例出发，我们可以看出基于可解释的教学是可能的。特别是计算机的课程，不能把计算机变成一个不可解释的“黑匣子”，变成一个神秘所在。运用解释学的方法，在教师与课程文本之间建立理解、師生之间建立理解和对话的关系。教师与课程设计者之间不应该是单独的课程工作者，而是以合作者身份共同参与课程的开发和实施。解释一直是人类存在的方式，其根本特征是对为什么（Why）问题的解答。当构成问题和解答的命题具有经验可检验性并且为真，而解答与问题之间在科学上具有解释相关性时，这才能称之为科学理解，相应的解释称为科学解释。教师要与学生一起“对话”，共同承担科学理解的任务，一起来体验、认识和理解计算机的局限性，人的局限性，课程文本教材的局限性，更加深刻的理解人类创造的艰辛和伟大。教师作为反思性的实践者，在科学文本教学时，可以参考可解释的哲学，把教学改革推向一个新的科学高度。

参考文献：

[1]张长水.机器学习面临的挑战[J].中国科学：信息科学，2013，43（12）：1612-1623.

[2]杨路明.C语言程序设计教程（第3版）[M].北京：北京邮电大学出版社，2015.

[3]张志林.科学解释与理解类型[J].科学技术与辩证法，2003（03）：29-31+43.

[4]王凌超，吴乐娇.理解与对话：从哲学解释学视角透析教师与课程的关系[J].淄博师专论丛，2019（01）：15-18.

作者简介：余红宴（1971— ），男，湖北黄冈，副教授，博士。现主要从事工程教育方向的研究。