C语言程序设计教学中排序算法的教学设计
——以选择法排序为例

羊巍 孙新杰 六盘水师范学院

一、引言

通常在选择法排序（以下简称排序）的教学中，教师可能会先演示排序算法的排序过程，讲解什么是排序，然后展示程序，并对程序中的代码进行讲解，可能还要对程序中的关键代码反复强调等等。其实对于一年级的程序新手而言，选择法排序算是一个比较难的复杂问题，他们常常是懂了选择法排序的算法原理，写不出程序，看了教师程序，关键代码搞不懂，课后还要花大量的时间反复琢磨才能搞懂。这样的教与学往往枯燥而又事倍功半，学生可能会失去学习兴趣，教师的教学目标也往往难以达成。

二、选择法排序的教学设计

教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。一般包括教学目标、教学重难点、教学方法、教学步骤与时间分配等环节。我校为地方二本学校，学生大都来自山区，多数学生没有计算机基础知识，经过一段时间的学习，分析问题并将其用程序实现的能力往往还是比较薄弱，鉴于此，进行排序教学设计时，根据实际情况，把排序算法分解成为几个子问题，分而治之，最后又进行合成，让学生从整体与细节上，比较好的掌握排序算法。

（一）教学目标

排序算法教学目标为：掌握排序算法（以排成一个非递减序列为例）的原理并能用C代码实现。

（二）教学重难点

排序算法教学重难点为：排序算法的原理，排序过程与程序中关键代码的对应关系。

（三）教学方法设计

结合多媒体手段讲解排序算法原理，学生可以理解算法原理，从教学的角度从发，分析一下排序算法源程代码结构，会发现其中有如下的难点：

(1）整个代码为一个双重循环，而且，内层循环次数执行受外层循环的控制。

(2）内层循环做两件事，一是扫描出指定范围内，序列中最大值的元素所对应的位置，而扫描的终点位置是递减的；二是元素对换，将上一步中得到最大值元素与扫描终点元素作对换，而对换中的三步操作虽然不一唯，但第一步操作确定后，后两步操作的顺序是唯一的。

针对上述分析，笔者认为，学生从理解排序算法原理，要一下实现排序算法，有比较大的难度。排序算法可以分解为二个子问题，一是扫描，二是对换，可以以函数的形式独立实现，作为课堂任务，引导学生完成，这样做有两个好处：一是让学生掌握扫描与对换的实现，二是作为知识衔接，进一步训练数组作为函数参数的函数这一知识点。在这个基础上，可以引导学生，以单循环的形式实现排序算法，即在循环中反复调用扫描与对换函数，这样做，可以避开双重循环。完成了这个课堂任务，学生可以理解，排序过程，就是反复的扫描与对换的过程，这就是分解问题的典型求解方法。行至于此，教师可以引导学生，完成最终形式的非函数调用的排序算法，在单循环中用非函数调用替换函数调用（子问题的合成），在这个过程，学生在函数调用的参数传递与多重循环两个知识点在能得到强化。

基于上述分析，笔者认为，排序算法的教学过程可以这样设计：教学方法采用以课堂任务驱动与引导探究为主的方法，通过几个课堂任务为驱动，1个算法原理展示为引导环节，逐步引导学生掌握排序的算法原理，引导学生逐步实现该算法，并深刻理解程序中的关键代码，同时，作为拓展，进一步引导学生用同样的分解方法实现冒泡排序算法。

（四）教学步骤

开始讲授时，不直接讲授排序，仅仅使用课堂任务驱动与教师演示进行探索引导。

课堂任务一：实现一个函数，其功能为：给定一个整数数组，找出从头至给定位置间，值最大的元素所在的数组下标。参考实现如下：

教学环节一：引导

教师引导学生观察排序算法图示，通过教师的引导，使学生理解并掌握算法的原理。引导学生总结：教师把排序问题分解为两个子问题：

(1）从序列的开始到指定位置，扫描序列，找出最大值元素所在的位置；

(2）将上一步中得到的位置上的元素，与序列中指定位置的元素进行对换。对于一个问题的规模为len的序列，反复做len-1次扫描与对换，可完成排序。至此，教师引导学生，利用已经实现的扫描与交换两个函数，可以完成课堂任务三。

课堂任务三：利用任务一和任务二find_max与swap两个函数，实现排序算法，功能为：给定一个长度为len整数序列，利用排序对该序列进行排序，使得该序列成为一个非递减的有序序列。参考实现如下：

课堂任务四：不调用find_max和swap函数，改写任务三的selection_sort函数，实现排序算法。该任务是将排序问题的子任务（扫描与对换）进行合成，形成最终的排序算法。参考实现如下：

教学环节二：小结

(1）排序问题被分解为几个子问题？

(2）每个子问题如何解决（教师强调关键代码）。

教学环节三：拓展：

(1）如果在每一趟排序中，要求扫描的终止位置不变，而起始位置可变，又怎么实现排序？

(2）要求学生研究冒泡排序，分解该问题，进而自行实现该算法。

三、小结

至此，笔者通过四个课堂任务，一个引导环节及一个小结，完整清晰、循序渐进、由浅入深的完成了教学任务。其中课堂任务一和课堂任务二将排序问题中扫描与交换分开实现，这种分解使得问题被简化，同时，在讲解排序问题前实现扫描与交换，降低了学生实现完整程序的难度。通过引导环节，使学生通过图示，清晰明了的理解排序算法的原理。通过课堂任务三，利用函数调用的方式实现算法，避免学生陷入扫描与交换的代码细节，使得算法实现简单清晰，同时，在技术细节上，强调每一趟扫描的终止位置如何控制，扫描完成后，如何指定元素交换的位置。通上述教学环节，学生可以平滑的进行到课堂任务四，实现一个最终的排序算法。最后利用教学环节六用为拓展，强化本堂课的教学内容。