迁移学习在活跃理工科课堂中的尝试——以“C语言程序设计”课程为例_百

2021年4月

第16期

教育教学论坛

EDUCATIONANDTEACHINGFORUM

Apr.2021

No.16

迁移学习在活跃理工科课堂中的尝试

“Ｃ语言程序设计”课程为例

—以——

朱真峰，吴云鹏

河南

郑州450001）（郑州大学信息工程学院，

这种现象使得理工科教学课堂普

［

摘

要

］

与文科课程相比，理工科课程知识点的分析需要有较强的逻辑思维，不易理解和掌握。

“Ｃ语言程序设计”利用联系

遍较为沉闷，在一定程度上会影响知识的传授效果。针对这一教学实际，以信息学科中的教学为例，

对课本知识点进行深度挖掘和广度拓展，深入浅出地进行知识

的普遍性原理，尝试通过迁移学习方法，通过这两个维度的剖析，

引发学生的思考，改善知识传授和技能提升效果。

讲解，从而激发学生的学习热情，

互动教学

［关键词

］

迁移学习；知识拓展；Ｃ语言程序设计；

“视频中复杂交互集体行为识别及语义分析研究”（

62002330）［基金项目

］

2020年度国家自然科学基金青年科学基金项目

（

1980—）

博士，郑州大学信息工程学院副教授，数据挖掘及计算机视觉

［作者简介］朱真峰，男，河南南阳人，主要从事机器学习、

（

1987—）

郑州大学信息工程学院讲师

研究；吴云鹏，男，浙江兰溪人，博士，（通信作者），主要从事模式识别与数据挖

掘研究。

［中图分类号

］

G642［文献标识码

］

A［文章编号

］

1674-9324（2021）16-0149-04［收稿日期

］

2021-01-27

在授课过程中，照本宣科式的教学无疑会引

发学生的不满。对于同样是理工科出身的教师而

言，如何能够既讲解清楚理工学科相对严谨的知

这着实是一种挑战。

识体系，又能活跃课堂气氛，

教学过程是教与学的统一

[１]

。在目前的课程教学

过程中，教师如果能够在相对丰富的知识体系基

不但能够活跃课堂学

础上，对学生学习进行引导，

也能够引导学生度过积

习气氛，引发学生的思考，

极、充实的大学学习生活

[２]

。为了在一定程度上解

基于多年教学实践，本

决或者缓解上述教学问题，

迁移学习，

文探讨采用迁移学习方法的教学模式。

不管是作为机器学习方法还是人类学习知识的方

通过

法，都是一种在已有知识或者技能的基础上，

更加高效地解决当前

知识迁移，相比非迁移方法，

问题的方法

[３-６]

。

迁移学习在教学过程中也有广泛的应用。段

把医

礼祥

[７]

利用跨专业研究生熟悉的领域知识，

“机械故障诊

学领域的体检、听诊器等概念迁移到

断”课程的教学之中。马芳等

[８]

提出通过迁移学习

激发研究生的探究兴趣和创新意识，同时说明教

师也需要不断更新知识体系和提升创新能力。陈

智等

[９]

提出在翻转课堂教学中，促进正迁移，避免

学习能力和创新

负迁移，以提高学生的应用能力、

能力，等等。

本文通过丰富的实例探讨迁移学习方法在理

工科课堂教学中的应用。

“Ｃ语言程序设计”教学

一、基于知识迁移的

数学等学科的多个C语言

本节通过涉及哲学、

知识点教学实例，说明知识迁移在丰富教学内容，

活跃教学氛围中的作用和效果

[10]

。

（一）基本概念

本节主要说明编程课中的一些基础知识。例

如，变量，双目运算和标识符等。

首先需要

1.变量模型。在进行C语言编程时，

对可能使用的变量进行定义。定义变量除了自定

见名知意、量

义标识符外，还需要遵循两个原则：

体裁衣。例如，在C语言中，采用intage可以定义整

所以

型变量age，表示年龄。因为年龄是整数形式，

涉及

定义成了整型。至于年龄为何要定义成整型，

年龄一直在增加，应该定

建模的问题。只要活着，

义成浮点数更加准确。但是，多数的应用并不需要

把年龄变量简化成时

过于精确的年龄格式。所以，

-

149

-

教育教学论坛

2021年4月

间的阶梯函数，每过一年在整体上增加一岁，反而

比较方便。如果需要，可以用结构体定义出生的年

月日，从中可推算出当前年份更加准确的年龄。

看似简单的变量定义，会直接影响随后的数

据加工过程及结果。这也隐含了数据在变化过程

这涉及

中的不变性：内在连贯性或者类型一致性，

具体问题的建模。

当

2.双目运算。C语言中存在类型转换问题：

多个不同类型的数进行数学运算时，较低类型的

数据会自动转换成较高类型的数据，从而让它们

得到相应的结果。

在同一级别下参加计算，

讲解此处时，笔者会在课堂上引入一个形象

的问题：

1个橘子+1个苹果=？（1）

这样的拓展

有的同学反应会很快：两个水果！

锻炼了学生的抽象思维，同时在师生互动中活跃

对于抽象思维问题，也可

了课堂气氛。进一步地，

以再引入其他问题。例如，引导学生思考台球与

弓、弩、弹弓和枪支等的内在关系

[11]

。这能够引导

学生思考事物之间的共性，以及具体问题具体分

析等。

并

3.三类标识符。C语言中有标识符的概念，

预定义标识符和用户

分成了三类：关键字标识符、

自定义的标识符。关键字标识符在C语言系统中有

特定含义，程序设计者不得重新定义。如char，

break，sizeof等。预定义标识符有库函数和预编译

命令。如printf，include等。用户最好也不要赋予这

类标识符新的含义。否则，这些标识符会失去原有

用户自定义的标识符一般

的含义，造成编程混乱。

是编程者按照标识符的命名规则定义的一些变

量，可以根据需要随意定义和使用。

第一类可以

这三类标识符中。类似古代王朝，

不能乱用。第二类是朝中

认为是皇室成员的名字，

会带来很多

大臣的名字，最好也不要乱用。否则，

只要满足近亲忌讳

麻烦。第三类相当于普通百姓，

重名等方面的要求，使用时可以相对灵活。

（二）深层概念

例如，

本节主要说明编程中的几个重要概念。

结构化，模块化，复杂度等。

条

1.结构化程序设计。结构化编程涉及顺序、

件和循环三种基本结构。此处可从人类大脑的工

作方式或者学生生活中的做事习惯讲起。学生的

日常工作体现着以时间为顺序的做事方式。如果

从更长的

有同学来访，有些事情可能就需要调整。

时间跨度观察，做的事情总是在周而复始地向前

但知识逐渐得到积累。

推进。看似是在重复上课，

从这些生活中的例子可以看出，三种基本结构源

于生活。

顺

这看似简单的模式，在理论上已经证明：

序、选择和循环三种结构可以解决任意的结构化

编程问题

[12]

。事实上，这三种基本结构符合奥卡

（Occam’在建

姆剃刀sRazor）原理。该理论认为，

模时，如无必要，勿增实体。道家也有类似的观

点：大道至简。这条原理也可以描述为：在能解决

浓缩成四个字：

问题的前提下，方法越简单越好，

简约实用。

2.模块化与分形。结构化编程需要对问题自

顶向下，逐层分解，最终形成若干模块；每个模块

会对应一个（子）函数，这些函数在主函数的统一

调用下形成一个有机的整体，能够解决初始的编

程问题。

如果把主函数和所有被调用的子函数绘制在

每个函数由三

一起，会形成一棵调用树。一般地，

它们

部分组成：输入部分、处理部分和输出部分，

从任何一个调用树的结点

的结构大致相同。所以，

看，它的子结点形成的树和整个调用树结构相似。

相同或者相似的结构在微观上不断重复，这就是

（

fractal）分形模式。所以，可以认为模块化的编程

具有分形结构。

3.复杂度与优化问题。“C语言”或者“数据结

构”课程涉及算法时间复杂度和空间复杂度等概

对解

念。这两种复杂度存在一定的相互制约关系，

如果空间复杂度较高，

决同一个问题的多种算法，

反之，如果时间复杂度较

时间复杂度往往会较低；

针对不同的实

高，空间复杂度往往会较低。所以，

这和数学

际需求，可以对两种方案进行折中处理。

而且，问题和约束条

中带约束的最优化问题相似。

在造价不高

件一般可以相互转换。例如造桥问题，

于某项建设经费的情况下，如何建造尽可能坚固

的大桥；或者，在坚固程度不低于某种标准的情况

下，如何让造价尽可能低。还有商品出售价和销售

量之间的制约关系问题等。

（三）编程案例的深入分析

本节深入分析了几个编程实例，内容涉及哲

-

150

-

第16期

等

朱真峰，迁移学习在活跃理工科课堂中的尝试

摇

学和数学等方面的知识。

1.方程的求解。高中时有一道经典的方程问题：

ax

2

+bx+c=0.

是

x未知数。其中，a，b和c是系数，

（

2）

让学生考

任课教师把式子书写在黑板上，

虑进行编程计算时的思路或者步骤。这个方程并

所以，需要

没有说明a屹0，不能直接用韦达定理；

分情况讨论。该编程示例可以训练学生的严谨思

看问题要全面。

维能力。换言之，

另外，可以进一步引导学生注意或者思考事

物的两面性。当任课教师认为直接用不加清洗的

相信

鸡蛋看上去不卫生，却会增加人体免疫力时，

即使是内向的学生也会逐渐变得开朗，会积极地

应对学习和生活中的各种事情，更加懂得全面地

看问题的重要性。

一次性解决

2.循环结构的深意。有许多问题，

比较困难。如果通过一个多次重复计算，每次向前

推进一些，经过若干轮处理（优化）后，一般能够相

对容易地得到预期结果。这种解决问题的思路对

数据计算常常采用迭

应编程中的循环结构。例如，

代法计算开方

[13]

：

x

n+1

=

x

n

+2/x

n

2

（3）

（2）

结果。经过分析，除数的上限可以下调至

姨

n

，最

多进行

姨

n

-1次除法即可。

摇

此处可以引导学生思考其中的原因。如果需

还

要提示，可以让学生根据合数的特点进行分析。

这

可以引导学生思考：如果输入的数据就是合数，

进一

个下调的上限是否有用；输入素数时又如何。

步地，还有孪生素数的判定问题。

二、教研学相长

“C语言”上述的扩

在等专业课的教学过程中，

展教学方式也在一定程度上得到了学生的认可。

在对任课教师的教学评价环节，学生普遍会认为

会鼓励有

任课教师知识面比较广，上课比较风趣，

这本身也是

新颖想法的同学，不会轻易否定学生。

一种正能量的迁移，有助于学生身心的健康发展。

一般地，任课教师如果具备相对宽泛的知识

这种教学效

结构，会更容易达到寓教于乐的效果。

果也给教师提出了不断进修的要求，如同迁移学

习的别名：终身学习。终身学习也是工程教育专业

认证中的一项要求。要想培养出具有终身学习能

并

力的学生，任课教师首先要具备终身学习能力，

能将其贯穿于专业课程的教学实践之中。

教研成果也可以进一步拓展学生对知识理解

例如，论文

[14]

在数值计算中采用迭的深度和宽度。

代法实现开方

[13]

的基础上，采用泛化的不等式结

论，通过循环结构，实现了对实数开任意正整数次

朱真峰等

[15]

从数据库定义角度，

提出了

方的运算。

“系统化原理”课程中众多知识点的整体思维导

加深对基础

图。这些内容可以拓展学生的知识面，

培养学生的

知识的理解，充分认知数学的重要性，

全局性思维，等等。

三、结语

在“C语言”

本文采用迁移学习思想，课程中引

入与课程内容相关的丰富实例，对课本知识进行

深度和广度的拓展。这种方式能够引发学生思考，

本文结合“C

活跃课程气氛，更加有效地传授知识。

语言”课程的上述分析，在随后的教学过程中有待

进一步丰富和完善。

参考文献

［1］杨斌鑫,王希云.数据计算及应用专业的建设与实

践———信息与计算科学专业在大数据时代下的内涵式发

展［J］.教育教学论坛,2020(53):382-384.

［2］李文骞.基于OBE理念的程序设计类课程教学改革初探

式（3）把数值2的开方问题归结为简单的除法

和加法两种基本运算。对于任意的初始化的正数x

1

，

上式可以计算出后继数x

2

，进而是x

3

，x

4

，…每次迭

代把结果向前推进一点，通过几次迭代计算，式

（

3）

（3）最终会收敛到了

姨

2

。对式进行深入分

（

3）

还可以解决更复杂的

对式进行分析和扩展后，

开方问题

[14]

。

循环结构以化繁为简，小步推进的方式进行

简单

工作，可以认为是一种量变引起质变的过程。

的问题重复做，就可以获得不一样的结果。

3.素数判定算法的循环上限。通过循环进行

摇

析，我们还可以得知此式收敛的原因。进一步地，

“

C语言程序设计”素数的判定是教学中的经典案

计算除了

1例之一。一般都是从素数的定义出发，

和该数本身以外，是否存在其他可以整除的数。对

于正整数n（n＞=3），依次除以从2到n-1的所有数。

否则，

如果都除不尽，n就是素数；n是合数。

上述计算方法最多进行n-2次除法，就可得到

-

151

-

教育教学论坛

2021年4月

［J］.教育教学论坛,2020(28):288-289.

［

M］［3］王雪松,潘杰,程玉虎.知识迁移学习方法及应用.北

京:科学出版社,2016:1.

［4］YangQiang,ZhangYu,DaiWenyuan,er

Learning［M］.Cambridge:CambridgeUniversityPress,2020:

7-11.

［5］SinnoJialinPan,yonTransferLear-

ning［J］.IEEETransactionsonKnowledgeandDataEnginee-

ring(TKDE),2010(22):1345-1359.

［6］ZHUZhen-feng,ZHUXing-quan,GUOYue-fei,etal.

TransferIncrementalLearningforPatternClassification［C］.

The19thACMInternationalConferenceonInformationand

KnowledgeManagement(CIKM),2010:1709-1712.

［7］段礼祥.迁移学习在专业课程教学中的实践研究［J］.课

程教育研究,2017(46):55-56.

［8］马芳,马学.探索迁移学习促进研究生课堂教学的实践

［

J］应用.中国高等医学教育,2018(4):86-87.

［9］陈智,梁娟,谢兵.学习迁移理论在翻转课堂教学中的应

用［J］.教育现代化,2018(5):233-235.

［10］赵娜,覃科,何金花.以程序设计能力培养为核心的C语

［

J］言教学改革.教育教学论坛,2020(46):171-173.

［11］朱真峰,孙建新.台球运动中计算主球进攻方向的精确

［

J］模型及实用方法.河南师范大学学报,2014(42):172-174.

［

J］［12］唐稚松.论指令系统的递归性.数学学报,1965(15):

842-860.

［13］［美］ScheidFrancis,罗亮生,包雪英.数值分析(2版［)M］.

王国英,译.北京:科学出版社,2002:1.

［

J］［14］朱真峰.迭代算法的可行性及实用性.郑州师范教

育,2015(4):23-25.

［15］朱真峰,田侦.基于思维导图的数据库原理课程总体认

［

J］知分析.计算机教育,2020(4):92-97.

RoleofTransferLearninginActivatingScienceandEngineeringClassroomTeaching:TakingC

LanguageProgrammingCourseasanExample

ZHUZhen-feng,WUYun-peng

(SchoolofInformationEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou,Henan450001,China)

Abstract:Comparedwithliberalartcourses,understandingknowledgepointsinscienceandengineering

coursesrequiresstronglogicalthinking,enomenon

makestheteachingatmosphereofscienceandengineeringcoursesdullandreducestheeffectofteachingtosome

oftheteachingpractice,takingtheCLanguageProgrammingcourseoftheinformationdisciplineas

anexample,andinspiredbytheprincipleofuniversalconnectivity,thispaperattemptstoexpandthedepthand

htheanalysisofthesetwodi-

mensions,wetrytoexplainprofoundtheoriesinsimplelanguage,soastostimulatestudents'enthusiasmforlearn-

ing,arousestudents'thinking,andimprovetheknowledgeimpartingandskillsimprovementeffect.

Keywords:transferlearning;expansionofknowledge;CLanguageProgramming;interactiveteaching

-

152

-