《C語言程序設(shè)計》課程思政教學案例(一等獎)

《C/C++語言程序設(shè)計》課程思政教學案例（一等獎）一、課程簡介《C/C++語言程序設(shè)計》是高校大學生的計算機類通識課程，是通向計算機編程語言世界的入門課程，是所有計算機技術(shù)應(yīng)用的奠基石，在培養(yǎng)學生計算思維和邏輯思維、設(shè)計算法解決專業(yè)具體問題的綜合性高級應(yīng)用人才的全局中，占有重要地位。課程遵循“以賽促學、以賽促練”的教學理念，采用線上線下混合教學模式，將課程學習與ACM協(xié)會培訓、OJ平臺排位賽訓練的多維學習空間無縫連接，旨在培養(yǎng)學生學以致用和自主學習意識、團隊協(xié)作能力、壓力下完成設(shè)計任務(wù)的挑戰(zhàn)精神，培養(yǎng)嚴謹求實、敢于創(chuàng)新的科學精神。通過系統(tǒng)學習和上機訓練，使學生掌握計算機編程和模塊設(shè)計的基本知識和技能、學會常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計方法，具備邏輯推理、數(shù)學建模、編程實現(xiàn)和計算機系統(tǒng)能力，為后續(xù)信息類課程學習和專業(yè)知識應(yīng)用提供有效工具和創(chuàng)新基礎(chǔ)。二、教學目標（一）本講的課程思政教學目標1.以“引導學生厚植愛國主義情懷”為思政目標，通過講授遞推算法求解圓周率π的應(yīng)用（教學），融入“中國故事”思政元素，古代科學家劉徽和祖沖之最早提出計算圓周率的方法，彰顯古人的聰明才智，是中華民族的驕傲，是我們民族和文化自信的源泉（思政）。2.以“引導學生培養(yǎng)奮斗精神”為思政目標，通過視頻演示古代科學家計算圓周率的割圓術(shù)過程和無限逼近思想（教學），穿插先人不為名利為科學獻身的故事，引入“奮斗精神”思政元素，永遠是我們學習的榜樣，是我們敬仰和傳承的民族精神（思政）。3.以“引導學生增長知識見識”為思政目標，通過類比和案例演示古代科學家割圓術(shù)逼近法計算圓周率和現(xiàn)代迭代算法求解圓周率（教學），切入“科技創(chuàng)新”思政點，對比體悟現(xiàn)代計算工具的優(yōu)勢（教學），鼓勵學生掌握先進的科學技術(shù)，完成“科教興國”、“民族復(fù)興”之偉大使命（思政）。4.老師在“講授”和“演示”點播后，學生上機練習，通過設(shè)置迭代次數(shù)和迭代終止精度，觀察算法的執(zhí)行時間和圓周率π的精確位數(shù)，感受古代科學家的偉大發(fā)明和現(xiàn)代計算工具的超快速度，在“感受”、“反思”和“體悟”中再次強化知識點和思政點的碰撞共鳴，形成永久的固化和記憶。（二）案例如何體現(xiàn)課程思政教學目標1.引導學生厚植愛國主義情懷，引導學生培養(yǎng)奮斗精神本節(jié)課講解的“遞推算法”，關(guān)鍵是遞推公式，首先讓同學看幾個式子：公式的共同點就是求解圓周率，引發(fā)問題：古人是如何計算圓周率的？故事資料：早在公元三世紀，魏晉時期數(shù)學家劉徽利用割圓術(shù)，用圓內(nèi)接六邊形起算，令邊數(shù)加倍，以圓內(nèi)接正3*2n邊形的面積為圓面積的近似值，再利用公式：圓周率=圓面積/半徑2

來得到圓周率π的近似值。他在著作《九章算術(shù)》中描述：割之彌細，所失彌少，割之又割，以至于不可割，則與圓合體，而無所失矣。他是中國最早明確主張用邏輯推理的方式來論證數(shù)學命題的人。劉徽的一生是為數(shù)學刻苦探求的一生。他雖然地位低下，但人格高尚，他不是沽名釣譽的庸人，而是學而不厭的偉人，他給我們中華民族留下了寶貴的財富。南北朝時期杰出的數(shù)學家、天文學家祖沖之，在著作《綴術(shù)》中，算出圓周率（π）的真值在3.1415926和3.1415927之間，相當于精確到小數(shù)第7位，簡化成3.1415926，祖沖之因此入選世界紀錄協(xié)會世界第一位將圓周率值計算到小數(shù)第7位的科學家。祖沖之還給出圓周率(π)的兩個分數(shù)形式：22/7（約率）和355/113（密率），其中密率精確到小數(shù)第7位。祖沖之對圓周率數(shù)值的精確推算值，對于中國乃至世界是一個重大貢獻，后人將“約率”用他的名字命名為“祖沖之圓周率”，簡稱“祖率”。兩位古人數(shù)學家的人格魅力和科學探索精神，為世人敬仰，更是我們民族的驕傲，是我們堅持道路自信和文化自信的源泉。2.引導學生增長知識見識古人手工計算可以將圓周率精確到小數(shù)位第7位，計算機編程求得的圓周率精度達到多少？古人采用最原始的人工計算，尚能將圓周率推算出這么高的精度，可見科學家的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。隨后演示遞推算法設(shè)計的圓周率程序，通過調(diào)整精度對比運行結(jié)果，從循環(huán)次數(shù)可知，每提高一位精度運算次數(shù)就要提高幾十倍甚至幾百倍，從中體會現(xiàn)代計算工具速度之快、計算能力之強大，從而鼓勵學生好好學習，掌握最新的計算技術(shù)，承擔偉大民族復(fù)興的重任。3.問題啟發(fā)、案例演示、線上視頻、對比分析、上機驗證，多種教學方法和教學環(huán)節(jié)，讓學生全方位多形式感悟思政元素，引發(fā)思考，產(chǎn)生共鳴公式的由來源遠流長，引出我國古代數(shù)學家計算圓周率的故事：視頻播放：一個是劉徽和他的割圓術(shù)，另一個是祖沖之和圓周率的高效計算，從中感悟我中華民族的聰明才智，上下五千年文化的璀璨光輝，引導身為中華兒女的自豪和愛國主義情懷。隨后案例演示，學生自己動手訓練：遞推算法設(shè)計的圓周率程序，通過調(diào)整精度對比運行結(jié)果，從循環(huán)次數(shù)可知，每提高一位精度運算次數(shù)就要提高幾十倍，從中體會現(xiàn)代計算工具的強大，科技就是生產(chǎn)力的力量，從而鼓勵學生好好學習，承擔偉大民族復(fù)興的重任。三、課程思政案例內(nèi)容（一）案例的引出1.線上活動觀看教學平臺教學視頻：祖沖之和圓周率。2.任務(wù)發(fā)布觀察公式，總結(jié)出公式中各項之間的關(guān)系。3.教師活動視頻中提到了劉徽和割圓術(shù)，講到祖沖之計算的圓周率，隨之將我國古代科學家計算圓周率的故事資料展現(xiàn)給同學，學習思考討論。4.學生討論劉徽有哪些人格魅力值得我們學習？祖沖之的偉大貢獻是什么？你從中有哪些感悟？多少年后才有了公式2？公示2中各項之間存在什么關(guān)系？（二）案例內(nèi)容1.授課內(nèi)容：1）什么是遞推算法？今天我們學習遞推算法，計算機程序設(shè)計中最常見的算法有枚舉法、遞推法、迭代法、遞歸法、排序和查找法，遞推算法是一種簡單的算法，即通過已知條件，利用特定關(guān)系得出中間推論，即遞推公式，然后根據(jù)公式找出下一項，直至得到結(jié)果的算法。實現(xiàn)遞推算法的關(guān)鍵是找出遞推公式，今天我們就以計算圓周率為例講解如何歸納遞推公式而完成算法設(shè)計。同學們觀察這三個公式，都是完成了一個重要常數(shù)的計算，什么常數(shù)？對，圓周率。我們不得不說說我國古人是如何計算圓周率，引出本次課程思政案例。2）播放視頻：祖沖之和圓周率3）問題討論誰是計算圓周率第一人？如何計算的？計算結(jié)果是多少？4）歸納遞推公式通過仔細觀察公式2，發(fā)現(xiàn)相鄰兩項之間具有固定關(guān)系：規(guī)律，下一項的分母是前一項分母+2，這個規(guī)律就是遞推關(guān)系。如數(shù)列：1、1/3、1/5，觀察前3個數(shù)，大家就能推斷出下面的數(shù)是1/7、1/9…，于是得到遞推項：an+1=1/an+2相鄰兩項的符號不同，通過（-1）n解決。于是得到遞推公式：5）編寫程序并運行觀察結(jié)果：遞推過程可以無限循環(huán)下去，while(fabs(a)>=1e-7);語句是循環(huán)終止條件，即極限終止或者無限逼近的終止。調(diào)整while(fabs(a)>=1e-7);語句，分別設(shè)置1e-5和1e-9，觀察π的結(jié)果和循環(huán)次數(shù)變化，通過調(diào)整精度對比運行結(jié)果，從循環(huán)次數(shù)可知，每提高一位精度運算次數(shù)就要提高幾十倍，從中體會現(xiàn)代計算工具的強大，科技就是生產(chǎn)力的力量，從而鼓勵學生好好學習，承擔偉大民族復(fù)興的重任。完成課程思政目標3和4，引導學生增長“知識見識”。2.教學活動1）案例演示數(shù)據(jù)變化、對比分析2）學生自己動手編程實現(xiàn)、結(jié)果討論循環(huán)終止條件分別為1e-5、1e-7和1e-9，π的值分別多少？循環(huán)次數(shù)分別多少？說明了什么？3）課下作業(yè)和思考課下完成公式1或公式3的遞推公式推導和程序代碼設(shè)計，同時查閱資料：當年祖沖之用了多長時間完成圓周率的計算？你的程序運行多長時間給出結(jié)果？如果手工計算，大概需要多久？3.元素融入“誰是計算圓周率第一人？”問題的導入，自然切入“中國故事”思政元素，完成“引導學生厚植愛國主義情懷”、“引導學生培養(yǎng)奮斗精神”思政目標；隨著教學內(nèi)容的深入和展開，計算圓周率方法的對比，融入“科技創(chuàng)新”思政元素，“引導學生增長知識見識”，實現(xiàn)“建功立業(yè)，報效國家”理想。四、分析講解（一）重點分析：案例與本講內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度教學案例：應(yīng)用遞推算法計算圓周率觀察計算圓周率的三個公式無論采用那個公式，都需要遞推法找出中間項，然后遞推下一項?？梢韵胂笥嬎懔糠浅?fù)雜。這些計算公式是怎么來的呢？誰是計算圓周率的第一人呢？自然想到古代數(shù)學家劉徽的割圓術(shù)和祖沖之的“祖率”，于是讓學生觀看視頻：祖沖之和圓周率，討論：古代數(shù)學家是如何計算圓周率的？引出故事:

講述割圓術(shù)和圓周率的計算進程，突出我國數(shù)學家的貢獻（二）如何達成課程思政預(yù)期目標：采取適宜的教學方法和教學模式1.教學案例與思政案例視頻互為解釋思政案例引入的視頻“祖沖之和圓周率”揭示了“誰是計算圓周率的第一人？”而教學案例“遞推算法”主要解決復(fù)雜計算問題，如圓周率π，自然引發(fā)提問：誰是計算圓周率的第一人？兩條線索由“計算圓周率”而天然交叉一起，互為啟發(fā)和解釋，思政元素自然融于知識點中。2.層層遞進的問題啟發(fā)，引出思政元素古人是如何計算圓周率的？計算結(jié)果是多少？好多疑問隨著視頻和資料的學習逐漸清晰。我國古代數(shù)學家探索研究圓周率的計算，讓同學們深刻感悟古人的科學探索精神和不為名利的人格魅力。劉徽的解題思路就是現(xiàn)在的“迭代逼近”，祖沖之是世界上第一次把圓周率精確到小數(shù)點后第七位數(shù)字的人，他的輝煌成就比歐洲至少早了1000年。他們的偉大科學創(chuàng)舉世界矚目。中華民族的偉大、上下五千年文化的瑰麗，永遠是我們的驕傲，文化自信的源泉。3.案例演示，對比討論，上機觀摩，親眼目睹計算工具的力量和古人的聰明才智和科學探索精神精度的提高是以計算時間為代價的，古