融合計(jì)算思維培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)探索

俞衛(wèi)華　鄭林濤

【摘 要】闡述了程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中培養(yǎng)計(jì)算思維的重要性，分析了程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題，提出融合計(jì)算思維培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方式，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，將計(jì)算思維融入分級(jí)教學(xué)、分組互助和任務(wù)驅(qū)動(dòng)等教學(xué)模式中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及解決問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；計(jì)算思維；教學(xué)效果

0 引言

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作為各個(gè)高校面向新生普遍開(kāi)設(shè)的一門信息類基礎(chǔ)課程，以高級(jí)編程語(yǔ)言為平臺(tái)，介紹計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的思想和方法，既為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，也有利于幫助學(xué)生理解基本計(jì)算思想和方法，培養(yǎng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的能力。該課程的教學(xué)效果無(wú)論是對(duì)學(xué)生信息素養(yǎng)的提升，還是對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)都具有極為重要的影響。

入學(xué)新生普遍沒(méi)有接受過(guò)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練，脫離以往主要依靠學(xué)校和家長(zhǎng)督促的學(xué)習(xí)環(huán)境，自主學(xué)習(xí)意識(shí)薄弱，自主學(xué)習(xí)能力較差。由于這些因素的影響，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果往往并不理想，如何提高程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力成為普遍關(guān)注的問(wèn)題。

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授（Jeannette M.Wing）在權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上撰文Computational Thinking，首次清晰系統(tǒng)明確提出了計(jì)算思維（Computational Thinking）的概念。計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1]。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象（Abstraction）和自動(dòng)化（Automation），而這兩個(gè)內(nèi)容恰好反映了計(jì)算的根本問(wèn)題，即什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行。它雖然具有計(jì)算機(jī)科學(xué)的許多特征，但是計(jì)算思維本身并不是計(jì)算機(jī)科學(xué)的專屬。計(jì)算思維代表著一種普遍的態(tài)度和一類普適的技能，每一個(gè)人都應(yīng)熱心于它的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。

計(jì)算思維概念一經(jīng)問(wèn)世，得到了國(guó)內(nèi)外科學(xué)界和教育界的廣泛關(guān)注和認(rèn)同[2-3]?！坝?jì)算思維”不是狹義的計(jì)算機(jī)編程，而是運(yùn)用計(jì)算的基本思想概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為； 如同“讀、寫、算”能力一樣， 它是所有人都應(yīng)具備的思維能力。

1 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 重視語(yǔ)言語(yǔ)法學(xué)習(xí)，忽視程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

由于程序設(shè)計(jì)由高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)描述，實(shí)際教學(xué)中容易注重語(yǔ)言語(yǔ)法的學(xué)習(xí)，忽視算法設(shè)計(jì)和程序結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。傳統(tǒng)課程評(píng)價(jià)和課程考試也偏重于語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)則的考察，背離了該課程最初的教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生往往熟悉語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則卻不能針對(duì)某個(gè)具體問(wèn)題順利編寫出基本的程序，沒(méi)有使用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的思維習(xí)慣。

1.2 上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱

程序設(shè)計(jì)課程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)是上機(jī)實(shí)踐。由于課程學(xué)時(shí)等因素的限制，學(xué)生上機(jī)調(diào)試程序的機(jī)會(huì)較少，加之重理論輕實(shí)踐的固有觀念，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中常常以看懂書上的程序?yàn)槟繕?biāo)，能夠?qū)懗龀绦虼a，卻不能順利的調(diào)試運(yùn)行程序，導(dǎo)致對(duì)課程缺乏興趣，產(chǎn)生畏難情緒。

1.3 教材和教法不能適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)的要求

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程相關(guān)的傳統(tǒng)教材往往僅專注于對(duì)編程語(yǔ)言的語(yǔ)法細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)講解，而忽視了對(duì)學(xué)生本身程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。教學(xué)方法也以滿堂灌輸式教學(xué)為主，課堂氣氛較沉悶，沒(méi)有在互動(dòng)中滲透對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)熱情。

2 融合計(jì)算思維培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)

2.1 明確學(xué)習(xí)目的

在授課之初明確課程的目標(biāo)和意義，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)不僅獲得專業(yè)知識(shí)，而且能夠提高邏輯思維能力、計(jì)算思維能力等，潛移默化中提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)其他課程的學(xué)習(xí)。其中，計(jì)算思維的培養(yǎng)將帶給學(xué)生受益終身的問(wèn)題求解能力。明確了課程目標(biāo)和學(xué)習(xí)目的，有助于學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)積極性。

2.2 分級(jí)教學(xué)，不同程度融合計(jì)算思維

由于不同學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)差異較大，所以在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)時(shí)，通過(guò)對(duì)學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和編程知識(shí)進(jìn)行摸底測(cè)試，了解學(xué)生實(shí)際情況，進(jìn)行分級(jí)教學(xué)。對(duì)于基礎(chǔ)好的學(xué)生，在完成教學(xué)大綱全部授課內(nèi)容的同時(shí)，布置其他基于計(jì)算思維案例的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以強(qiáng)化計(jì)算思維能力的培養(yǎng)；其他學(xué)生重點(diǎn)完成教學(xué)大綱內(nèi)的知識(shí)學(xué)習(xí)，強(qiáng)化問(wèn)題求解能力的培養(yǎng)。

2.3 分組互助，達(dá)到雙贏

在問(wèn)題討論和上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將不同程度的學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，遇到問(wèn)題，小組內(nèi)的學(xué)生首先進(jìn)行溝通交流，尋找解決方法，這個(gè)交流過(guò)程不僅幫助程度較弱的學(xué)生掌握了學(xué)習(xí)的方法，提高了學(xué)習(xí)效率，也有助于程度較好的學(xué)生鞏固已有知識(shí)，開(kāi)闊思路，提高學(xué)習(xí)興趣。分組互助的形式比傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)形式能更好的促進(jìn)計(jì)算思維的滲透，使學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，計(jì)算思維能力隨著實(shí)際問(wèn)題的解決也得到了提高。

2.4 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，課內(nèi)外聯(lián)動(dòng)

在課堂上布置學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生課下進(jìn)行文獻(xiàn)檢索和學(xué)習(xí)，組織學(xué)生將自學(xué)內(nèi)容總結(jié)歸納后在課堂上討論、講解。這一過(guò)程形成課內(nèi)外教學(xué)活動(dòng)的聯(lián)動(dòng)，學(xué)生不僅掌握了學(xué)習(xí)內(nèi)容，而且學(xué)會(huì)了如何根據(jù)要求來(lái)進(jìn)行資料的檢索分析和有價(jià)值信息的提取總結(jié)。這樣的方式也從一定程度上解決了程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容多、課時(shí)少的矛盾。

2.5 案例式教學(xué)滲透計(jì)算思維

計(jì)算思維與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)的結(jié)合主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先將抽象和自動(dòng)化兩個(gè)計(jì)算思維核心思想貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，其次根據(jù)所需要講授的具體知識(shí)點(diǎn)適時(shí)地引入計(jì)算思維中其他基本概念和思維方法。針對(duì)主要教學(xué)模塊和核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)以問(wèn)題引導(dǎo)反映計(jì)算思維思想的相關(guān)教學(xué)案例，使學(xué)生了解相應(yīng)教學(xué)模塊所關(guān)心的問(wèn)題和解決思路。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為普通高等院校面向大一新生普遍開(kāi)設(shè)的一門信息類基礎(chǔ)課程，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中的許多知識(shí)點(diǎn)都為計(jì)算思維提供了很好的詮釋和生動(dòng)的案例。將程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)與計(jì)算思維培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，不僅可以從計(jì)算思維的角度重新審視和組織程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的課堂教學(xué)，取得更好的教學(xué)效果；另一方面可以加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，使學(xué)生更好地應(yīng)用計(jì)算思維來(lái)解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升。

【參考文獻(xiàn)】

[1]林旺，孫洪濤.基于軟件應(yīng)用的計(jì)算思維能力培養(yǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電化教育， 2014（11）：122-127.

[2]龔沛曾，楊志強(qiáng)，朱君波，高枚.以計(jì)算思維為切入點(diǎn)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程聯(lián)動(dòng)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2015（11）：53-56.

[3]陳國(guó)良，董榮勝.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011（1）： 7-11.

[責(zé)任編輯：田吉捷]