以計(jì)算思維為導(dǎo)向的非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程創(chuàng)新教學(xué)

許麗娟 黃冬梅 王愛繼

摘要：針對非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，以學(xué)生為主體，提出建立融入計(jì)算思維理念的以專業(yè)應(yīng)用為向?qū)?、以程序設(shè)計(jì)思想為重心的“精講導(dǎo)學(xué)一小組學(xué)習(xí)多元互動一專業(yè)應(yīng)用綜合實(shí)戰(zhàn)”三維立體教學(xué)模式，探索一套以培養(yǎng)計(jì)算思維和實(shí)踐應(yīng)用能力為目標(biāo)的非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；計(jì)算思維；教學(xué)模式

0 引言

非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程不僅要為不同專業(yè)提供解決專業(yè)問題的有效方法和手段，而且要培養(yǎng)學(xué)生一種獨(dú)特的處理問題的思維方式‘”?！俺绦蛟O(shè)計(jì)”的關(guān)鍵在于運(yùn)用計(jì)算機(jī)求解問題的思維方式，即計(jì)算思維。教師要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，令學(xué)生掌握解決專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的基本方法和思維方式。

1 非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

目前，非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容仍然是主要圍繞某一種編程語言展開，只要求掌握語言的基本使用。這不僅與培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，而且存在諸多制約教學(xué)質(zhì)量提升的矛盾和問題。

非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生初學(xué)編程語言因不適應(yīng)計(jì)算機(jī)思維模式，常常會產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣不濃。目前的程序設(shè)計(jì)課程課時(shí)較少，課堂教學(xué)大多圍繞基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行，與本專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用完全脫節(jié)；另一方面，課程內(nèi)容的設(shè)置“一刀切”，沒有針對不同專業(yè)的需求作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。學(xué)牛在學(xué)習(xí)的過程中始終持懷疑態(tài)度，認(rèn)為自己專業(yè)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言沒有用，只求拿到學(xué)分。計(jì)算機(jī)專業(yè)的授課教師面向多個非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生授課，對于課程與專業(yè)領(lǐng)域的關(guān)系了解不多，一定程度上影響了教學(xué)的整體效果。

綜上所述，目前非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)在很大程度上仍然停留在狹義的語言工具的學(xué)習(xí)和掌握上，教學(xué)目標(biāo)不明確，計(jì)算思維的融入滲透甚少，導(dǎo)致學(xué)生對程序沒計(jì)課程的認(rèn)識不深，無法真正掌握程序設(shè)計(jì)的核心思想與方法，

2 基于計(jì)算思維的“三維立體”教學(xué)模式

教師應(yīng)積極推行啟發(fā)式的教學(xué)方法，強(qiáng)化和落實(shí)“以學(xué)生為主體、以應(yīng)用能力培養(yǎng)為目的”的教學(xué)理念，改變以往“理論+實(shí)驗(yàn)”的二維教學(xué)模式，建立以專業(yè)應(yīng)用為向?qū)?、以程序設(shè)計(jì)思想為重心的“精講導(dǎo)學(xué)一小組學(xué)習(xí)多元瓦動一專業(yè)應(yīng)用綜合實(shí)戰(zhàn)”的三維立體教學(xué)模式，如圖1所示。

2.1 精講導(dǎo)學(xué)

傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方式是“課堂教學(xué)+實(shí)驗(yàn)”。教師在課堂上花大量的時(shí)間講解語法結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)理論知識，課后學(xué)生再按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上寫好的程序錄入，調(diào)試通過就算完成任務(wù)。這種模式是知識輸入、學(xué)生被動接受的過程?？菰锏睦碚撝R會讓學(xué)生覺得記憶量大，又找不到規(guī)律，失去學(xué)習(xí)興趣。為了解決這一問題，教師應(yīng)該轉(zhuǎn)移教學(xué)重心，采用課堂導(dǎo)學(xué)+課外題庫練習(xí)+自測的方式完成理論知識的學(xué)習(xí)，把教學(xué)重點(diǎn)放在通過程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問題上。

教師要以實(shí)際問題的求解過程為引導(dǎo)，講解程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法；以結(jié)構(gòu)化與模塊化程序設(shè)計(jì)為核心，沿著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從簡單到復(fù)雜的主線逐步展開，側(cè)重對程序設(shè)計(jì)思想和方法、程序調(diào)試方法相關(guān)內(nèi)容的講解；鼓勵學(xué)生通過先畫流程圖和寫偽代碼描述算法更好地理解和學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，同時(shí)滲透軟件工程的思想和方法，提高學(xué)生編制程序的規(guī)范性。

教師可依據(jù)問題分析、算法設(shè)計(jì)、編程到運(yùn)行調(diào)試的完整程序開發(fā)流程，引導(dǎo)學(xué)生討論和分析問題，提出解決問題的方法和途徑；將程序設(shè)計(jì)語言的語法知識有機(jī)地結(jié)合到程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，加強(qiáng)程序設(shè)計(jì)的思維訓(xùn)練。另外，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行程序錯誤分析、測試與調(diào)試，將一些容易被忽略但又對高水平程序設(shè)計(jì)很重要的“點(diǎn)”逐一展現(xiàn)并加以解析，進(jìn)一步落實(shí)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的要求；在閱讀和調(diào)試程序的訓(xùn)練中，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識用計(jì)算機(jī)程序解決問題的模式與之前接觸的問題解決方式之間的差異，使學(xué)生在循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)的使用中養(yǎng)成運(yùn)用動態(tài)思維理解程序的習(xí)慣。

2.2 小組學(xué)習(xí)多元互動

教師要以“學(xué)習(xí)小組”為教學(xué)單元，利用多媒體教學(xué)資源和習(xí)題庫自學(xué)自測，利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境交互學(xué)習(xí)；將課堂集中輔導(dǎo)與網(wǎng)絡(luò)平臺針對性輔導(dǎo)相結(jié)合，采用小組考核評價(jià)方式；構(gòu)建完整的“小組學(xué)習(xí)”模式框架，讓學(xué)生養(yǎng)成“要學(xué)習(xí)、用網(wǎng)絡(luò)、查資料、看平臺”的學(xué)習(xí)習(xí)慣。教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的邏輯聯(lián)系，將課程內(nèi)容分成程序設(shè)計(jì)語言語法精講導(dǎo)學(xué)、程序設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練、專業(yè)應(yīng)用綜合實(shí)踐3個教學(xué)進(jìn)程，針對每一進(jìn)程引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，確定學(xué)習(xí)策略，搜集網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源。明確學(xué)習(xí)任務(wù)后，小組成員有組織、有步驟地通過“感知一內(nèi)化一升華”開展自主學(xué)習(xí)，同時(shí)定期進(jìn)行互動交流并接受課程輔導(dǎo)教師的監(jiān)督。此階段的主要目的是發(fā)揮學(xué)生主體作用，為集中面授輔導(dǎo)奠定基礎(chǔ)。

利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分工合作、交互學(xué)習(xí)是小組學(xué)習(xí)的核心。在自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，小組成員通過面對面或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的交流討論，加強(qiáng)知識理論構(gòu)建，增進(jìn)組員間的協(xié)作溝通。此階段主要是通過協(xié)作學(xué)習(xí)強(qiáng)化知識，提高協(xié)作學(xué)習(xí)能力。教師在學(xué)生完成課程基本學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上，有目的地精選案例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，提出自己的解決思路；小組間相互評價(jià)，各自重新整理和修正思路，編寫代碼并調(diào)試。各小組長負(fù)責(zé)組內(nèi)分工與合作，教師負(fù)責(zé)對各組在具體實(shí)踐中遇到的問題采用BBS、電子郵件、QQ等方式給予必要的指導(dǎo)。學(xué)生通過查閱書籍和網(wǎng)絡(luò)資料，在網(wǎng)絡(luò)平臺上開展組內(nèi)討論，咨詢請教，利用一切可利用的時(shí)間和機(jī)會獲取知識解決問題。

教師針對學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組交互學(xué)習(xí)中的共性問題進(jìn)行集中輔導(dǎo)和答疑，進(jìn)行知識重難點(diǎn)解析和作業(yè)輔導(dǎo)；同時(shí)開展經(jīng)典案例分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、調(diào)試的小組教學(xué)活動，通過學(xué)生動手、動腦、動口，培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣和積極探索精神，突出教師的導(dǎo)學(xué)功能，提高學(xué)習(xí)成效。

考核采用小組考評與個人考試相結(jié)合的模式，保留原有卷面考試成績作為個人考核成績。小組提交學(xué)習(xí)成果，輔導(dǎo)教師考核，計(jì)為小組考核成績，并組織師生評比表彰，以達(dá)到運(yùn)用評價(jià)和激勵手段促進(jìn)小組學(xué)習(xí)活動的目的。

2.3 專業(yè)應(yīng)用綜合實(shí)戰(zhàn)

提高軟件開發(fā)能力是程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的終極目標(biāo)，項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的一個關(guān)鍵支撐點(diǎn)。教師可在理論學(xué)習(xí)結(jié)束后設(shè)置綜合性專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將程序設(shè)計(jì)與專業(yè)應(yīng)用結(jié)合：將教學(xué)班分組，進(jìn)行兩周的集中實(shí)踐，按照課題的要求，與專業(yè)領(lǐng)域需求結(jié)合，完成一個小規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。學(xué)生通過實(shí)踐能更深入地理解程序設(shè)計(jì)的基本概念和基本理論，熟悉軟件開發(fā)的全過程，鍛煉和提高抽象思維能力、邏輯思維能力、創(chuàng)造思維能力和實(shí)踐能力，從而進(jìn)一步提升用程序設(shè)計(jì)語言解決實(shí)際問題的能力。

面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)語言課程的授課教師應(yīng)力求融人面向?qū)I(yè)的師資隊(duì)伍進(jìn)行專業(yè)合作和研討，建立計(jì)算機(jī)技術(shù)與各專業(yè)相結(jié)合的項(xiàng)目實(shí)踐團(tuán)隊(duì)，從專業(yè)實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)進(jìn)行探索和創(chuàng)新。現(xiàn)有的專業(yè)應(yīng)用實(shí)踐案例能直觀地告訴學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言課程的重要意義和實(shí)踐應(yīng)用，揭開程序設(shè)計(jì)語言課程的神秘面紗，使后期學(xué)習(xí)更有目的性和針對性。教師必須讓學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)掌握應(yīng)用程序開發(fā)的思想，為后續(xù)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和使用程序設(shè)計(jì)語言開發(fā)實(shí)用程序以及學(xué)習(xí)其他Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具打下基礎(chǔ)。

項(xiàng)目組可自由組合，每組3-5人。項(xiàng)目實(shí)踐過程包括項(xiàng)目調(diào)研、項(xiàng)目規(guī)劃、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)目考核4個環(huán)節(jié)，可以從教師的科研中拆分子項(xiàng)目或者由學(xué)生自己調(diào)研確定實(shí)踐課題。教師要根據(jù)課題難度和需求以及學(xué)生前期學(xué)習(xí)效果，給予針對性的指導(dǎo)。項(xiàng)目組應(yīng)由能力強(qiáng)的學(xué)生帶動能力弱的學(xué)生，每組設(shè)組長一名，負(fù)責(zé)帶領(lǐng)組員制訂項(xiàng)目規(guī)劃、撰寫需求分析文檔和設(shè)計(jì)文檔，監(jiān)督項(xiàng)目的實(shí)施過程；在代碼編寫和整合的后期，還需要進(jìn)行軟件測試及撰寫報(bào)告等。為了保證對項(xiàng)目實(shí)施過程的有效監(jiān)控，教師可從項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中抽取部分高年級的學(xué)生當(dāng)助教，協(xié)助教師進(jìn)行過程控制。項(xiàng)目考核是最后一個環(huán)節(jié)，包括項(xiàng)目的完整演示和答辯講解，說明項(xiàng)目實(shí)施過程中的難點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和心得體會。之后，對某問題可展開討論和項(xiàng)目評價(jià)，鼓勵積極討論、相互碰撞思想、相互啟發(fā)以開拓思路，這個過程充分培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力、分析和解決問題的能力。實(shí)踐引發(fā)的興趣和對問題的探究會成為深入理論學(xué)習(xí)的原動力，理論與實(shí)踐相互作用可以令學(xué)生對程序設(shè)計(jì)語言與專業(yè)應(yīng)用的交叉有初步的了解。任課教師必須在搞好實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)工作的同時(shí)，加強(qiáng)自身知識和技能的擴(kuò)展和更新，達(dá)到知識豐富、技術(shù)熟練和教學(xué)方法科學(xué)而實(shí)用的要求。

2.4 完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，提供互動交流學(xué)習(xí)平臺

網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺已經(jīng)成為課后教學(xué)很好的補(bǔ)充。所有教學(xué)過程不再局限于課堂和紙質(zhì)教材，學(xué)生可利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)課外相結(jié)合、紙質(zhì)教材與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源相互補(bǔ)充。教師還可拓展課堂的教學(xué)組織方式進(jìn)行多環(huán)節(jié)創(chuàng)新教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺主要包括語法自習(xí)自測、單元案例實(shí)訓(xùn)、專業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目、網(wǎng)絡(luò)交流平臺、作業(yè)發(fā)布和遞交、精品課程及公開課、學(xué)生優(yōu)秀作品展示七大模塊。語法學(xué)習(xí)模塊主要包括課件和習(xí)題庫，習(xí)題以選擇、填空和改錯的形式為主，是學(xué)習(xí)輔助性資料，增加了課程的信息量，并且可以讓學(xué)生自主安排時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)和總結(jié)，對疑難問題還可反復(fù)學(xué)習(xí)。單元案例實(shí)訓(xùn)模塊包括經(jīng)典案例的分析、設(shè)汁、實(shí)現(xiàn)以及實(shí)訓(xùn)的要求。網(wǎng)絡(luò)交流平臺劃為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)、單元實(shí)訓(xùn)和項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)3個子模塊，方便教師對學(xué)生進(jìn)行針對性的答疑、組織學(xué)生進(jìn)行協(xié)作式學(xué)習(xí)等，增強(qiáng)師生間的互動，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率。通過作業(yè)發(fā)布和遞交平臺，學(xué)生可隨時(shí)上網(wǎng)完成老師布置的作業(yè)，及時(shí)得到批閱結(jié)果，及時(shí)了解和修正作業(yè)中的錯誤。精品課程和公開課模塊為學(xué)生提供本門課程的開放式學(xué)習(xí)資源。學(xué)生優(yōu)秀作品展示模塊能夠增加學(xué)生的成就感，同時(shí)讓初學(xué)程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)生對課程設(shè)計(jì)的形式和要求有一個感性的認(rèn)識。

3 教學(xué)效果分析

新的教學(xué)模式在食品學(xué)院食品安全專業(yè)的3個大班進(jìn)行了實(shí)踐，參照以往集中考試的成績作了對比分析。新模式的考試通過率達(dá)到90%以上，相比傳統(tǒng)模式提高了30%；程序設(shè)計(jì)試題的平均成績由15.3分上升到30.6分。課程設(shè)計(jì)以優(yōu)、良、中、差4個等級進(jìn)行評定，對2012年與2013年的課程設(shè)計(jì)成績進(jìn)行比較，結(jié)果見表1，優(yōu)良率明顯提高。原因主要包括：①與專業(yè)相結(jié)合的項(xiàng)目實(shí)踐使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有方向，以學(xué)生為主體、課內(nèi)外相結(jié)合的自主學(xué)習(xí)模式提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動性；②與專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為課程設(shè)計(jì)提供了項(xiàng)目背景和選題的導(dǎo)引，新的實(shí)踐輔導(dǎo)機(jī)制為課程設(shè)計(jì)的過程控制提供了強(qiáng)有力的保障。

4 結(jié)語

程序設(shè)計(jì)是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的第2個層次，不僅要讓學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)語言的知識，更重要的是在實(shí)踐中逐步掌握程序設(shè)計(jì)的思想和方法，培養(yǎng)解決問題的思維習(xí)慣和能力。以學(xué)生為教學(xué)主體，將程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)與專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，在提高程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量和提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力方面取得了較好的效果。以后我們還要在課外教學(xué)過程控制和組織方面進(jìn)一步探索和實(shí)踐，以期教學(xué)的各個環(huán)節(jié)都得到有效的控制和評價(jià)。