基于計算思維能力培養(yǎng)的程序設(shè)計課程教學(xué)模式

李瑞芳　王莉利　劉金月　王躍萍　時貴英

摘 要 在對計算思維、非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點以及程序設(shè)計課程教學(xué)特點研究的基礎(chǔ)上，提出了“三位一體兩重點”的程序設(shè)計課程教學(xué)模式，旨在幫助學(xué)生建立計算機(jī)問題求解意識、提高綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

關(guān)鍵詞 計算思維 程序設(shè)計 計算機(jī)基礎(chǔ)教育

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.050

Teaching Mode of Computer Programming Course Based on

Ability Training of Computational Thinking

LI Ruifang， ?WANG Lili， ?LIU Jinyue， ?WANG Yueping， ?SHI Guiying

（School of Computer & Information Technology， Northeast Petroleum University， Daqing， Heilongjiang 163318）

Abstract Based on the research of computational thinking， learning characteristics of non-computer professional students， and teaching characteristics of computer programing course， the teaching mode of "three aspects-one center-two key" is put forward， which aims to help students to establish the sense of solving problem by computer， ?improve the comprehensive application ability， ?and cultivating computational thinking of students.

Key words computational thinking; programming; computer basic education

自2006年3月，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授系統(tǒng)地闡述了計算思維的概念;2010年7月“九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會”發(fā)表聯(lián)合聲明把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)以后，計算思維得到了國內(nèi)計算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。①程序設(shè)計課程是我校非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生普遍開設(shè)的一門必修課和基礎(chǔ)課，蔣宗禮教授、龔沛曾教授、何欽銘教授和馮博琴教授一致認(rèn)為程序設(shè)計課程是計算思維能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容，對計算思維能力的培養(yǎng)具有重要作用，是典型的計算思維課程。②③④⑤因此，如何在程序設(shè)計課程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，幫助學(xué)生建立計算機(jī)問題求解意識，使程序設(shè)計課成為名副其實的傳授基本知識、提高應(yīng)用能力、培養(yǎng)計算思維的大學(xué)通識教育課程成為新形勢下亟需解決的問題。因此，筆者在對計算思維、非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點以及程序設(shè)計課程教學(xué)特點研究的基礎(chǔ)上，提出了“三位一體兩重點”的程序設(shè)計課程教學(xué)模式，全面培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

1 計算思維

計算思維最早是由麻省理工學(xué)院的Seymour Papert教授于1996年提出的，而把它提到前臺，引起人們廣泛關(guān)注的是美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授。⑥2006年3月，周以真教授在ACM會刊《Communications of the ACM》上提出了計算思維的概念。周教授認(rèn)為，計算思維是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。⑦計算思維能力是指人們運用計算思維方法進(jìn)行思考的能力，通常是通過引導(dǎo)人們學(xué)習(xí)、掌握這種思維方法，有效地將其用于問題的求解，以達(dá)到培養(yǎng)他們的計算思維能力的目的。⑧

2 “三位一體兩重點”的教學(xué)模式

在對非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和需求特點、程序設(shè)計課程的教學(xué)特點研究的基礎(chǔ)上，筆者提出“三位一體兩重點”的計算思維能力培養(yǎng)模式，即以學(xué)生為主體，著眼于算法思維和系統(tǒng)思維兩個重點，從“理論—實踐—考核”三個方面，選擇正確的教學(xué)內(nèi)容，運用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式與考核方法，將理論與實踐緊密結(jié)合培養(yǎng)非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計算思維能力。

2.1 改進(jìn)課堂教學(xué)，推進(jìn)計算思維能力的培養(yǎng)

針對以往程序設(shè)計課程中重語法、輕算法;重基礎(chǔ)、輕應(yīng)用;重統(tǒng)一要求，輕個性發(fā)展;學(xué)生機(jī)械模仿、獨立思考和靈活應(yīng)用能力差等問題，在教學(xué)過程中以計算思維中的算法思維和系統(tǒng)思維的培養(yǎng)為契機(jī)，對現(xiàn)有教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新組織和梳理。算法思維和系統(tǒng)思維是兩種重要的計算思維，是利用計算求解具體問題的兩大關(guān)鍵點。算法思維的教學(xué)重點是設(shè)計算法，設(shè)計可實現(xiàn)的算法，設(shè)計可在有限時間與空間內(nèi)執(zhí)行的算法，設(shè)計盡可能快速的算法;系統(tǒng)思維的教學(xué)重點是設(shè)計和實現(xiàn)系統(tǒng)，即系統(tǒng)的構(gòu)造。⑨在程序設(shè)計課堂教學(xué)中，強化這兩種計算思維，主要包括：

（1）在大一上學(xué)期開設(shè)的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程中，對算法的基本概念以及經(jīng)典的算法策略、算法的評價與分析進(jìn)行簡單講解，為程序設(shè)計課程中講算法奠定一定的基礎(chǔ)。

（2）在程序設(shè)計課程的初級階段，講課的重點放在分析問題和對問題進(jìn)行抽象方面。選擇一些趣味性強的貼近實際的案例，引導(dǎo)學(xué)生體會利用計算機(jī)解決問題的思路和方法，著眼于算法，采用案例法、探究法等多種授課模式，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和編程興趣。endprint

（3）在程序設(shè)計課程的后期，講解一些綜合性的應(yīng)用程序。經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)到了一些零散的基礎(chǔ)知識，但對于程序缺乏綜合性的感受，“只見樹木，不見森林”，因此，課堂上會講解一些綜合性的程序，例如VB程序設(shè)計課程可以講解記事本程序，將菜單、狀態(tài)欄、通用對話框、文件的讀寫等知識融合到一體，編寫成為一個實用的小程序;同時還可以編寫一個畫圖程序，將圖片框、Toolbar、ImageList、畫圖方法、命令按鈕、菜單等融為一體，實現(xiàn)直線、曲線、圓、矩形的動態(tài)繪制。逐步培養(yǎng)學(xué)生編寫綜合性應(yīng)用程序的能力，提高學(xué)生的系統(tǒng)思維能力。

2.2 加強實踐環(huán)節(jié)，強化計算思維能力的培養(yǎng)

充分考慮非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的認(rèn)知能力和習(xí)慣，規(guī)劃上機(jī)實踐環(huán)節(jié)的實驗流程、實驗形式和實驗內(nèi)容。題目先易后難，教師課堂導(dǎo)學(xué)和學(xué)生自主探索相結(jié)合;注重基礎(chǔ)同時培養(yǎng)興趣，必做和選做相結(jié)合，使學(xué)生通過科學(xué)的上機(jī)實踐環(huán)節(jié)，體會和理解計算機(jī)求解問題的方法和思維模式。

（1）加強學(xué)生對上機(jī)實驗重要性的認(rèn)識。程序設(shè)計課程是一門理論與實踐并重，既注重基礎(chǔ)知識又需要反復(fù)實踐的課程。在第一節(jié)理論課上，就要和學(xué)生講清楚，程序設(shè)計不是聽會的，也不是看會的，而是練會的，從而使他們認(rèn)識到上機(jī)實踐的重要性，在實踐的同時，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的計算思維能力。

（2）精心組織實驗內(nèi)容，強化計算思維。實驗內(nèi)容不僅僅是理論課堂所授知識的簡單復(fù)習(xí)，還要給學(xué)生留出創(chuàng)新的空間。所以每節(jié)實驗課安排7道實驗題目，前4道為基礎(chǔ)知識，是每個學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，旨在使學(xué)生通過實驗，加強對課堂講授內(nèi)容的鞏固與理解;后3道為具有一定難度和綜合性的題目，旨在讓基礎(chǔ)較好、能力較強的學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，學(xué)會自己分析問題，能靈活地利用所學(xué)知識解決相關(guān)問題。而且所有的題目都安排了相應(yīng)的思考題，使學(xué)生在解決既有問題的情況下，能舉一反三，解決類似的問題，達(dá)到知識的活學(xué)活用。同時，鼓勵學(xué)生探索用多種方法解決實驗題目，比較優(yōu)劣，激發(fā)學(xué)生大膽創(chuàng)新，變被動接受為主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還增加了一些學(xué)生感興趣的實際問題，比如在分支程序結(jié)構(gòu)中，安排電話費用計算問題;在循環(huán)部分，安排了信息加密、解密的實驗內(nèi)容等。

2.3 完善考核制度，促進(jìn)計算思維能力的培養(yǎng)

學(xué)習(xí)考核是檢查和評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段，考核的方式在很大程度上決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方法。為了培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力的培養(yǎng)，采取了以下措施：

（1）在期末的無紙化考試中，盡量減少對基本概念、語法細(xì)節(jié)的考核，增加對使用計算機(jī)求解問題的思維模式與方法的考核。

（2）增加對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的考核，例如增加現(xiàn)場編程求解問題、課堂問答等考核方式，在潛移默化中培養(yǎng)和提高學(xué)生的計算思維能力。

（3）增加小組作業(yè)，學(xué)生自愿分組、自主選題完成綜合性的程序。充分調(diào)動學(xué)生的主體能動性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和綜合應(yīng)用能力。

3 結(jié)語

“三位一體兩重點”的教學(xué)模式，依托學(xué)生這一主體，著眼于算法思維和系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng)，從“理論—實踐—考核”三個方面進(jìn)行改革，有利于挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)的主體能動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生體會、理解和領(lǐng)悟計算機(jī)求解問題的方法和思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。當(dāng)然，學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)不是一門課就能徹底解決的問題，因此，要不斷地總結(jié)經(jīng)驗，將有效的方法推廣到其他的計算機(jī)基礎(chǔ)課程中，真正地全面提高學(xué)生的計算思維能力。

基金項目：黑龍江省高等教育學(xué)會“十二五”高等教育科研課題（14Q066）

注釋

①②龔沛曾，楊志強.大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計算思維培養(yǎng)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（5）：51-54.

③⑧蔣宗禮.計算思維之我見[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（9）：5-10.

④ 何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)——《九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》解讀[J].中國大學(xué)教學(xué)，2010（9）：5-9.

⑤ 馮博琴.對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（9）：6-9.

⑥ 李廉.計算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（1）：7-12.

⑦ 陳玥.基于計算思維的中學(xué)信息技術(shù)教育的研究[D].揚州大學(xué)，2012.

⑨ 聶蘭順，戰(zhàn)德臣，宋巧紅.計算思維的教學(xué)內(nèi)容與方法研究——以“算法”和“系統(tǒng)”兩種問題求解的計算思維為例[J].工業(yè)和信息化教育，2013（6）：21-27.endprint