任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法中計(jì)算思維的培養(yǎng)*

◆張敏 李軍

作者：張敏，西安翻譯學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教研室講師，主要研究方向?yàn)閳D形圖像處理和數(shù)據(jù)庫優(yōu)化；李軍，西安翻譯學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教研室工程師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（710105）。

C語言程序設(shè)計(jì)課程具有理論性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。在教學(xué)實(shí)踐中，由于學(xué)生初學(xué)計(jì)算機(jī)語言，而C語言靈活性較大，所以學(xué)生雖然能夠掌握理論知識，但是在實(shí)際操作環(huán)節(jié)比較弱，成為學(xué)生學(xué)習(xí)C語言程序設(shè)計(jì)課程的瓶頸問題。為了提高學(xué)生的實(shí)踐操作和動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，在近些年的教學(xué)中也對任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法進(jìn)行嘗試，實(shí)驗(yàn)證明，以任務(wù)驅(qū)動為導(dǎo)向的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力，增加了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生與社會接軌。

1 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的內(nèi)涵 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)的一種教學(xué)法，具有能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和合作意識等特點(diǎn)。程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和信息素養(yǎng)，因此特別適用這種教學(xué)方法。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的特征 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種探究式教學(xué)模式，旨在對學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力進(jìn)行培養(yǎng)，教學(xué)工作以完成一個具體任務(wù)為主線，教師教學(xué)過程簡單，學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)明確，方便學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握。學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí)，勢必有一種完成任務(wù)的緊迫感和學(xué)習(xí)動力，從而促使學(xué)生盡力在有限的學(xué)習(xí)時間內(nèi)完成知識的學(xué)習(xí)，并在一定理論基礎(chǔ)上完成操作任務(wù)。這樣將具體任務(wù)與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而使學(xué)生在完成任務(wù)的同時掌握教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用的有效結(jié)合。在掌握了一定知識的基礎(chǔ)上讓學(xué)生自己去解決問題，又培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問題的動手能力，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性和主動性[3]。

2 計(jì)算思維

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系周以真教授在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communications of the ACM上提出“計(jì)算思維”的概念和詳細(xì)定義。2013年，周教授在接受中國信息技術(shù)教育雜志社劉向永記者訪談時對計(jì)算思維進(jìn)一步做了詮釋，隨后國外的眾多研究者對“計(jì)算思維”進(jìn)行了積極且深入的探討和研究，這些學(xué)者涵蓋計(jì)算機(jī)教育界、社會學(xué)界以及哲學(xué)界等各個領(lǐng)域，其中也包含各種學(xué)術(shù)團(tuán)體。

基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算機(jī)綜合能力，提高大學(xué)生使用程序語言解決問題的能力，是當(dāng)今大學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心點(diǎn)之一。根據(jù)《中國高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程體系2008》的規(guī)定，高校程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)是：

1）學(xué)習(xí)問題求解的思路和方法，即算法；

2）理解計(jì)算機(jī)是如何具體實(shí)現(xiàn)算法的，即如何才能有效利用計(jì)算機(jī)編程。

因此，在程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)任務(wù)中，不僅要使學(xué)生掌握程序語言的語法規(guī)則來編寫程序，更重要的是掌握算法思想與問題求解的思路，而計(jì)算思維正是使學(xué)生掌握使用計(jì)算機(jī)科學(xué)對問題進(jìn)行求解的一種思維方法和能力。

3 在程序設(shè)計(jì)課程中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的優(yōu)勢

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法使程序設(shè)計(jì)的理論知識任務(wù)化 傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，往往注重學(xué)生理論知識的教學(xué)，但學(xué)生很難將枯燥的理論與實(shí)踐相結(jié)合。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)將學(xué)生解決具體問題的能力的培養(yǎng)作為教學(xué)重點(diǎn)，在教學(xué)過程中將理論教學(xué)的知識點(diǎn)容納在任務(wù)中，學(xué)生在完成任務(wù)前需要掌握一定的理論知識，在完成任務(wù)的過程中更深入地掌握所學(xué)理論知識，并能夠在問題的解決過程中得到很好的利用。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法促進(jìn)程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué) 國家教育部門提出引導(dǎo)一批普通本科高校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型，旨在培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才。應(yīng)用型本科具有鮮明的技術(shù)應(yīng)用性特征，需以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為核心設(shè)置課程，針對地方經(jīng)濟(jì)需要和學(xué)院特點(diǎn)，在學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的同時，還要掌握更多實(shí)踐能力。在課程教學(xué)中，除了掌握一定了理論基礎(chǔ)知識外，希望學(xué)生能得到更多“實(shí)戰(zhàn)”機(jī)會，增強(qiáng)實(shí)踐動手能力，將來更快適應(yīng)工作崗位。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在學(xué)生給出任務(wù)解決方法后，學(xué)生積極動手去完成自己的任務(wù)，從而鍛煉動手能力和實(shí)踐能力，在學(xué)習(xí)了理論知識后能夠在實(shí)踐中得到驗(yàn)證，這正契合了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維 在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中，教師的教和學(xué)生的學(xué)都以完成一個具體任務(wù)為主線。教師提出問題，以任務(wù)的形式發(fā)送給學(xué)生；學(xué)生在接收到任務(wù)后對問題進(jìn)行分析，最后得出解決問題的辦法，從而調(diào)動主動性和積極性，在問題解決中給出自己的看法，在同一個任務(wù)的不同解決方法中選擇最佳方法。多次的問題解決的嘗試，使學(xué)生具有了實(shí)際問題的解決的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維和程序設(shè)計(jì)的計(jì)算思維。

4 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在C語言程序設(shè)計(jì)課程中的實(shí)踐與應(yīng)用

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法實(shí)施步驟 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)是教師、學(xué)生、任務(wù)三者的積極互動過程。實(shí)施任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的第一步就是設(shè)計(jì)任務(wù)，這是此教學(xué)法得以實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。任務(wù)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循典型性、實(shí)踐性、針對性和系統(tǒng)性原則。而啟發(fā)引導(dǎo)工作是任務(wù)實(shí)施的關(guān)鍵，在任務(wù)實(shí)施過程中要引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生在掌握理論知識的前提下主動思考，大膽探索。最后需要教師和學(xué)生一起總結(jié)任務(wù)完成過程中的問題，采用互評和自評的方式來發(fā)現(xiàn)問題，從而提出改進(jìn)策略，使任務(wù)驅(qū)動法的效果更好地體現(xiàn)。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用

1）任務(wù)提出及涵蓋知識點(diǎn)。

問題：將n個元素的無序序列調(diào)整為有序序列（使用簡單選擇排序算法）。

知識點(diǎn)：簡單選擇排序，循環(huán)程序嵌套。

解決此任務(wù)的方式：分組討論，寫出算法思想、撰寫程序代碼。

2）任務(wù)分析及實(shí)施

任務(wù)分析：

輸入：待排序序列r[n]

功能：簡單選擇排序

輸出：升序序列r[n]

簡單選擇排序的算法思想：假設(shè)將待排序元素進(jìn)行升序排序，簡單選擇排序的基本思想是：將整個序列劃分為有序區(qū)和無序區(qū)，初始時有序區(qū)為空，無序區(qū)含有n個元素；在無序區(qū)中找到值最小的元素，將它與無序區(qū)中的第一個元素交換；不斷地重復(fù)上述過程，直到無序區(qū)只剩下一個元素。

給出一個簡單選擇排序的過程示例。

Source: (46 33 67 82 10 46 9)

Select Sort:

(9) 33 67 82 10 46 46

(9 10) 67 82 33 46 46

(9 10 33) 82 67 46 46

(9 10 33 46) 67 82 46

(9 10 33 46 46) 82 67

(9 10 33 46 46 67) 82

Result: (9 10 33 46 46 67 82)

程序代碼：由于一維數(shù)組作為參數(shù)，形參數(shù)組和實(shí)參數(shù)組共用同一段內(nèi)存單元，對形參數(shù)組的修改即是對實(shí)參數(shù)組的修改，因此為了觀察排序的結(jié)果，在調(diào)用函數(shù)SelectSort之前和之后分別輸出數(shù)組r[n]的值。程序如下：

#include

#de fine N 7

void SelectSort(int r[ ], int n);

int main()

{

int i, r[n] = {46,33,67 ,82 ,10 ,46, 9};

printf(“排序前的序列是：”);

for(i=0;i

printf(“%5d”,r[i]);

printf(“ ”);

SelectSort(r,N);

printf(“排序后的序列是：”);

for(i=0;i

printf(“%5d”,r[i]);

printf(“ ”);

return 0;

}

void SelectSort(int r[ ],int n)

{

int i, j, index, temp;

for(i=0;i

{

index=i;

for (j=i+1;j

if (r[j]

index=j;

if (index !=i)

{

temp=r[i];r[i]=r[index];r[index]=temp;

}

}

}

3）效果總結(jié)與評價。將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法運(yùn)用于程序設(shè)計(jì)課程中，學(xué)生在任務(wù)解決的過程中學(xué)習(xí)了枯燥的理論知識，學(xué)習(xí)興趣得以激發(fā)。同時，學(xué)生能將理論應(yīng)用于問題的實(shí)現(xiàn)，在鞏固理論知識的同時將其應(yīng)用于實(shí)際問題的解決中，鍛煉了實(shí)踐能力。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法對構(gòu)建教學(xué)情境、提高教學(xué)效率起到很好的作用。

5 總結(jié)

實(shí)踐證明，在向應(yīng)用技術(shù)、技能型院校轉(zhuǎn)型的驅(qū)動下，在程序設(shè)計(jì)課程中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法符合課程體系改革中注重實(shí)踐教學(xué)的要求。有效地運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，能夠使學(xué)生對理論知識更容易理解和掌握，并能將算法思想輕松地轉(zhuǎn)換成程序設(shè)計(jì)語言，提高了C語言程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)效率。同時培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和實(shí)踐能力，使學(xué)生更容易與社會接軌，從而達(dá)到應(yīng)用技術(shù)、技能型人才培養(yǎng)的要求?！?/p>

[1]李占宣.任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在數(shù)據(jù)庫教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育探索,2010,10(12):52-53.

[2]劉向永,周以真.計(jì)算思維改變信息技術(shù)課程[J].中國信息技術(shù)教育,2013(6):5-12.

[3]董榮勝.計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2009,36(4):50-52.