基于計算思維的Visual Basic程序設(shè)計課程研究

王金虹 馬斌

摘要：計算思維是目前計算機教育領(lǐng)域研究的熱點。將“計算思維”引入到VB程序設(shè)計課程教學(xué)過程中，就是以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的計算思維和計算能力為核心，弱化對程序設(shè)計語言概念的講解，強化程序設(shè)計方法和實際問題求解過程的分析。本文介紹了計算思維的基本概念，闡述了以“計算思維”為培養(yǎng)目標(biāo)的VB程序設(shè)計教學(xué)理念，并分析了計算思維在開展過程中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：計算思維;VB程序設(shè)計;課程教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）24-0245-02

一、引言

“計算思維”的培養(yǎng)是目前高校計算機教育領(lǐng)域廣泛關(guān)注的熱點?！坝嬎闼季S”不是機械式的計算機思考模式，也不是一種具體解決問題的方法，它是一種具有廣泛普適性的發(fā)散教學(xué)理念和思維方式。在2010年7月，西安召開的《九校聯(lián)盟計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》會議中也強調(diào)要把培養(yǎng)高校學(xué)生的“計算思維”能力作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，并建設(shè)更加完備的計算機基礎(chǔ)課程體系和教學(xué)內(nèi)容。因此，在計算機程序設(shè)計課程教學(xué)過程中應(yīng)用和完善“計算思維”方法，既有助于計算機程序課程教學(xué)的持續(xù)與快速發(fā)展，又有利于應(yīng)用型、復(fù)合型人才的培養(yǎng)。

“Visual Basic程序設(shè)計”課程知識點多、語法規(guī)則靈活，是大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，其教學(xué)內(nèi)容與計算思維具有相似度和一致性。將“計算思維”方法引入VB程序設(shè)計課程教學(xué)過程中，對原有的點對點式傳統(tǒng)教學(xué)方式進行了發(fā)散式擴充，不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計算機編程的興趣，提高教學(xué)效果，同時也能鍛煉學(xué)生的計算思維，并逐步養(yǎng)成用計算思維的方法來思考、解決問題的習(xí)慣。

二、計算思維

目前公認(rèn)的“計算思維”定義是周以真教授在2006年首先提出的，即計算思維是運用計算機科學(xué)的思想和方法來進行問題求解和系統(tǒng)設(shè)計以及理解人類行為的一系列思維活動。中國科學(xué)院院士陳國良教授也認(rèn)為，計算思維是振興大學(xué)計算機教育的有效途徑，能夠促使科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的創(chuàng)新成果。“計算思維”的本質(zhì)可以歸納為抽象化和自動化。其中抽象化是通過遞歸、轉(zhuǎn)換和嵌入等基本方法，將一個復(fù)雜問題轉(zhuǎn)換成簡單子問題并進行求解的過程，其表現(xiàn)形式為從現(xiàn)實世界到計算機世界的一種映射模型。與數(shù)學(xué)思維相比，計算思維是基于計算機知識的抽象，在抽象的同時還要考慮其在計算機內(nèi)部表達的操作性和可行性。自動化是按照計算機分析問題的基本模式來構(gòu)建相應(yīng)的計算機算法和運行程序，并利用計算機的強大運算能力來求解實際問題。因此計算思維是一種基于問題求解、形式規(guī)整的思維方式。在實際應(yīng)用過程中，計算思維不僅僅是計算機科學(xué)研究人員要理解的思維模式，也是每個人應(yīng)該掌握的基本技能。為便于理解，周教授又將計算思維具體分為關(guān)注分離、啟發(fā)推理、嵌入轉(zhuǎn)化、仿真、保護、冗余容錯等基本概念和思維方法，這些方法在實際工作中發(fā)揮著重要的作用。

作為一種思維活動，計算思維不是一種僵化的具體問題的解決方法，而是具有廣泛適應(yīng)性的思考方式，其主要特征有：（1）計算思維的實現(xiàn)主體是人本身，而不是計算機等電子設(shè)備。計算思維不是把人的思維固化到機械的計算機模式中，而是努力構(gòu)建求解問題的一種有效途徑，借助計算機信息系統(tǒng)來實現(xiàn)具體的操作。（2）計算思維是一種能夠進行多層次、多類別抽象的思維方法，不是具體的計算機軟件編程或硬件的機械重復(fù)。（3）計算思維與數(shù)學(xué)思維具有交叉性和互補性。計算思維的形式化表達是在數(shù)學(xué)思維基礎(chǔ)之上構(gòu)建起來的，同時在運用計算機去解決實際問題時，必須融合計算思維與數(shù)學(xué)思維進行綜合思考。

三、引入計算思維的VB程序設(shè)計教學(xué)

思維方法的培養(yǎng)比知識內(nèi)容本身更重要。在日常程序課程教學(xué)過程中，我們要通過教學(xué)方式的不斷調(diào)整來潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力和創(chuàng)新精神。VB是一種面向?qū)ο箝_發(fā)的程序設(shè)計語言，主要概念包括類、繼承、多態(tài)、封裝等，強調(diào)面向?qū)ο蟮某绦蛘Z法結(jié)構(gòu)，更強調(diào)從現(xiàn)實世界物理結(jié)構(gòu)到計算機世界邏輯結(jié)構(gòu)的抽象表達。在教學(xué)過程中，不僅要使學(xué)生掌握基本的程序語言語法規(guī)則，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維理念和基于該思維的分析問題、解決問題的綜合能力。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計圍繞現(xiàn)實世界的基本概念來組織相關(guān)模型，它強調(diào)從問題域的概念到軟件程序和界面的直接映射，更加接近人類的思維過程。因此，在實施計算思維教學(xué)過程中，教師要根據(jù)實際問題來組織教學(xué)資料，并按照學(xué)生的專業(yè)背景和基礎(chǔ)知識的掌握情況對教學(xué)內(nèi)容進行適度調(diào)整。

（一）分析課程典型案例

在VB程序設(shè)計教學(xué)過程中，我們從計算思維的角度出發(fā)，按照問題求解的一般步驟來重組課程中的典型習(xí)題案例。將問題求解提升到計算思維的高度，使學(xué)生在求解實際問題的過程中，更加深刻地領(lǐng)會、理解計算思維的本質(zhì)，即抽象化和自動化。

（二）類與對象的計算思維教學(xué)分析

類和對象是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中兩個最基本的概念，對其理解的透徹程度將直接影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果。在學(xué)生掌握了類與對象的基本概念后，我們就可以啟用計算思維教學(xué)去引導(dǎo)學(xué)生進行深入分析。教師可以分析每個事物的特征和相應(yīng)的動作，構(gòu)建其描述屬性指標(biāo)和操作方法，如圖書有書號、書名、作者、出版社、ISBN號等基本屬性，有借閱圖書、歸還圖書等基本動作。根據(jù)類的概念對不同的圖書分別進行抽象可以生成圖書類，并基于前面的分析確定類的數(shù)據(jù)成員和操作方法，用VB程序語言進行描述，將其轉(zhuǎn)化成計算機解決問題的描述元素，通過類的實例化，生成計算機世界的對象：圖書對象、圖書對象、圖書對象等，從而通過面向?qū)ο蟮姆椒▽栴}進行描述和解答。

四、實施計算思維需要注意的問題

（一）體現(xiàn)計算思維的主體

計算思維是一種思維方式，在VB程序設(shè)計教學(xué)過程中要體現(xiàn)計算思維的主體對象。學(xué)生是計算思維培養(yǎng)的思維主體，具有較強的主觀能動性;教師是計算思維的指引者，主要負(fù)責(zé)學(xué)生的思維引導(dǎo)和啟發(fā)。在教學(xué)過程中，教師需要把握好引導(dǎo)的度，既要防止學(xué)生簡單機械地重復(fù)已有的思維內(nèi)容，又要避免進行灌輸式教學(xué)，要在引導(dǎo)的同時設(shè)置好思維情境和問題，啟發(fā)學(xué)生積極主動地運用計算思維去分析問題和解決問題。

（二）實踐教學(xué)是“計算思維”培養(yǎng)的有效途徑

不斷強化理論知識的實踐教學(xué)，是加深對程序設(shè)計理解并逐步培養(yǎng)“計算思維”的最好途徑。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師應(yīng)當(dāng)通過驗證性實驗來幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識和分析方法。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，教師要多設(shè)計綜合性實驗，強調(diào)程序設(shè)計過程中算法的多樣性和解決問題的復(fù)雜性。此外，學(xué)生的思維方式具有跳躍性和多樣性。在教學(xué)過程中，教師對學(xué)生思維方式要適時引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生對問題進行多層次的分析，提升思維的靈活性和創(chuàng)造性。

（三）遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律

計算思維的培養(yǎng)目標(biāo)是在傳授知識的同時，訓(xùn)練學(xué)生基于計算機系統(tǒng)進行分析問題和解決問題的能力，是一項長期的、復(fù)雜的過程，不可能一蹴而就。因此，在VB程序課程教學(xué)過程中，不能為了計算思維而刻意強調(diào)計算思維，要遵循學(xué)生的思維認(rèn)知規(guī)律，同時有效結(jié)合其他的教學(xué)方法，如案例分析法、項目實踐法等，使學(xué)生的計算思維能力在學(xué)習(xí)知識的同時自然形成。

五、結(jié)語

VB程序設(shè)計中的許多知識點和思維方式都有很好的引導(dǎo)性和啟發(fā)性，為計算思維教學(xué)的開展提供了生動的案例。將計算思維有意識地融入到VB程序教學(xué)過程中，不僅增強了學(xué)生分析、解決問題的能力，更有利于學(xué)生用計算機學(xué)科獨特的思維方式開展創(chuàng)新思維。計算思維正在改變當(dāng)前計算機的教育理念，這就要求教師必須不斷提高自身的教學(xué)能力，研究教學(xué)方法。當(dāng)然，作為一種教學(xué)改革和教學(xué)嘗試，計算思維還需要進一步深入和完善，特別是計算思維教學(xué)如何與其他教學(xué)方法有效結(jié)合，在培養(yǎng)學(xué)生計算思維的同時，真正提高實際教學(xué)效果。

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