程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的計(jì)算思維能力培養(yǎng)

馬瑞民

摘 要：對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維訓(xùn)練中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了梳理，提出了強(qiáng)化程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中計(jì)算思維訓(xùn)練的幾點(diǎn)做法，這有利于實(shí)際進(jìn)行計(jì)算思維能力訓(xùn)練，提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì) 計(jì)算思維 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué) 能力培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（b）-0130-02

Computational Thinking Ability Training on Program Design Courses Teaching

Ma Ruimin

（College of Computer and Information Technology， Northeast Petroleum University，Daqing Heilongjiang，163318，China）

Abstract：First sorts out the problems on traditional computer basis teaching of computational thinking training，and propose some methods of intensive computational thinking training in program design course teaching，of which is beneficial to the actual computational thinking ability training， and improve the level of computer basic teaching.

Key Words：Program design；Computational thinking；Computer basic teaching；Ability training

2010年7月，九校聯(lián)盟（C9）在西安交通大學(xué)舉辦的“九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”上旗幟鮮明地提出把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[1]，這既找準(zhǔn)了非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)提升教學(xué)水平、為高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)服務(wù)的最佳路徑，也為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)提供了未來(lái)十年教學(xué)改革的方向。但是，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程在計(jì)算思維能力培養(yǎng)方面存在哪些問(wèn)題，如何利用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程強(qiáng)化對(duì)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維能力培養(yǎng)，這些是我們必須關(guān)注的主要問(wèn)題。本文以計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中最重要的程序設(shè)計(jì)課為基礎(chǔ)，談一下對(duì)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的認(rèn)識(shí)。

1 對(duì)計(jì)算思維能力的思考

計(jì)算思維最廣泛使用的概念由美國(guó)卡內(nèi)基﹒梅隆大學(xué)周以真教授提出，即計(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、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)行為的涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[2]。

計(jì)算思維的定義本身比較抽象，可以從求解問(wèn)題中的計(jì)算思維、設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的計(jì)算思維和理解人類(lèi)行為的計(jì)算思維等方面[3]進(jìn)行分析和理解。計(jì)算思維最根本的概念一個(gè)是抽象，另一個(gè)是自動(dòng)化[4]。利用計(jì)算手段求解問(wèn)題時(shí)，需要首先把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，并用數(shù)學(xué)方法表示（即抽象）；其次是建立數(shù)學(xué)模型、設(shè)計(jì)算法和編程實(shí)現(xiàn)，并在計(jì)算機(jī)中求解（即自動(dòng)化）。

九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明中，除了旗幟鮮明地把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)之外，還提出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的重要組成部分；高等學(xué)校需要進(jìn)一步確立計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)地位，加強(qiáng)隊(duì)伍和機(jī)制建設(shè)；加強(qiáng)以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的研究[1]。這就明確地回答了近年來(lái)一些高校削弱計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)地位，弱化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)以及淡化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的做法是十分不恰當(dāng)?shù)?。目前，把“?jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)不但能提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)在本科教學(xué)中的地位，也確實(shí)能提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，高等學(xué)校應(yīng)該抓好這個(gè)核心任務(wù)。

2 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)中存在的問(wèn)題

明確地提出計(jì)算思維概念的時(shí)間不長(zhǎng)，深入領(lǐng)會(huì)計(jì)算思維的定義、本質(zhì)和特征還需要一段時(shí)間，有意識(shí)地把計(jì)算思維思想能力培養(yǎng)貫穿到非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的全部過(guò)程還有許多工作可做。同時(shí)也應(yīng)看到，過(guò)去幾十年計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中或多或少地也在利用計(jì)算思維的思想進(jìn)行程序設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，不能全盤(pán)否認(rèn)或抹殺在計(jì)算思維培養(yǎng)方面已經(jīng)取得的成績(jī)，但相對(duì)而言所存在的不足也是十分明顯的。

2.1 知識(shí)性教學(xué)活動(dòng)多，明確按照計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)節(jié)少

對(duì)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的主要課程是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)以及其他與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用培養(yǎng)方面的課程。由于各方面的原因，學(xué)生往往喜歡知識(shí)性、操作性強(qiáng)的課程（例如大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)），而對(duì)程序設(shè)計(jì)課程中的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練不太喜歡，也缺乏重視，遇到問(wèn)題就回避，訓(xùn)練效果不佳。而程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程恰恰是肩負(fù)著計(jì)算思維能力培養(yǎng)的主要任務(wù)，這種不喜歡和欠重視嚴(yán)重地阻礙了計(jì)算思維思想的培養(yǎng)。

2.2 編程技巧教學(xué)活動(dòng)多，抽象過(guò)程訓(xùn)練少

即使在程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，教師也往往以程序設(shè)計(jì)的技巧訓(xùn)練為出發(fā)點(diǎn)，而對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)，特別是有目的的抽象過(guò)程的訓(xùn)練較少。常常想當(dāng)然地編寫(xiě)程序，對(duì)算法的細(xì)節(jié)分析和描述較少，在把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)而用數(shù)學(xué)方法表示的抽象過(guò)程的訓(xùn)練更少，注重的是編程實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化過(guò)程。教師有目的地引導(dǎo)學(xué)生按照計(jì)算思維思想解題的極少，學(xué)生的計(jì)算思維的形成基本上靠教學(xué)活動(dòng)中自然形成，導(dǎo)致學(xué)生不知道什么是計(jì)算思維。同時(shí)，由于早期的抽象過(guò)程缺少訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程也處于“懸空”狀態(tài)，出了問(wèn)題找不到問(wèn)題所在，更難以找到好的改正方法，達(dá)不到計(jì)算思維培養(yǎng)的目的，學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力也受到了限制。

2.3 各課程獨(dú)立成體系的多，綜合性訓(xùn)練少

我國(guó)高校大學(xué)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的設(shè)置很長(zhǎng)一段時(shí)間是按教高司【1997】155號(hào)[5]文件設(shè)置的，呈現(xiàn)以“三個(gè)層次”的總體構(gòu)架為主的課程模式。這種課程構(gòu)架決定了高等學(xué)校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程主要以大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和程序設(shè)計(jì)（各種高級(jí)語(yǔ)言）為主，再輔以其他軟硬件基礎(chǔ)課程、本專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)用軟件以及專(zhuān)業(yè)課中計(jì)算機(jī)應(yīng)用等。由于每個(gè)課程學(xué)時(shí)都是很有限的，除了本課程獨(dú)立體系內(nèi)容的介紹和訓(xùn)練以外，綜合性運(yùn)用計(jì)算機(jī)解題的訓(xùn)練極少，這與計(jì)算思維培養(yǎng)的初衷不盡一致，也導(dǎo)致了學(xué)生在專(zhuān)業(yè)課用計(jì)算機(jī)解題的能力薄弱，特別是近年在一些高校中出現(xiàn)了削減計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)的現(xiàn)象，課程的構(gòu)架及教學(xué)目標(biāo)不但未有提升，甚至偏離了或不如教高司【1997】155號(hào)文件的要求。

目前，我國(guó)高校非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的主要構(gòu)架是1+1+X模式，其中第一個(gè)1是所有學(xué)生都必須學(xué)習(xí)的公共必須課程（例如，大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)，通常簡(jiǎn)稱(chēng)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)），第二個(gè)1是各類(lèi)別專(zhuān)業(yè)不同的公共必須課（例如，理工科專(zhuān)業(yè)可以開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)），X是各專(zhuān)業(yè)根據(jù)本專(zhuān)業(yè)的需要開(kāi)設(shè)的課程[6]，當(dāng)然也可以按計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的能力結(jié)構(gòu)、知識(shí)體系與實(shí)驗(yàn)體系設(shè)置課程[7]，這兩種方案的本質(zhì)是相同的。在各學(xué)校準(zhǔn)備參加教育部組織的第一輪本科教學(xué)工作水平評(píng)估時(shí)，把各專(zhuān)業(yè)的計(jì)劃學(xué)時(shí)均壓縮到2500以下，相應(yīng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的學(xué)時(shí)也受到了一定的影響。同時(shí)，把各專(zhuān)業(yè)與計(jì)算機(jī)訓(xùn)練相關(guān)課程組織起來(lái)進(jìn)行綜合訓(xùn)練的方案較少，即使學(xué)生學(xué)習(xí)了一些具有獨(dú)立體系的各類(lèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，其綜合運(yùn)用能力訓(xùn)練少，在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中發(fā)揮的作用不一，計(jì)算思維能力沒(méi)有很好地體現(xiàn)。

3 強(qiáng)化程序設(shè)計(jì)課教學(xué)中計(jì)算思維訓(xùn)練的幾點(diǎn)做法

為了加強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算思維能力培養(yǎng)，需要在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中全方位地滲透計(jì)算思維思想，特別是要對(duì)傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行改革，并從以下幾個(gè)方面著手強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算思維能力訓(xùn)練。

3.1 將計(jì)算思維訓(xùn)練貫穿到計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)始終

相對(duì)而言，計(jì)算思維定義等具有一定的抽象性，學(xué)生對(duì)其理解具有一定的難度，運(yùn)用上更是無(wú)從下手。在教學(xué)中可以抓住計(jì)算思維的本質(zhì)—— 抽象和自動(dòng)化，在程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練的過(guò)程中，首先解決把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，并用數(shù)學(xué)方法表示（即抽象）的過(guò)程，這部分是傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中比較欠缺的，它實(shí)際上超出了程序設(shè)計(jì)課本身的范圍，是需要運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理等課程的邏輯思維知識(shí)來(lái)進(jìn)行抽象的。之后，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型、設(shè)計(jì)算法并編程序上機(jī)求解等進(jìn)行自動(dòng)化過(guò)程的訓(xùn)練，把自動(dòng)化和抽象都作為教學(xué)中重點(diǎn)的訓(xùn)練目標(biāo)。

3.2 每門(mén)課程都要有相應(yīng)的計(jì)算思維訓(xùn)練目標(biāo)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是由系列課程組成的，不能把計(jì)算思維能力培養(yǎng)的任務(wù)歸于某一門(mén)（或某幾門(mén)）課，每門(mén)課程都要設(shè)置計(jì)算思維培養(yǎng)方面的訓(xùn)練目標(biāo)。例如，在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，重點(diǎn)可以放在計(jì)算思維的基本概念的介紹以及了解常用的算法，使學(xué)生對(duì)計(jì)算思維思想有一定的感性認(rèn)識(shí)，以便于后續(xù)課中運(yùn)用計(jì)算思維思想解題；在程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課中，可以將把算法的表述及其上機(jī)的自動(dòng)化作為計(jì)算思維的訓(xùn)練目標(biāo)，同時(shí)兼顧把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題的抽象過(guò)程；在其他計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)課的計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，也要根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算思維訓(xùn)練目標(biāo)。這樣，在這些課程的教學(xué)大綱中，要明確提出計(jì)算思維訓(xùn)練的要求，使教師在操作上能按照計(jì)算思維訓(xùn)練的教學(xué)目標(biāo)組織教學(xué)，并使學(xué)生在教學(xué)中受益于計(jì)算思維訓(xùn)練過(guò)程。

3.3 增加綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)之類(lèi)課程的教學(xué)中涉及了算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)和程序自動(dòng)化等方面的內(nèi)容，由于各課程之間缺少有機(jī)的結(jié)合，使得一些內(nèi)容的講述相對(duì)重復(fù)，但效果往往不佳，既浪費(fèi)了學(xué)時(shí)也不利于計(jì)算思維訓(xùn)練。因此，可對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)大綱進(jìn)行系統(tǒng)的修訂，對(duì)其相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)的訓(xùn)練進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，通過(guò)增加綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的方法，強(qiáng)化各知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)訓(xùn)練，從而達(dá)到強(qiáng)化計(jì)算思維能力訓(xùn)練的目的，提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)水平。

3.4 采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式

可以將程序設(shè)計(jì)一課按照項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式組織案例教學(xué)，采用自頂向下、逐步求精的方法將某個(gè)大程序（例如學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)、職工工資管理系統(tǒng)等）分成若干不同層次的模塊，并將各個(gè)模塊逐步細(xì)化、求精，最終形成完整的大程序。這不但能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生較早地對(duì)程序設(shè)計(jì)概念、方法和手段的認(rèn)識(shí)，更可以通過(guò)早期分析抽象和逐步自動(dòng)化的訓(xùn)練過(guò)程，加強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

3.5 重視計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的師資隊(duì)伍和教材等建設(shè)

要想達(dá)到學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的目標(biāo)，教師是最重要的。通過(guò)培訓(xùn)、示范教學(xué)和聯(lián)合攻關(guān)教學(xué)改革課題等各種方法，使計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)師資隊(duì)伍能夠適應(yīng)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法。此外，教材建設(shè)要跟上計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的步伐和課堂教學(xué)內(nèi)容的變化，教師在具體教學(xué)實(shí)踐中雖然理論上是按教學(xué)大綱組織教學(xué)，但在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的實(shí)際操作中，往往都是以某部教材作為教學(xué)的基本內(nèi)容，教材建設(shè)的重要性十分明顯。縱觀國(guó)內(nèi)已有的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)程序設(shè)計(jì)方面課的教材中，真正地按計(jì)算思維能力培養(yǎng)組織的極少，導(dǎo)致教學(xué)中完全看教師對(duì)計(jì)算思維的理解多少、興趣如何，在計(jì)算思維訓(xùn)練方面的差異巨大，致使學(xué)生對(duì)計(jì)算思維思想掌握的程度參差不齊，難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。因此，必須在對(duì)教師進(jìn)行計(jì)算思維教學(xué)模式進(jìn)行培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，組織優(yōu)秀教師編寫(xiě)以計(jì)算思維訓(xùn)練為目的的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)系列教材，使教師在教學(xué)實(shí)踐中更好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維能力培養(yǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”是九校聯(lián)盟（C9）提出的，對(duì)高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)影響巨大，組織落實(shí)好這一任務(wù)對(duì)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提高不可或缺。但是，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中對(duì)計(jì)算思維能力的認(rèn)識(shí)、培養(yǎng)都相對(duì)淡薄，找到提高計(jì)算思維能力培養(yǎng)的好做法十分必要，這里提出的強(qiáng)化C程序設(shè)計(jì)教學(xué)中計(jì)算思維訓(xùn)練的幾點(diǎn)做法不失一種有效的實(shí)現(xiàn)途徑。只有深入地解決教師、教材、訓(xùn)練目標(biāo)和訓(xùn)練方法等問(wèn)題，才能實(shí)現(xiàn)九校聯(lián)盟（C9）提出的教學(xué)目標(biāo)，才能使計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)更好地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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