基于計(jì)算思維的C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

何雪英

摘要：C語言是一門實(shí)踐操作性非常強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是C語言教學(xué)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，是學(xué)好C語言的關(guān)鍵。本文通過分析C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，在對培養(yǎng)目標(biāo)和方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方法、考核方式等方面進(jìn)行了改革探索，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)綜合分析、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；C語言；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）27-0097-02

1 引言

C語言是國際上廣泛流行的一種通用計(jì)算機(jī)編程語言，常用來作為高校學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)技術(shù)的入門課程， 具有實(shí)踐操作性非常強(qiáng)的特點(diǎn)。這門課程除了要求學(xué)生掌握理論教學(xué)有關(guān)的知識，更重要的是通過實(shí)踐教學(xué)讓學(xué)生掌握編程的技能，真正理解程序設(shè)計(jì)的思想，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析實(shí)際問題的能力。因此，要使學(xué)生學(xué)好這門課程，在重視理論課教學(xué)的同時(shí)，必須加強(qiáng)上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)和計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，使大學(xué)生在掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能的基礎(chǔ)上，潛移默化地養(yǎng)成用計(jì)算思維方式解決專業(yè)問題的習(xí)慣[1]。

2 目前C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

2.1做不到學(xué)以致用，C語言教學(xué)的必要性受到質(zhì)疑

課程概念抽象、邏輯性強(qiáng)，采用的是一種全新的思維方式來解決問題，學(xué)生初次接觸，入門難，感覺枯燥乏味，學(xué)習(xí)興趣下降，即使學(xué)會(huì)了也大都是按課本例題照貓畫虎，根本理解不了課程的精髓--計(jì)算思維能力和分析問題解決問題能力的培養(yǎng)，因而在遇到新問題或和實(shí)際相結(jié)合的問題時(shí)，并不會(huì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維方式，去思考和解決問題，更不會(huì)將所學(xué)知識應(yīng)用到自己的專業(yè)領(lǐng)域，課程存在的必要性受到質(zhì)疑。

2.2注重語法教學(xué)，忽視計(jì)算思維和編程能力的培養(yǎng)

教師在實(shí)驗(yàn)課上多數(shù)是強(qiáng)調(diào)語法、語句的練習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)C語言過程中，也只關(guān)注語言本身，只注重語法和基本語句結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練，結(jié)果只是“記住”了語法和語句命令的格式，而忽視了對編程思想的把握和編程能力的提高，甚至于很多學(xué)生把編程當(dāng)成了打字練習(xí)，只會(huì)把書上的完整程序原封不動(dòng)地輸入電腦[2]。在遇到新問題或和實(shí)際相結(jié)合的問題時(shí)，并不會(huì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維方式，把需要解決的問題用C語言來描述和表達(dá)。而且冗繁的語法規(guī)則學(xué)起來枯燥乏味，學(xué)生漸漸就會(huì)失去學(xué)習(xí)興趣。

2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置主要立足于C語言本身的一些語法規(guī)則，為加深對各種語句、語法等細(xì)節(jié)的理解，主要以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為主，缺少綜合型和開放型實(shí)驗(yàn)。而且所有專業(yè)采用統(tǒng)一的大綱，統(tǒng)一的要求，沒有和專業(yè)相結(jié)合，更不能反映專業(yè)之間的差異。對水平較高的優(yōu)秀學(xué)生不能提供進(jìn)一步學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

2.4考核方式單一、不實(shí)用

普遍采用“一卷定終身”的單一、封閉的書面考試形式，或?qū)嶒?yàn)成績只單純地占很少的比例。而在美國，實(shí)驗(yàn)、平時(shí)測試和課堂作業(yè)占到課程總成績的70%，而期末考試成績只占總成績的30%甚至更少，這充分說明了他們是重視過程的教育，關(guān)注學(xué)生能力的培養(yǎng)，而非我們的應(yīng)試教育，這一點(diǎn)是值得我們借鑒的。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

針對以上提出的在C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的幾點(diǎn)主要問題.筆者對C語言的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革探索，并將相關(guān)內(nèi)容運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)中，都收到了良好的效果。

3.1明確以“計(jì)算思維能力”培養(yǎng)為核心培養(yǎng)目標(biāo)

計(jì)算思維教育是目前國內(nèi)外高校的研究熱點(diǎn)之一，目的是培養(yǎng)一種像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考問題的思維習(xí)慣。2006年，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真（Jeannette M.Wing）教授在國際計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communications of the ACM給出計(jì)算思維的定義：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)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(jì)，以及人類行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[3]。周教授認(rèn)為計(jì)算思維應(yīng)該成為每個(gè)人的一項(xiàng)基本技能，就像普通人都擁有“讀、寫、算”（簡稱 3R）能力一樣，而不僅僅計(jì)算機(jī)科學(xué)家具備?！按髮W(xué)計(jì)算教育振興的途徑”（CPATH）計(jì)劃在2009年申報(bào)的項(xiàng)目中提出了具體的以計(jì)算思維為核心的課程改革[4]。2010年7月，九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)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)[5]。2015 年7 月，在第四屆“計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革研討會(huì)”上，浙江大學(xué)何欽銘教授明確了以計(jì)算思維為核心的改革方向。程序設(shè)計(jì)課程的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決問題的意識、方法和能力，這一點(diǎn)和計(jì)算思維的定義是相通的，因而學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)是理解和培養(yǎng)計(jì)算思維的最好途徑[6]。高等學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新人才的一個(gè)重要內(nèi)容就是潛移默化地培養(yǎng)他們的計(jì)算思維能力。無論哪個(gè)學(xué)科，具有突出的計(jì)算思維能力都將成為新時(shí)期拔尖創(chuàng)新人才不可或缺的素質(zhì)[5]。

3.2注重計(jì)算思維能力和編程能力的培養(yǎng)

要用計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，首先要將現(xiàn)實(shí)生活中的問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能解決的問題，對于剛接觸程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)生來說需要有一個(gè)適應(yīng)過程。這就需要我們在授課過程中給學(xué)生講清楚如何將現(xiàn)實(shí)生活中的問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能解決的問題，如何構(gòu)建問題的抽象模型，重點(diǎn)探討分析問題和設(shè)計(jì)算法的思維過程。下面以典型的累加算法為例，求1+2+3+4+5+6，來說明計(jì)算機(jī)解決問題的思路。

首先我們可以先引導(dǎo)學(xué)生利用解數(shù)學(xué)題的方法求解[7]：

step1： 先求1+2，得到結(jié)果3。

step2： 將step1得到的結(jié)果3再加上3，得到結(jié)果6。

step3： 將step2得到的結(jié)果6再加上4，得到結(jié)果10。

step4： 將step3得到的結(jié)果10再加上5，得到結(jié)果15。

Step5： 將step4得到的結(jié)果15再加上6，得到結(jié)果21。這就是最后的結(jié)果。

然后給學(xué)生分析：這種算法雖然在理論上是正確的，但步驟太繁瑣，且不具有通用性。比如若求1+2+3+…+1000，則需要999步，顯然是不可取的。需要找到一種通用的解決方法。

采用計(jì)算機(jī)解決問題的方法，可以定義兩個(gè)變量，一個(gè)變量代表被加數(shù)，一個(gè)變量代表加數(shù)。因?yàn)橹恍枰詈笠徊降慕Y(jié)果和，前面所有步驟的中間和就不需要保存，因此不需要另設(shè)變量存放中間結(jié)果，而直接將每一步驟的相加和都放在被加數(shù)變量中，再借助循環(huán)結(jié)構(gòu)來求結(jié)果。今設(shè)s為被加數(shù)，i為加數(shù)，可以將算法改寫如下：

S1： 令s=0

S2： 令i=1

S3： 將s+i，中間和仍放在變量s中，可表示為s+i=>s

S4： 使i的值加1，可表示為i+1=> i

S5： 如果i小于等于6，則重新返回執(zhí)行步驟S3、S4和S5；否則，算法結(jié)束。最后得到s的值就是1+2+3+4+5+6的值。

顯然這個(gè)算法比第一種算法簡練，關(guān)鍵是還具有通用性、靈活性，可以舉一反三。例如，可以用同樣的思路方便的求出1+2+…+1000，1+3+5+7+…，甚至再復(fù)雜一些的1+1/2+1/3+…1/n，還可以將累加推廣到累乘，算法只需作很少的改動(dòng)即可。有了清晰的思路，明確的解題方法之后，只要套用C語言語法規(guī)則將解題思路轉(zhuǎn)化為C代碼即可。這就是計(jì)算機(jī)解決問題的思路和方法。因此教學(xué)過程中老師不應(yīng)該把注意力集中到C語言的諸多語法特點(diǎn)和限制上，而應(yīng)該集中到解決問題的思路上。

這樣，學(xué)生明白了計(jì)算機(jī)的特性，知道了怎樣用計(jì)算機(jī)思維去分析問題，解決問題，那么在遇到同一類問題時(shí)學(xué)生就知道如何去解決了，從而也就在不知不覺中養(yǎng)成了計(jì)算思維的習(xí)慣。

3.3優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，考慮專業(yè)差異

根據(jù)大綱要求，制訂詳細(xì)、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃。在保證能夠驗(yàn)證理論知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上，精簡驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加結(jié)合現(xiàn)實(shí)問題的設(shè)計(jì)型和拓寬學(xué)生知識面、培養(yǎng)計(jì)算思維的綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，適當(dāng)設(shè)置發(fā)揮個(gè)人特長的開放型實(shí)驗(yàn)。

每個(gè)專業(yè)對學(xué)生計(jì)算機(jī)能力的培養(yǎng)應(yīng)該是與本專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)密切結(jié)合的。在題目的具體設(shè)置過程中，和專業(yè)相聯(lián)系，并考慮專業(yè)之間的差異，編寫不同類別、不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。比如對醫(yī)學(xué)、人文、外語類等專業(yè)設(shè)置和本專業(yè)相關(guān)的一些題目，并且難度和要求稍低，而對偏重于理工科的專業(yè)，學(xué)生基礎(chǔ)稍好，對該課程的要求也較高，因而可以相應(yīng)的增加綜合型實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和難度，對優(yōu)秀的學(xué)生還可設(shè)置一定數(shù)量的開放型實(shí)驗(yàn)。

3.4 改革實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方法，采用啟發(fā)式教學(xué)

秉承“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育理念，改變“填鴨式”的灌輸，采用“啟發(fā)式”教學(xué)方法。這可以從兩個(gè)方面來體現(xiàn)。

1）針對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，首先引導(dǎo)學(xué)生分析，為什么出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，讓學(xué)生自己思考，逐步解決問題。這樣學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解就會(huì)更加深刻，學(xué)到的知識也更扎實(shí)。

2）采用不斷完善的例題實(shí)行啟發(fā)式教學(xué)。介紹新知識點(diǎn)時(shí)，在原有問題的基礎(chǔ)上增加新內(nèi)容，先讓學(xué)生嘗試用原有知識點(diǎn)解決，在原有知識遇到困難的情況下，給出新知識的解決方案，新知識點(diǎn)在問題不斷完善的過程中逐步引入，這樣知識之間就有了連貫性，新知識的引入也水到渠成，易于被學(xué)生接受。

3.5 改革考核方式，采用形成性教學(xué)評價(jià)

改變原有的“一卷定終身”的單一、封閉的書面考試形式。采用形成性教學(xué)評價(jià)，突出過程考核和編程能力的考核，增加實(shí)驗(yàn)考核的比重，制定能全面反映學(xué)生各方面能力的實(shí)驗(yàn)成績綜合評估辦法[8]。

實(shí)踐證明，重在過程的考核可以讓學(xué)生把功夫用在平時(shí)，重視實(shí)驗(yàn)課，真正理解和掌握了程序設(shè)計(jì)的思想，用來解決實(shí)際問題。而傳統(tǒng)的“死記硬背”的應(yīng)付考試的方法，即使期末獲得了很好的成績，卻不一定真正掌握了運(yùn)用這門語言解決實(shí)際問題的能力。

4 結(jié)束語

以上所述，只是筆者在多年的C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)中總結(jié)出來的一些心得和體會(huì)，實(shí)際上在改革過程中還存在很多問題，值得我們進(jìn)一步去挖掘和探討。

參考文獻(xiàn)

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[6]黃靜，高延英、楊宇姝.基于計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（5）：51-54.

[7]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第四版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[8]宋秀芹，趙志敏，曹金風(fēng).文科計(jì)算機(jī)教學(xué)的計(jì)算思維能力培養(yǎng)“落地”問題[J]. 計(jì)算機(jī)教育，2016（4）：124-126.