C語(yǔ)言課程教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維提升策略的研究

穆煒煒

摘 要： 在相關(guān)教育部門大力倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維的背景之下，分析C語(yǔ)言教學(xué)對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)特點(diǎn)，通過(guò)以計(jì)算思維為方法指導(dǎo)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式和拋錨式教學(xué)模式組織教學(xué)過(guò)程、整合教學(xué)內(nèi)容，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行改革。探索C語(yǔ)言課程對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維提升的教學(xué)策略，進(jìn)而改變C語(yǔ)言課程學(xué)習(xí)積極性不高、教學(xué)效果不佳的現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞： C語(yǔ)言 計(jì)算思維 提升策略

1.引言

自2006年3月美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授對(duì)“計(jì)算思維”定義以來(lái)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維和利用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的能力受到普遍關(guān)注。2010年11月，陳國(guó)良院士在第六屆大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報(bào)告論壇上正式提出將培養(yǎng)計(jì)算思維能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革的切入點(diǎn)的倡議[1]，順應(yīng)新時(shí)代對(duì)教學(xué)體系改革的呼聲。C語(yǔ)言程序課程是一門重要的，對(duì)初學(xué)者有一定難度的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程。目前大多采用以教師為主的講授法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)探究，學(xué)習(xí)者存在興趣不濃、學(xué)習(xí)效果不佳的情況。如何將計(jì)算思維培養(yǎng)融入C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)，探索教學(xué)改革策略是本文討論的重點(diǎn)問(wèn)題。

2.C語(yǔ)言教學(xué)對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)特點(diǎn)

2.1計(jì)算思維的內(nèi)涵

計(jì)算思維是一種思維過(guò)程，具備一定的計(jì)算思維，將問(wèn)題清晰、抽象地描述出來(lái)并將解決方案表示為一個(gè)信息處理流程，不僅限于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域和科學(xué)家，更應(yīng)是每個(gè)人的一項(xiàng)基本技能，就像閱讀、寫作與算術(shù)一樣。計(jì)算思維的本質(zhì)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念如約簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)化和仿真、遞歸、并行、抽象和分解等求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為[2]。

2.2C語(yǔ)言課程與計(jì)算思維的辯證關(guān)系

C語(yǔ)言是一門基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，是人和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行交流的一種工具。對(duì)于計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)C語(yǔ)言可以掌握程序設(shè)計(jì)的思想，有助于其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言學(xué)習(xí)。對(duì)于其他眾多工科類專業(yè)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，C語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程，有助于相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)。開(kāi)設(shè)C語(yǔ)言課程的目的不僅是使學(xué)習(xí)者如何使用計(jì)算機(jī)編程，而且要培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的邏輯思維和解決問(wèn)題的方式。

在C語(yǔ)言教學(xué)中，應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、探究式教學(xué)方法可以起到激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣的目的。而將計(jì)算思維運(yùn)用到教學(xué)當(dāng)中，應(yīng)用抽象、分解、約簡(jiǎn)的思想，使其和現(xiàn)代教學(xué)模式相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)并實(shí)施和評(píng)價(jià)教學(xué)活動(dòng)，能夠突破以知識(shí)為本位的培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)能力和思維方式的培養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率。

3.C語(yǔ)言教學(xué)對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)策略

3.1C語(yǔ)言課程教學(xué)情況分析

C語(yǔ)言是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)教學(xué)較關(guān)注知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的建構(gòu)主動(dòng)性不高，教學(xué)往往遵循教材順序講授各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言必然有其較煩瑣的語(yǔ)法，若教學(xué)著力點(diǎn)在于語(yǔ)法，必然造成學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中認(rèn)為C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)就是枯燥的語(yǔ)法規(guī)范，而忽視解決問(wèn)題的思路，造成“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”的現(xiàn)象[4]，久而久之學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣逐漸耗盡，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力。C語(yǔ)言教學(xué)普遍存在實(shí)踐學(xué)時(shí)不足的情況，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)后更多的是通過(guò)實(shí)踐深化知識(shí)，提高對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力，能否利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，是檢驗(yàn)教學(xué)效果和學(xué)習(xí)者的知識(shí)遷移能力的重要指標(biāo)。另外C語(yǔ)言課程的考核方式多數(shù)以終結(jié)性考試為主，考核方式較單一。

3.2以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為手段組織教學(xué)過(guò)程

計(jì)算思維最重要的就是幫助人們?cè)谡鎸?shí)情況下對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象，并解決問(wèn)題。而建構(gòu)主義教學(xué)理論認(rèn)為通過(guò)為學(xué)習(xí)者提供實(shí)踐和問(wèn)題的情境，能夠激發(fā)和加強(qiáng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，通過(guò)自主和協(xié)作學(xué)習(xí)方式完成知識(shí)構(gòu)建，并以任務(wù)完成情況檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，學(xué)習(xí)效率更高。因此，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主要手段組織教學(xué)內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維的有效方式之一[3]。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式可以分為設(shè)計(jì)任務(wù)、認(rèn)識(shí)任務(wù)、實(shí)施任務(wù)、評(píng)價(jià)任務(wù)四個(gè)階段。

在C語(yǔ)言教學(xué)中，首先根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律創(chuàng)設(shè)與學(xué)習(xí)主題相關(guān)聯(lián)的、盡可能真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，最好是與原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系。例如，在數(shù)組這一章，引入選秀比賽打分晉級(jí)的案例，學(xué)習(xí)者對(duì)這種場(chǎng)景已經(jīng)非常熟悉，如何讓編寫C程序自動(dòng)為選手評(píng)分呢？自然激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。然后以這一項(xiàng)目的解決方案為主線，設(shè)計(jì)后續(xù)認(rèn)識(shí)一維數(shù)組、一維數(shù)組的應(yīng)用、認(rèn)識(shí)二維數(shù)組、二維數(shù)組的應(yīng)用的學(xué)習(xí)任務(wù)。

二是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)，串聯(lián)學(xué)習(xí)內(nèi)容，需要教師熟悉教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況靈活應(yīng)用。例如，C語(yǔ)言中的運(yùn)算符很多，如果一次全部拋出，必然使初學(xué)者覺(jué)得枯燥，而且不知道究竟應(yīng)該將這些知識(shí)應(yīng)用在何處，教學(xué)效果差強(qiáng)人意。所以要適當(dāng)改變教學(xué)順序，在具體解決實(shí)際問(wèn)題的算法中增加相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。

三是在實(shí)施任務(wù)階段，雖然強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主體性和協(xié)作性，但是由于學(xué)習(xí)者知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)所限，對(duì)于一些較復(fù)雜的問(wèn)題依然無(wú)從下手，此時(shí)教師的作用就顯得尤為關(guān)鍵，需要運(yùn)用計(jì)算思維通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法幫助學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分析與分解，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行引導(dǎo)。例如選秀比賽評(píng)委打分從低到高進(jìn)行排列的問(wèn)題可以約簡(jiǎn)為理解數(shù)組存儲(chǔ)方式和數(shù)組排序問(wèn)題。

四是任務(wù)評(píng)價(jià)，分為總結(jié)性評(píng)價(jià)和形成性評(píng)價(jià)兩種。在評(píng)價(jià)前教師要進(jìn)行項(xiàng)目小結(jié)，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)教師評(píng)價(jià)總結(jié)和反思學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)完成任務(wù)的過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外教師設(shè)置觀察點(diǎn)，如學(xué)習(xí)態(tài)度、知識(shí)點(diǎn)掌握程度、小組間交流合作、個(gè)人表現(xiàn)等進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)。

3.2以拋錨式教學(xué)模式組織學(xué)習(xí)的路徑

拋錨式教學(xué)也稱“實(shí)例式教學(xué)”或“基于問(wèn)題的教學(xué)”。所謂“錨”是指某種問(wèn)題的情境，要求學(xué)習(xí)者到實(shí)際環(huán)境中感受和體驗(yàn)問(wèn)題，而不是聽(tīng)這種經(jīng)驗(yàn)的間接介紹和講解[5]。通過(guò)鑲嵌式教學(xué)和成員間的合作學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。拋錨式教學(xué)是使學(xué)習(xí)者學(xué)會(huì)獨(dú)立識(shí)別問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決真實(shí)問(wèn)題的十分重要的途徑。拋錨式教學(xué)可以分為創(chuàng)設(shè)情境、確定問(wèn)題、自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、效果評(píng)價(jià)幾個(gè)環(huán)節(jié)[6]。

創(chuàng)設(shè)情境的目的是使學(xué)習(xí)在和現(xiàn)實(shí)情況基本一致或相類似的情境中發(fā)生，如在字符與字符串這章，引入一個(gè)檢驗(yàn)密碼的程序，用戶有三次機(jī)會(huì)輸入正確密碼的問(wèn)題，由于前面的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)者很容易想到用循環(huán)語(yǔ)句控制輸入的次數(shù)，這是已有的知識(shí)，但輸入的密碼是一個(gè)字符串，就涉及字符串的存儲(chǔ)和比較問(wèn)題，這就平穩(wěn)地過(guò)渡到新知識(shí)點(diǎn)中，從而確立學(xué)習(xí)問(wèn)題，這是拋錨的過(guò)程。

計(jì)算思維的培養(yǎng)必然依賴于對(duì)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，而拋錨式教學(xué)特點(diǎn)之一便是由教師向?qū)W習(xí)者提供解決問(wèn)題的有關(guān)線索，而不是由教師直接告訴學(xué)習(xí)者應(yīng)當(dāng)如何解決面臨的問(wèn)題，教師通過(guò)字符數(shù)組的定義、賦值進(jìn)行相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的鏈接，建立學(xué)習(xí)支架。為學(xué)生提供常用的字符串函數(shù)列表，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)自主、協(xié)作學(xué)習(xí)方式找到需要字符串比較函數(shù)。然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，完成情境問(wèn)題的關(guān)鍵步驟可以分為相關(guān)變量的定義、判斷輸入密碼是否正確、控制密碼輸入的次數(shù)。討論結(jié)束后自主編寫程序，在效果評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)先進(jìn)行小組自評(píng)，然后由教師組織互評(píng)，特別對(duì)解決問(wèn)題的方法是否唯一進(jìn)行討論?？傊?，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)拋錨、搭建支架、討論、探究和實(shí)踐引導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，這是計(jì)算思維利用啟發(fā)式推理尋求問(wèn)題解答的過(guò)程。

4.對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的總結(jié)與評(píng)價(jià)

目前，我校C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)主要針對(duì)信息類專業(yè)開(kāi)設(shè)，通過(guò)一學(xué)期教學(xué)實(shí)踐，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度、個(gè)人表現(xiàn)、團(tuán)隊(duì)合作和課程成績(jī)等維度進(jìn)行比較，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性普遍提高，對(duì)C語(yǔ)言學(xué)習(xí)有可喜的進(jìn)步。在采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式和拋錨式教學(xué)過(guò)程中，以計(jì)算思維為方法指導(dǎo)，使自主、協(xié)作分析與探究問(wèn)題的解決方案養(yǎng)成一種習(xí)慣。

5.結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)科學(xué)并不僅提供一些技術(shù)、一些硬軟件和系統(tǒng)，還提供一種思維模式。是對(duì)所有領(lǐng)域、職業(yè)都適用的，都是能從中受益的。如何培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維將是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的工作，需要除了C語(yǔ)言課程之外的其他課程的共同培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[4]楊陽(yáng)，沈黎，楊明，等.電類大平臺(tái)下C語(yǔ)言教學(xué)與實(shí)踐探索[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，39（5）.

[5]任仲晟.計(jì)算思維與實(shí)例相結(jié)合為導(dǎo)向的C語(yǔ)言公共課教學(xué)研究[J].新課程研究，2016.9.

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