以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)研究

肖卓宇　黎妍　葉嘉笑

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式下學(xué)生實(shí)踐能力較弱的問(wèn)題，以計(jì)算思維為導(dǎo)向，研究分析了現(xiàn)階段大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)存在的主要問(wèn)題，提出了基于計(jì)算思維的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課程及考核方式的改革。事實(shí)證明，改革有助于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及實(shí)踐能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果顯著提高。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；計(jì)算思維能力；教學(xué)改革；創(chuàng)新意識(shí)；實(shí)施方案

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-8228（2017）01-79-03

0.引言

獨(dú)立學(xué)院是由普通本科高校（母體單位）與社會(huì)力量（投資集團(tuán)）合作辦的主要進(jìn)行本科層次教育的高等教育機(jī)構(gòu)，是近年來(lái)隨著我國(guó)高等教育規(guī)模擴(kuò)展和教育體制改革出現(xiàn)的新事物。獨(dú)立學(xué)院應(yīng)具有獨(dú)立法人資格和獨(dú)立的校園校舍，獨(dú)立進(jìn)行教學(xué)和財(cái)產(chǎn)管理、招生和頒發(fā)畢業(yè)證書?，F(xiàn)有獨(dú)立學(xué)院的招生規(guī)模都較大，像中南林業(yè)科技大學(xué)涉外學(xué)院這樣人數(shù)過(guò)萬(wàn)的獨(dú)立學(xué)院已不勝枚舉。但如何提升獨(dú)立學(xué)院IT類相關(guān)專業(yè)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力，同時(shí)突出獨(dú)立學(xué)院的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)能力，是整個(gè)教育學(xué)界，更是獨(dú)立學(xué)院本身要考慮的重要問(wèn)題。

美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授提出，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(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)，計(jì)算思維吸取了問(wèn)題解決所采用的一般數(shù)學(xué)思維方法。計(jì)算思維集科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)思維及理論思維為一體常用于對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解。獨(dú)立學(xué)院IT類相關(guān)專業(yè)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力應(yīng)涉及計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)及分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力和系統(tǒng)分析開(kāi)發(fā)能力。因此，從抽象理論與實(shí)際應(yīng)用層面處理好計(jì)算思維能力與實(shí)踐能力的關(guān)系，有助于培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)院大學(xué)生計(jì)算思維能力，同時(shí)也加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。因此以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)方式改革是有意義的。

1.現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

筆者通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)本院近5年來(lái)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生高考，入學(xué)成績(jī)普遍低于一本150分左右，并且數(shù)學(xué)與英語(yǔ)成績(jī)同時(shí)達(dá)到90分的學(xué)生比率低于35%，說(shuō)明學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱。同時(shí)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生作為不夠成熟的群體，自主能動(dòng)性不強(qiáng)，導(dǎo)致極易受到外界環(huán)境的影響。此外學(xué)生對(duì)未來(lái)的憧憬比較模糊，隨意性比較大，做事情常常缺乏持之以恒的決心。

1.2教學(xué)方式單一化問(wèn)題

傳統(tǒng)教學(xué)方式中任課老師側(cè)重“教”，而學(xué)生只管“學(xué)”，這樣單一的“灌輸式”教學(xué)不利于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極創(chuàng)新，學(xué)生也很難由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)學(xué)習(xí)。如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程，一部分學(xué)生考試分?jǐn)?shù)較高，而實(shí)際上機(jī)實(shí)踐操作效果欠佳。如兩個(gè)字符串合并操作的編程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，超過(guò)七成的學(xué)生只考慮到了一種情形，即字符串2將連接在字符串1的后面，而“截?cái)唷笨赡軐?dǎo)致的另外兩種情形皆被忽略。事實(shí)上更多學(xué)生處于一種知其然而不知其所以然的尷尬境地。

1.3較難從計(jì)算思維的角度看待課程的連續(xù)性

獨(dú)立學(xué)院學(xué)生較難以聯(lián)系的觀點(diǎn)看待專業(yè)課程學(xué)習(xí)，部分學(xué)生有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)渴望，尤其對(duì)于一些能夠“立竿見(jiàn)影”的課程，如c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、JAvA語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等，但對(duì)其后置課程如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析與設(shè)計(jì)等明顯感覺(jué)無(wú)法駕馭，究其原因發(fā)現(xiàn)大部分獨(dú)立學(xué)院學(xué)生單純關(guān)注程序語(yǔ)法及規(guī)范，而不能以計(jì)算思維為導(dǎo)向用聯(lián)系觀點(diǎn)看待復(fù)雜問(wèn)題的求解，故很難綜合應(yīng)用如分治法、回溯法、貪婪算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法等技巧對(duì)復(fù)雜問(wèn)題逐步求解，逐步求精。

2.以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教學(xué)改革

本研究先前工作已針對(duì)獨(dú)立學(xué)院數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行了初步的改革，取得了一定的成果，但由于缺乏對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的引導(dǎo)，仍然存在較多不足之處。此后課題組嘗試通過(guò)對(duì)參與軟件設(shè)計(jì)大賽的學(xué)生引入計(jì)算思維，通過(guò)對(duì)近幾屆學(xué)生實(shí)施的情況來(lái)看，取得了較好的效果。學(xué)院學(xué)生近些年獲得全國(guó)大賽一等獎(jiǎng)1次，二等級(jí)1次，湖南省軟件設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)1次，三等獎(jiǎng)多次。于是課題組嘗試把以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)生程序能力培養(yǎng)方式擴(kuò)大到整個(gè)學(xué)院的IT類相關(guān)專業(yè)。

2.1以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教學(xué)方式與教學(xué)內(nèi)容改革

單純以老師“教”與學(xué)生“學(xué)”的傳統(tǒng)方式的弊端顯而易見(jiàn)，為了培養(yǎng)符合社會(huì)、企業(yè)要求的應(yīng)用型本科畢業(yè)生，以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教學(xué)方式改革已刻不容緩。以課程軟件工程為例，該課程涉及軟件項(xiàng)目的管理與技術(shù)。筆者調(diào)查以往三屆學(xué)生對(duì)軟件工程這門課程的學(xué)習(xí)情況，得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1，三屆學(xué)生中的大部分對(duì)軟件工程課程的認(rèn)識(shí)持負(fù)面態(tài)度。

以計(jì)算思維為導(dǎo)向的軟件工程教學(xué)改革以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)一個(gè)具體的例子貫穿整個(gè)課程。表2將項(xiàng)目分為分析、設(shè)計(jì)、程序三個(gè)階段，并依次描述了整個(gè)項(xiàng)目計(jì)算思維能力與軟件工程課程知識(shí)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此可見(jiàn)，以計(jì)算思維為導(dǎo)向的課程學(xué)習(xí)方式能讓學(xué)生以聯(lián)系的觀點(diǎn)看待所學(xué)課程，并激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到培養(yǎng)合格人才的目的。

2.2以計(jì)算思維為導(dǎo)向教學(xué)課程的改革

傳統(tǒng)教學(xué)方式重理論課，而實(shí)踐課程學(xué)習(xí)較少，此外，一些教學(xué)大綱中陳舊或與市場(chǎng)需求嚴(yán)重脫節(jié)的課程將予以調(diào)整，為此系部以計(jì)算思維為導(dǎo)向?qū)T類相關(guān)專業(yè)課程進(jìn)行了調(diào)整，目前已經(jīng)修訂了教學(xué)大綱六稿，而主要課程類別所占課時(shí)比率見(jiàn)表3。與以往相比，此次課程改革以學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向、調(diào)整優(yōu)化了實(shí)踐課程、豐富了選修課程、教學(xué)上融入了翻轉(zhuǎn)課堂與慕課等方式。此外，積極引導(dǎo)學(xué)生參與計(jì)算機(jī)相關(guān)的考證，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參與湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新型實(shí)踐項(xiàng)目，參與指導(dǎo)老師縱向與橫向課題的研發(fā)。

2.3以計(jì)算思維為導(dǎo)向的考核方式改革

傳統(tǒng)考核主要是期末考試筆試成績(jī)+平時(shí)成績(jī)，這樣的方式將導(dǎo)致一些應(yīng)用性較強(qiáng)的課程教學(xué)效果不佳，很多學(xué)生可能直接復(fù)制他人成果。目前學(xué)院一個(gè)教學(xué)班級(jí)的學(xué)生人數(shù)超過(guò)百人，教師在上課、作業(yè)檢查及上機(jī)考核等方面都感覺(jué)力不從心。為此課程考核改革采用多元化方式，主要方式包括：（1）筆試；（2）上機(jī)測(cè)試；（3）論文；（4）項(xiàng)目成果。表4中課程類型包括選修課、必修課及慕課，每門課程的方式各不相同，如慕課中設(shè)計(jì)模式這門課程的考核包括上機(jī)測(cè)試、論文、項(xiàng)目成果三部分。在學(xué)生通過(guò)慕課學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式課程后，指導(dǎo)老師再對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題進(jìn)行解答，此外教師對(duì)學(xué)生項(xiàng)目成果進(jìn)行評(píng)定，并以計(jì)算思維為導(dǎo)向?qū)Σ糠帜芰^強(qiáng)的學(xué)生給予進(jìn)一步引導(dǎo)，課程改革取得了較好的成效，目前相關(guān)成果被EI期刊錄用2篇，已發(fā)表的成果見(jiàn)文獻(xiàn)。

為保證項(xiàng)目成果的原創(chuàng)性，項(xiàng)目成果考核的方式需要在多媒體教室展示，而評(píng)分方式涉及自評(píng)、各項(xiàng)目組互評(píng)、指導(dǎo)老師評(píng)分，回答問(wèn)題評(píng)分，依次所占比率為20%、20%、30%、30%。在項(xiàng)目成果展示結(jié)束后，指導(dǎo)老師與不同項(xiàng)目組成員將對(duì)每個(gè)完成的項(xiàng)目成果提出3個(gè)問(wèn)題，每個(gè)問(wèn)題各占10%，這樣的多元化考核方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，不再局限于為了完成作業(yè)而被動(dòng)的學(xué)習(xí)，從而提高了學(xué)習(xí)的效率。

3.結(jié)束語(yǔ)

本研究對(duì)學(xué)院現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力弱的原因進(jìn)行了分析，側(cè)重關(guān)注教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課程及考核方式等方面存在的問(wèn)題。通過(guò)以計(jì)算機(jī)思維為導(dǎo)向的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力改革，使得學(xué)生學(xué)習(xí)積極性更高，學(xué)習(xí)方式更主動(dòng)，改革取得了較好的成效。但也要清楚認(rèn)識(shí)到，目前取得的成績(jī)只是一個(gè)好的開(kāi)始，后續(xù)課題組將對(duì)以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)問(wèn)題進(jìn)行不斷的研究探索與改革實(shí)踐，力爭(zhēng)讓大學(xué)生計(jì)算思維能力與程序設(shè)計(jì)知識(shí)的融合達(dá)到一個(gè)新的高度，并將學(xué)院的改革經(jīng)驗(yàn)推廣到兄弟院校，從而為培養(yǎng)符合市場(chǎng)需求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。