基于計(jì)算思維的C程序設(shè)計(jì)公共基礎(chǔ)課程

姜薇+楊文嘉

摘要：計(jì)算思維能力培養(yǎng)是高校計(jì)算機(jī)教育的重要任務(wù)。本文針對(duì)高校程序設(shè)計(jì)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的問題，提出基于計(jì)算思維的C程序設(shè)計(jì)公共基礎(chǔ)課程教學(xué)改革方案，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面的改革進(jìn)行了探討。

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

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）34-0260-02

C程序設(shè)計(jì)課程是高校計(jì)算機(jī)教育公共基礎(chǔ)課程之一。對(duì)高校大學(xué)生來說，它不僅是語言技能的培養(yǎng)，更重要的是對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性思維的信息素質(zhì)培養(yǎng)過程，也就是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)問題求解的思維方式，即計(jì)算思維能力。程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)有兩個(gè)重要方面：算法學(xué)習(xí)和編程實(shí)現(xiàn)。算法學(xué)習(xí)即學(xué)習(xí)問題求解的方法；編程實(shí)現(xiàn)是利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)算法，即理解計(jì)算機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)算法的。C程序設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)教育的公共基礎(chǔ)課程，應(yīng)使學(xué)生在掌握C語言語法知識(shí)基礎(chǔ)上，掌握問題求解的算法和實(shí)現(xiàn)算法的具體過程，具備運(yùn)用C語言編寫程序和解決問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)習(xí)慣、科學(xué)的思維能力及較強(qiáng)的動(dòng)手能力，這些都需要通過強(qiáng)化計(jì)算思維訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)?；谟?jì)算思維的C程序設(shè)計(jì)課程目標(biāo)就是要在教會(huì)學(xué)生計(jì)算機(jī)編程的同時(shí)，培養(yǎng)計(jì)算思維能力和解決實(shí)際問題的能力。

一、計(jì)算思維

計(jì)算思維、邏輯思維、實(shí)證思維是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的三種基本科學(xué)思維方式。邏輯思維又稱理論思維，它以推理和演繹為特征，以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表。實(shí)證思維又稱經(jīng)驗(yàn)思維，以觀察和實(shí)驗(yàn)獲取自然規(guī)律為特征，以物理學(xué)科為代表。計(jì)算思維又稱構(gòu)造思維，它以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表，通過算法過程的設(shè)計(jì)與實(shí)施解決問題。計(jì)算思維的概念是由美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在2006年提出的。周以真教授認(rèn)為，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)、理解人類行為等一系列思維活動(dòng)。

二、C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀和改革必要性

目前高校程序設(shè)計(jì)課程一般采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，即按照先介紹該語言數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算符、表達(dá)式，然后再介紹其語法規(guī)則，講解例題，最后布置作業(yè)的模式來組織教學(xué)。這種以教師為中心的灌輸式教學(xué)模式能較好地保證知識(shí)的系統(tǒng)性，但因知識(shí)枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性受到影響，在一定程度上束縛了學(xué)生思維的發(fā)展，學(xué)生實(shí)踐能力不足，綜合分析能力及創(chuàng)新能力薄弱，難以滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的要求。近年來，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)已經(jīng)成為高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的目標(biāo)。教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)提出了“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求”，明確了以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革方向，目的是通過梳理核心知識(shí)體系，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，將計(jì)算思維培養(yǎng)建立在知識(shí)理解和應(yīng)用能力培養(yǎng)基礎(chǔ)上[1]，以提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。由于多年來我校的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容主要以講授C語言的語法規(guī)則為主，學(xué)生的計(jì)算思維能力普遍欠缺。因此，急需將C語言的編程基礎(chǔ)和計(jì)算思維的培養(yǎng)結(jié)合起來，對(duì)C程序設(shè)計(jì)公共基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)改革，以提高我校程序設(shè)計(jì)語言公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力、計(jì)算思維能力及應(yīng)用創(chuàng)新能力。

三、基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

基于計(jì)算思維的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的重點(diǎn)在于突出算法設(shè)計(jì)和計(jì)算思維培養(yǎng)。因此，在教學(xué)過程中，我們圍繞計(jì)算思維的培養(yǎng)對(duì)該課程的教學(xué)體系進(jìn)行重新審視和定位，改革課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等，構(gòu)建基于計(jì)算思維的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系，將計(jì)算思維貫穿課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新活動(dòng)、課程考核等教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，變知識(shí)的教學(xué)為思維的培養(yǎng)。

1.教學(xué)內(nèi)容改革。程序設(shè)計(jì)課程中的許多知識(shí)為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了很好的詮釋和生動(dòng)的案例，體現(xiàn)了許多計(jì)算思維的核心思想，例如利用循環(huán)迭代求解、遞歸問題求解、利用函數(shù)模塊化求解等，這些思想與方法有助于學(xué)生更加深刻地理解計(jì)算思維的本質(zhì)和計(jì)算機(jī)求解問題的過程，因此程序設(shè)計(jì)課程是最適合培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的課程。C語言具有知識(shí)點(diǎn)多、概念復(fù)雜、規(guī)則繁多、使用靈活、自由度大、抽象度深等特點(diǎn)，而計(jì)算思維又涉及計(jì)算機(jī)語言的編程思路和基本方法，特別是對(duì)問題進(jìn)行符合邏輯的科學(xué)分析，抽象到數(shù)學(xué)層次上，并進(jìn)行算法設(shè)計(jì)、編程與調(diào)試。

2.教學(xué)方法改革。（1）引導(dǎo)學(xué)生理解計(jì)算思維的本質(zhì)，樹立計(jì)算思維的意識(shí)。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，抽象是為要解決的問題建立求解模型，自動(dòng)化是通過設(shè)計(jì)算法和編寫程序?qū)崿F(xiàn)問題的自動(dòng)求解過程。在課堂教學(xué)中，結(jié)合實(shí)際問題求解的過程，要引導(dǎo)學(xué)生理解計(jì)算思維的本質(zhì)，掌握抽象和自動(dòng)化解決問題的方法，樹立計(jì)算思維的意識(shí)。（2）采用“案例驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)手段，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。在教學(xué)過程中，用任務(wù)、案例和問題調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過完成任務(wù)和解決實(shí)際問題來提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。（3）注重算法設(shè)計(jì)，提高學(xué)生計(jì)算思維的能力。掌握計(jì)算機(jī)求解問題的各類方法是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的關(guān)鍵。以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的程序設(shè)計(jì)課程的重要任務(wù)之一，就是要在教學(xué)的過程中讓學(xué)生學(xué)會(huì)程序設(shè)計(jì)的方法和各類問題求解的算法，加深對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化處理問題的思想與方法的理解。C程序設(shè)計(jì)課程有許多典型算法，例如排序、查找、判斷素?cái)?shù)、求勾股數(shù)、求水仙花數(shù)、字符加密等，針對(duì)具體問題。（4）尊重學(xué)生個(gè)體差異，培養(yǎng)計(jì)算思維的多樣化。由于不同的學(xué)生會(huì)使用不同的學(xué)習(xí)方法和思維方式，教師應(yīng)尊重每位學(xué)生的個(gè)體差異性，鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度認(rèn)識(shí)問題，并用不同的方式表達(dá)算法，用不同方法實(shí)現(xiàn)問題求解，同時(shí)教師給予適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。例如，百錢百雞問題，鼓勵(lì)學(xué)生用三重循環(huán)和二重循環(huán)兩種算法編程，然后對(duì)兩種算法進(jìn)行比較，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到采用二重循環(huán)可以大大減少循環(huán)次數(shù)，提高算法的性能。（5）將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與計(jì)算思維相結(jié)合，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的綜合能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生的基本技能、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。在C程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與計(jì)算思維培養(yǎng)相結(jié)合，在實(shí)踐中注重培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣，強(qiáng)調(diào)先進(jìn)行算法設(shè)計(jì)再編寫程序，通過加強(qiáng)算法設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力和解決問題能力。（6）鼓勵(lì)學(xué)生參加創(chuàng)新活動(dòng)，培養(yǎng)計(jì)算思維和創(chuàng)新能力。為了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生計(jì)算思維能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，通過鼓勵(lì)學(xué)生參與大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃、大學(xué)生科研參與計(jì)劃、大學(xué)生創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃等創(chuàng)新活動(dòng)和科研項(xiàng)目，多途徑培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力。

3.考核方式改革。為了加強(qiáng)過程管理，全面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合應(yīng)用能力，近年來我校確立了以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的C程序設(shè)計(jì)課程考核內(nèi)容和考核方式。考核內(nèi)容由以往重點(diǎn)考核C語言語法知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楦幼⒅乜己藢W(xué)生的算法設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問題的能力?？己朔绞讲扇∵^程性評(píng)價(jià)、階段性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式。C程序設(shè)計(jì)課程考核分為理論考核和實(shí)驗(yàn)考核，理論成績由平時(shí)成績（占15%）、期中考試成績（占15%）、期末考試成績（占70%）按比例合成，實(shí)驗(yàn)成績由平時(shí)成績（占30%）、期中考試成績（占20%）、期末考試成績（占50%）按比例合成。

計(jì)算思維能力培養(yǎng)是當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的主要目標(biāo)和改革方向。C程序設(shè)計(jì)課程是高校計(jì)算機(jī)教育的重要基礎(chǔ)課程。通過基于計(jì)算思維的C程序設(shè)計(jì)公共基礎(chǔ)課程教學(xué)改革，可以使學(xué)生在掌握C語言語法規(guī)則的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力，從而進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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