基于計算思維能力培養(yǎng)的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程研究與實踐

郭興凱 金英 馬吉權(quán)

摘要：加強(qiáng)計算思維的培養(yǎng)是高校計算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)中的主要目標(biāo)。本文通過分析程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)實踐中存在的問題，提出將計算思維融入到程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中，以提高學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：計算思維；程序設(shè)計；基礎(chǔ)教學(xué)實踐

一、 引言

計算思維，是指科學(xué)家和工程人員在計算機(jī)、軟件及計算相關(guān)工作中展現(xiàn)出的思維模式。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)教授周以真提出過關(guān)于“計算思維（Cpmputational Thinking）”的概念，即“計算思維是運用計算科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動”，“其本質(zhì)是抽象和自動化，即在不同層面進(jìn)行抽象，以及將這些抽象機(jī)器化”。計算思維就是運用計算手段研究社會或自然現(xiàn)象及其規(guī)律的一種思維方式。

目前，計算機(jī)類課程教學(xué)普遍存在重視實踐輕視設(shè)計的情況，更多地顯示出思維和設(shè)計脫節(jié)的特點。理論思維主導(dǎo)的學(xué)生培養(yǎng)模式導(dǎo)致學(xué)生常用假設(shè)—推理的方法研究各類計算問題，常常不能系統(tǒng)地分析、觀測數(shù)據(jù)，無法給出完善的驗證實驗方案。實驗思維主導(dǎo)的學(xué)生培養(yǎng)模式導(dǎo)致學(xué)生往往只注重具體的實驗結(jié)果，而忽略系統(tǒng)的整體架構(gòu)和運行效率的優(yōu)化。學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計課程中，只注重語句的編寫和語句細(xì)節(jié)本身，而忽視算法中蘊含的思想。使得在程序設(shè)計中，不僅不能達(dá)到舉一反三，甚至都不能達(dá)到舉一反一的能力，長此以往無疑會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和專業(yè)學(xué)習(xí)能力。計算思維側(cè)重于利用計算手段來協(xié)同理論和實踐雙方，從而達(dá)到提高學(xué)生分析和解決計算問題能力的目的。因此，本文是在培養(yǎng)復(fù)合型人才的背景下，研究在教學(xué)過程中如何能夠培養(yǎng)提升學(xué)生的計算思維能力，如何能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)能力。

二、計算思維在教學(xué)中的實踐

（一）改革教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)都有相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它們能夠幫助學(xué)生迅速了解本專業(yè)的特點，提高專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和能力。面對缺乏計算機(jī)專業(yè)知識的新生，在講授程序設(shè)計基本知識和程序設(shè)計語言的入門知識時，要避免過多地強(qiáng)調(diào)語法細(xì)節(jié)。教師應(yīng)該更多地結(jié)合具體實例，嘗試著在課程內(nèi)容中融入計算思維的思想，以此來提高學(xué)生對計算機(jī)專業(yè)知識的了解和興趣。例如，在講授選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計中的經(jīng)典案例三個數(shù)進(jìn)行排序時，過去只關(guān)注代碼的編寫，從效果來看，少部分學(xué)生能夠理解，但是大多數(shù)學(xué)生還是沒有明白排序的基本原理，對理解利用數(shù)組對n個數(shù)進(jìn)行排序的思想幫助不大。從計算思維的角度來看，排序的實質(zhì)就是將每個數(shù)放在應(yīng)該在的位置。在講解該案例時利用流程圖將算法的思想融入到課程內(nèi)容中，說明三個數(shù)的排序經(jīng)過兩趟比較，是通過每趟兩兩交換的思想實現(xiàn)的排序。并且強(qiáng)調(diào)這就是冒泡排序的思想，從而導(dǎo)出n個數(shù)需要n-1趟比較，為以后數(shù)組排序的講解做了很好的鋪墊。

理論教學(xué)應(yīng)在把握“以學(xué)生為主導(dǎo)、以教師為輔助”的思想下，重點講解程序的流程和程序設(shè)計的關(guān)系，采取啟發(fā)式、探索式等教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生獨立思考的能力，加強(qiáng)對學(xué)生進(jìn)行計算思維、算法是程序設(shè)計的靈魂、流程圖是程序設(shè)計的基礎(chǔ)等方面的教育，從此來提高學(xué)生的計算思維能力和程序設(shè)計能力。

（二）加強(qiáng)實驗教學(xué)，提高學(xué)生的分析設(shè)計能力

程序設(shè)計基礎(chǔ)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的實踐性。所以加強(qiáng)和改革實驗教學(xué)方法和模式，是培養(yǎng)具有分析問題、解決問題能力和創(chuàng)新實踐能力人才的重要手段。依據(jù)課程教學(xué)進(jìn)度，通過分階段、分層次布置不同的實驗內(nèi)容，來提高學(xué)生對理論知識的理解。針對不同的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計具有代表性的實驗題目，幫助學(xué)生掌握基本語法知識及程序設(shè)計的基本方法，然后分階段、分層次設(shè)計綜合性的實驗題目，使學(xué)生能綜合利用所學(xué)到的知識，運用計算思維，編寫出較復(fù)雜的設(shè)計類程序，提高分析和解決問題的能力。同時要求學(xué)生完成每一個綜合實驗時，都要遵循軟件工程的思想來完成系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、編碼、調(diào)試、測試和撰寫文檔等各個階段的內(nèi)容，并形成實驗報告。這樣在實驗中，一方面能夠提高學(xué)生的程序設(shè)計能力，另一方面能提高其系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的能力。

（三）豐富考核內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)能力

剛進(jìn)入大學(xué)校門的新生還停留在中學(xué)階段的學(xué)習(xí)慣性中，不能盡快融入專業(yè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域。首先體現(xiàn)在其在看書學(xué)習(xí)中很難抓住重點，其次在考試中還是習(xí)慣于關(guān)注考試的題型，而忽視考試的內(nèi)容。以往的以試卷為主側(cè)重于考查基本語法的考核方式，對專業(yè)學(xué)習(xí)能力的提高幫助不大。因此，必須要改變傳統(tǒng)的考核方式，提升階段性實驗考核成績在期末總成績中的比重，通過在一定時間內(nèi)，以實際上機(jī)編程解決問題的內(nèi)容和難度來考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并根據(jù)事先設(shè)定的難度系數(shù)折合成相應(yīng)的分?jǐn)?shù)加到期末總分中。同時也對期末的試卷內(nèi)容進(jìn)行全面改革，取消側(cè)重語法細(xì)節(jié)的選擇和填空題型，代之以側(cè)重能力考核的程序分析和程序改錯加程序設(shè)計等題型。這種考核方式在提高學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的專注度的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實際動手能力。實踐證明，改革考核方式和內(nèi)容提高了學(xué)生實際程序設(shè)計能力，激發(fā)了學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。

三、 總結(jié)

程序設(shè)計基礎(chǔ)是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生進(jìn)入大學(xué)校門學(xué)習(xí)首先要面對的專業(yè)基礎(chǔ)課。這門課程不僅要教授學(xué)生程序設(shè)計語言的基本知識，更重要的是傳授學(xué)生計算思維的基本思想，培養(yǎng)學(xué)生實際編程以及分析和解決問題的能力，提高對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識的了解，為后續(xù)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下一個堅實的基礎(chǔ)。本文在程序設(shè)計基礎(chǔ)課教學(xué)實踐中，通過對教學(xué)內(nèi)容、實驗、考核等各個方面的改進(jìn)與創(chuàng)新，更好地實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和思維能力。

參考文獻(xiàn)：

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編輯∕呂秀研