C語言程序設(shè)計(jì)中計(jì)算思維的思考①

王鑫 李萬軍

摘 ? 要：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。本文歸納了計(jì)算思維在C語言程序設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)，可歸納為抽象計(jì)算思維、自動(dòng)化計(jì)算思維和并行計(jì)算思維三種。針對(duì)計(jì)算思維的特點(diǎn)，提出了C語言程序設(shè)計(jì)課程教授過程中提高計(jì)算思維的方法，有益于學(xué)生借助計(jì)算思維進(jìn)行編程思維訓(xùn)練，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，同時(shí)提高了課程教學(xué)改革的效果。

關(guān)鍵詞：C語言程序設(shè)計(jì) ?計(jì)算思維 ?教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（a）-0077-02

全球范圍內(nèi)的趨勢是，編程能力被視為未來社會(huì)的通用底層能力，是“新的素養(yǎng)”，甚至被稱為“新讀寫能力”（The new literacy），人人必須具備?，F(xiàn)在小學(xué)、中學(xué)生開始已經(jīng)開展適合的編程課程。

學(xué)編程的本質(zhì)是掌握計(jì)算思維。這是一種面向未來的核心認(rèn)知能力。2006年3月，時(shí)任美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)（CMU）計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任、現(xiàn)任美國基金會(huì)（MSP）計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)與工程部（CISE）主任的周以真（Jeannette M.Wing）教授，在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上，首次提出了計(jì)算思維（Computational Thinking）的概念：“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1]?！?/p>

陳國良院士與李廉教授通過整合得出了3種較為典型的科學(xué)思維：也就是用觀察和整理為特性的實(shí)證思維、用推演為特性的邏輯思維、再者就是抽象與自動(dòng)化的計(jì)算思維。在這3種方式中，計(jì)算思維屬于計(jì)算機(jī)類課程所主修的思維方式。

C語言作為當(dāng)今常用編程語言，在程序設(shè)計(jì)過程中注重培養(yǎng)邏輯，算法，數(shù)據(jù)，系統(tǒng)，解決問題，出錯(cuò)調(diào)試，以及新的計(jì)算機(jī)技術(shù)等能力。

1 ?計(jì)算思維

計(jì)算思維的體現(xiàn)可歸納為抽象計(jì)算思維、自動(dòng)化計(jì)算思維和并行計(jì)算思維三種。

1.1 抽象計(jì)算思維

抽象計(jì)算思維是計(jì)算思維的關(guān)鍵，主要體現(xiàn)在實(shí)際需求到程序語言的設(shè)計(jì)過程。是自己對(duì)于問題的抽象能力的練習(xí)，即從抽象問題到實(shí)際進(jìn)行編碼或者設(shè)計(jì)程序解決問題的一個(gè)能力。面對(duì)一個(gè)問題，經(jīng)過思考后，最后將解決這個(gè)問題的思路用計(jì)算機(jī)能理解的方式表達(dá)出來，其中“問題”、“思考”以及“表達(dá)”是編程最關(guān)鍵的地方。

1.2 自動(dòng)化計(jì)算思維

C語言程序設(shè)計(jì)中三大基本結(jié)構(gòu)，順序、條件和循環(huán)三種結(jié)構(gòu)支撐了所有程序。依托三個(gè)基本結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)所有程序自動(dòng)化設(shè)計(jì)。三個(gè)結(jié)構(gòu)像蓋房子的磚塊，互相疊加累積完成整個(gè)程序。自動(dòng)化程序設(shè)計(jì)過程中的邏輯訓(xùn)練，算法實(shí)現(xiàn)也是學(xué)生著重需要提高的部分。

1.3 并行計(jì)算思維

cpu間斷性的并行執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，在并行的情況下效率才能保證。多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行的優(yōu)勢在于：降低資源消耗，提高相應(yīng)速度，提高任務(wù)的可管理性。學(xué)生往往習(xí)慣于順序程序執(zhí)行，當(dāng)復(fù)雜編程要求多線程設(shè)計(jì)時(shí)，在理解、設(shè)計(jì)及代碼實(shí)現(xiàn)上都存在很大困難。

2 ?提高計(jì)算思維的方法

2.1 驅(qū)動(dòng)式方法提高計(jì)算思維能力

學(xué)生表現(xiàn)出的上課聽懂教材看懂，只是表面上比較膚淺的理解，老師在進(jìn)行教學(xué)開始之初，有目的的引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編程。將C語言課程教授內(nèi)容中與專業(yè)課程及后續(xù)課程關(guān)聯(lián)很大的部分提前做好充分的課程準(zhǔn)備，針對(duì)計(jì)算思維加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的鍛煉。在教學(xué)過程中圍繞提前準(zhǔn)備的教學(xué)問題，積極引導(dǎo)學(xué)生在C語言程序設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用計(jì)算思維[2]。

2.2 應(yīng)用性方法提高計(jì)算思維能力

任何教學(xué)過程是教師與學(xué)生互動(dòng)的過程，教學(xué)過程中任何環(huán)節(jié)都會(huì)影響教學(xué)質(zhì)量[3]。教師可以根據(jù)本校本專業(yè)的特色，結(jié)合學(xué)生的接受能力選擇合適的教材。教師在教授過程中使用與實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)較大的例題，使用適合學(xué)生的教學(xué)方法，并且在課程進(jìn)行過程中，根據(jù)接受程度，對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變，以實(shí)例展示的方式將計(jì)算思維融入其中，讓學(xué)生當(dāng)場學(xué)會(huì)應(yīng)用計(jì)算思維。

2.3 以項(xiàng)目為核心提高計(jì)算思維能力

教師引導(dǎo)學(xué)生完成課程實(shí)踐教學(xué)時(shí)，要以項(xiàng)目為中心，將課程教學(xué)中計(jì)算思維的提升作為教學(xué)的重要目標(biāo)。項(xiàng)目的選擇很重要，實(shí)際項(xiàng)目從難度及復(fù)雜度上一般不適合直接使用，教師需要對(duì)實(shí)際項(xiàng)目重新編排，組合，去繁，整合成適合學(xué)生的教學(xué)項(xiàng)目，但這個(gè)新項(xiàng)目又是很有實(shí)踐性的，使學(xué)生更感興趣[4]。使用計(jì)算思維設(shè)計(jì)C語言程序設(shè)計(jì)，課上及課下注重實(shí)際編程能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。借助算法的構(gòu)建和程序流程圖的使用，在應(yīng)用層進(jìn)行綜合應(yīng)用訓(xùn)練。通過“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”，使所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，鍛煉學(xué)生分析和解決問題的能力，幫助學(xué)生提升工程實(shí)踐能力[5]。

3 ?教學(xué)實(shí)例

例題1：計(jì)算1！+2！+3！+...+20！

本例題有兩種解決方法，可以用兩層循環(huán)來完成，學(xué)習(xí)函數(shù)調(diào)用后，可以用函數(shù)遞歸方法解決，循環(huán)及遞歸思想是計(jì)算思維的重要一方面。教師應(yīng)該善于啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多維度思考問題的解決方法。

例題2：設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)生成績管理系統(tǒng)，學(xué)生信息的輸入部分程序設(shè)計(jì)。

隨著學(xué)習(xí)的深入，保存學(xué)生輸入信息的變量由普通多個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)到一維數(shù)組，到二維數(shù)組，最終設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)體數(shù)組，逐漸增加難度，但也為問題的解決提供了更合理、更豐富的方案。學(xué)生輸入信息的變量改變?cè)诒?中。

4 ?結(jié)語

綜上所述，針對(duì)歸納總結(jié)的計(jì)算思維的特點(diǎn)，提出了C語言程序設(shè)計(jì)課程教授過程中提高計(jì)算思維的方法。在C語言程序設(shè)計(jì)過程中教師引導(dǎo)、學(xué)生逐步深入借助計(jì)算思維進(jìn)行編程思維訓(xùn)練，對(duì)本課程以及其他課程的學(xué)習(xí)是非常有益的。

參考文獻(xiàn)

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