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      C語言程序設(shè)計(jì)中計(jì)算思維的思考①

      2019-01-22 04:36:49王鑫李萬軍
      科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2019年25期
      關(guān)鍵詞:計(jì)算思維教學(xué)改革

      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)

      [1] Jeannette M Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.

      [2] 范興亮.C語言程序設(shè)計(jì)課程中的計(jì)算思維探析[J].無線互聯(lián)科技,2017,4(8):67-68.

      [3] 趙桃林,楊民力,王育華.功能材料專業(yè)《化學(xué)電源》課程教學(xué)方法探討[J].河北理科教學(xué)研究,2017(1):47-49.

      [4] 顧麗紅,丁淑妍等.面向計(jì)算思維的蒙特卡羅C語言程序設(shè)計(jì)案例探究[J].計(jì)算機(jī)教育,2018(1):105-111.

      [5] 葉建龍.任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在C語言教學(xué)中的應(yīng)用[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,10(3):132-136.

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