“程序設(shè)計”課程教學(xué)策略之探究

夏耘

（上海理工大學(xué)，上海）

一 課程簡介

自1995 年以來，“程序設(shè)計”課程作為大學(xué)的通識課程，由于課程的面向?qū)ο笫谴髮W(xué)一、二年級的學(xué)生，剛進(jìn)入大學(xué)的學(xué)生對自主式學(xué)習(xí)方式的適應(yīng)需要時間，同時該課程教學(xué)內(nèi)容是以結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法為主線，學(xué)生在學(xué)習(xí)中會遇到很多問題，因此，該課程在過去幾十年教學(xué)中，無論從程序設(shè)計技術(shù)與程序設(shè)計語言而言，還是從教學(xué)方法都沒有停止過創(chuàng)新和發(fā)展，未來，這種持續(xù)的改進(jìn)仍將繼續(xù)。程序設(shè)計課程的教和學(xué)也在不斷進(jìn)步，同時還會不斷面臨新的挑戰(zhàn)[1]。

一直以來被很多高等學(xué)校作為第一門程序設(shè)計課程的C 語言，由于其語言簡單和思維清晰，成為程序設(shè)計課程中的常青樹。盡管語言本身變化不大，但如何更有效地提高C 語言教學(xué)效果的改革實踐，一直都在進(jìn)行中。

以C 語言為平臺，介紹程序設(shè)計的基本思想、概念與方法，以培養(yǎng)學(xué)生基本的程序開發(fā)能力為核心，通過課程教學(xué)，要求學(xué)生掌握C 語言基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、語法規(guī)則、控制結(jié)構(gòu)和常用算法，學(xué)會用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法編寫結(jié)構(gòu)清晰、符合程序設(shè)計規(guī)范的程序，具備計算思維能力，并用C語言對可計算問題進(jìn)行描述。

“程序設(shè)計”課程是一門理論與實驗緊密結(jié)合的課程，需要完成所有的課程教學(xué)任務(wù)，必須是：

（一） 強(qiáng)調(diào)編程興趣

選擇貼近學(xué)生生活和年輕人感興趣的案例，配上生動活潑的展示形式，注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣；通過提供可復(fù)用的公共庫等形式，讓學(xué)生通過簡單的編程就能得到完整的程序和實用的結(jié)果，解決日常生活中的熱點(diǎn)問題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)成就感[2]。

（二） 立足四個維度

編程需要立足四個維度：編程思維、編程技能、語言知識點(diǎn)和編程規(guī)范。通過例題分析、經(jīng)典算法等，以“思考”等形式描述常用的編程思維和思考問題的方式；分析、設(shè)計、編寫、調(diào)試、運(yùn)行程序，在此基礎(chǔ)上歸納出“常見錯誤”，用以訓(xùn)練學(xué)生的編程技能；總結(jié)編程規(guī)范和經(jīng)驗，引導(dǎo)學(xué)生從一開始學(xué)習(xí)程序設(shè)計就養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。

（三） 誘導(dǎo)由淺入深

編程在內(nèi)容組織上更加突出從簡單到復(fù)雜，將知識點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性淡化；將“指針”的概念和筒單應(yīng)用提前，將“文件”分散到節(jié)而不獨(dú)立介紹；同一個問題從簡單到復(fù)雜分解到多個程序例子中，讓學(xué)生們從簡單程序開始，逐步增加功能，在不知不覺中學(xué)會編程技能、融會貫通編程思維。

（四） 兼顧線上線下

打造立體資源，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)課堂教案、PPT 講稿等，充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)線上線下、資源共享，便于學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和自學(xué)，方便師生互動，提高課堂教學(xué)效果。

二 內(nèi)外部環(huán)境分析

當(dāng)今社會，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用隨處可見，信息技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)并正在繼續(xù)改變著人們的工作和生活，而這些新技術(shù)和應(yīng)用的核心是程序。人們生活在一個程序控制的時代，網(wǎng)上點(diǎn)餐、購物、理財、社交都離不開程序。

當(dāng)今的大學(xué)生是與程序共同成長的一代，他們是在“機(jī)器人”保姆幫助下學(xué)會叫媽媽的，也是在“機(jī)器人”老師幫助下學(xué)會算術(shù)、音樂、繪畫的，他們的第一個琴就是屏幕上的仿真琴[3]。

由此可見課程的內(nèi)部優(yōu)勢十分強(qiáng)大，學(xué)生熟悉程序、能使用程序、有探索程序之奧秘的動力。

課程的內(nèi)部不足是：編程思維、編程技能、語言知識點(diǎn)和編程規(guī)范不是一天形成的，需要長期的積累，在積累過程中會遇到很多問題，例如，編程的語法與語文語法不同，編程的運(yùn)算與數(shù)學(xué)的運(yùn)算相似但不同，這些帶給學(xué)生的就是困擾，因為，他們采用定式思維，將數(shù)學(xué)運(yùn)算寫入程序中，導(dǎo)致程序無法正常運(yùn)行，學(xué)生并沒有意識到，因此與程序杠上了，往往3-4 個小時也沒有發(fā)現(xiàn)問題，但挫敗2 次后就不會再出現(xiàn)類似問題了，但往往部分學(xué)生無法面對這2 次的挫敗，選擇放棄編程。在課程教學(xué)中關(guān)注學(xué)生，幫助他們克服困難，重樹學(xué)習(xí)信心尤為重要。

課程的外部優(yōu)勢：新一代信息技術(shù)不斷涌現(xiàn)(云計算——集中處理信息、物聯(lián)網(wǎng)——萬物都能互聯(lián)、移動應(yīng)用——創(chuàng)新變革、大數(shù)據(jù)——大數(shù)據(jù)技術(shù)成為主流、人工智能——服務(wù)的智能化)，給整個社會進(jìn)步與人類生活帶來的顛覆性變化。從圖1 所示的Gartner 發(fā)布的2018 新興技術(shù)成熟度曲線圖可以看到智能塵埃、智能機(jī)器人、智能工作空間、生物芯片、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)平臺等各式各樣的新興技術(shù)，這些技術(shù)都蘊(yùn)含了各個領(lǐng)域廣泛的發(fā)展空間，也是各專業(yè)與信息技術(shù)交叉的增長點(diǎn)。

2015 年7 月國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》、2016 年12 月工信部發(fā)布的《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》、2017 年7 月國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》、2018 年4 月教育部頒布的《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》、2018 年9 月世界人工智能大會在上海舉行、2019 年世界人工智能大會以“智聯(lián)世界無限可能”為主題，以“高端化、國際化、專業(yè)化、市場化、智能化”為特色，將集聚全球智能領(lǐng)域最具影響力的科學(xué)家和企業(yè)家，以及相關(guān)政府的領(lǐng)導(dǎo)人，圍繞智能領(lǐng)域的技術(shù)前沿、產(chǎn)業(yè)趨勢和熱點(diǎn)問題發(fā)表演講和進(jìn)行高端對話，打造世界頂尖的智能合作交流平臺，成為業(yè)內(nèi)廣受贊許的專業(yè)性學(xué)術(shù)會議，打造具有國際水平和影響力的行業(yè)盛會。上海發(fā)布《關(guān)于加快人工智能高質(zhì)量發(fā)展的實施辦法》等國家戰(zhàn)略規(guī)劃的相繼出臺，推動物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等與其他學(xué)科技術(shù)結(jié)合，引領(lǐng)科技變革和社會變革[4]。

三 課程教學(xué)策略定位

（一） 教學(xué)內(nèi)容的定位多維度

語言語法知識：語法知識是解決問題的工具，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計中以夠用為界，教師作為教練，只引導(dǎo)學(xué)生用好基本語法，例如：在班級的學(xué)生管理問題上，教師用結(jié)構(gòu)體數(shù)組存放學(xué)生成績信息，在課堂上僅講授結(jié)構(gòu)體數(shù)組構(gòu)建相關(guān)語法知識，但留給學(xué)生的作業(yè)是可以用其他方式來存儲學(xué)生成績信息，同時要求學(xué)生思考如何處理來自不同數(shù)據(jù)源成績信息。

程序設(shè)計技能：通過案例的不斷深化來培育編程能力，例如，設(shè)計一個匯率計算器，從順序結(jié)構(gòu)的程序案例開始，案例解決了輸入一筆金額兌換成指定幣種的問題，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生思考，外幣的幣種很多，不同幣種的匯率不同，實際應(yīng)用中需要根據(jù)幣種完成兌換，如何讓程序識別外幣的幣種，這樣就引入了程序的選擇結(jié)構(gòu)，解決多幣種問題，又有多筆業(yè)務(wù)問題出現(xiàn)，自然過渡到程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)，之后就是優(yōu)化程序，引入用自定義函數(shù)構(gòu)建模塊化程序。

計算思維：學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)面對一個具體問題不知如何解決，然而計算思維可以定義為通過嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，將一個問題重新闡釋成問題解決方法；計算思維可以是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法；計算思維可以是一種采用抽象和分解來控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計的方法；是一種選擇合適的方式去陳述一個問題，或?qū)σ粋€問題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法；計算思維則是解決學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)的良方[5]。

程序設(shè)計藝術(shù)：編程只是一個表象，編程解決實際問題需要大量的數(shù)學(xué)、物理、生物、管理、問題的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)知識為其支撐。同一個問題解決方案有多個，例如，兩個程序員編寫實現(xiàn)具有相同功能的兩個程序，其中一位程序員的程序代碼冗長、復(fù)雜難懂、性能低下；另一位程序員的程序代碼邏輯清晰、簡單明了、性能比較高。在程序設(shè)計中沒有最好，只有更好，如何讓學(xué)生具備優(yōu)秀程序員的能力，程序設(shè)計藝術(shù)的教學(xué)是十分重要的，在設(shè)計中根據(jù)編程規(guī)范就可以使代碼具有藝術(shù)之美。

總之，課程的多維度教學(xué)內(nèi)容定位策略見圖2。

（二） 教學(xué)模式的定位問題教學(xué)

問題教學(xué)是指以問題為中心開展教學(xué)活動的教學(xué)。其核心就是在教學(xué)的全過程中，教師將從一個點(diǎn)出發(fā)，如提出一個應(yīng)用實例（或一個活動），朝著課程所需解決問題的目標(biāo)推進(jìn)；用一條線連接，如串起一系列子問題；結(jié)合相關(guān)知識與技能的方方面面；采取多方位梳理解決問題的過程與方法；通過多維度的思維方式完善學(xué)生的情感與價值觀，達(dá)到讓學(xué)生自主、獨(dú)立地尋求并運(yùn)用已有的知識經(jīng)驗創(chuàng)造性完成研究事物、探索知識、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的目的。

總之，將策略思想運(yùn)用于課程的教學(xué)，制定教學(xué)計劃、實施計劃，經(jīng)過2 年的教學(xué)實踐，已初見成效，筆者將繼續(xù)運(yùn)用策略思想在實施計劃中不斷完善計劃，順利達(dá)成課程的教學(xué)目標(biāo)。