以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)優(yōu)化研究

李 濤

哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150016

1 何為計(jì)算思維

2006 年3 月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系的主任周以真正式提出計(jì)算思維概念。思維的本質(zhì)就是人們使用經(jīng)由一系列相關(guān)知識(shí)所構(gòu)成的體系來解決問題的一種方式[1]。計(jì)算思維和實(shí)證思維以及邏輯思維共同組成了人類的思維方式體系，并且更加傾向于使用計(jì)算機(jī)方面的基礎(chǔ)概念去解決遇到的任何問題，同時(shí)也會(huì)設(shè)計(jì)出一些與計(jì)算機(jī)運(yùn)算相符合的算法以及思考一些和計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)的具備深度和廣度的問題。其本質(zhì)就是抽象以及自動(dòng)化，以計(jì)算性思考為主。

2 當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程發(fā)展現(xiàn)狀及其中問題

2.1 高校計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程發(fā)展現(xiàn)狀

在當(dāng)前高等教育的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育環(huán)節(jié)中，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)作為其中重要組成部分，卻面臨著諸如教學(xué)學(xué)時(shí)不長，并且被進(jìn)一步壓縮、教學(xué)資源配置不全面、學(xué)生頻繁逃課等諸多問題。同時(shí)有部分教師認(rèn)為，在中學(xué)階段已經(jīng)開展了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育，因此在大學(xué)階段中的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的學(xué)時(shí)可以被壓縮[2]。最能淋漓盡致體現(xiàn)這種理念的論點(diǎn)就是狹義工具論。狹義工具論認(rèn)為在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)教育中只需要傳授一些軟件使用和簡單的程序設(shè)計(jì)工具使用方式即可。在這種理論的深刻影響之下，部分院校將計(jì)算程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)學(xué)時(shí)予以壓縮。

從這種教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀入手，從2010 年開始教育部下屬的高等學(xué)校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)就已經(jīng)明確提出了需要以計(jì)算思維作為導(dǎo)向并進(jìn)一步推動(dòng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程的改革工作。同時(shí)，教育部高教司經(jīng)過廣泛調(diào)查研究之后，于2012 年印發(fā)實(shí)施《關(guān)于公布大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革項(xiàng)目名單的通知》，并同時(shí)確認(rèn)了22 個(gè)研究項(xiàng)目。這也正是我國以計(jì)算思維培養(yǎng)為切入點(diǎn)的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革正式進(jìn)入到一個(gè)全新的推動(dòng)階段，但其中依然存在一些問題急需解決。

2.2 當(dāng)前計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程中亟待解決的問題

目前，雖然我國十分重視計(jì)算思維培養(yǎng)下的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程改革，但是其中依然有兩個(gè)方面的問題需要解決：第一，計(jì)算思維的培養(yǎng)方式匱乏。當(dāng)前教育領(lǐng)域中十分重視學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，同時(shí)國家教育部門以及其他組織也十分重視計(jì)算思維的培養(yǎng)，并逐步將之納入到相應(yīng)的課程考核體系之中[3]。但是，當(dāng)前針對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)仍處于一個(gè)探索階段，其培養(yǎng)方式依舊沒有形成一套完整的體系。當(dāng)前教師在培養(yǎng)學(xué)生自身計(jì)算思維的過程只是一種不自覺的、規(guī)?；潭炔桓叩摹⑻剿餍缘慕逃?，缺乏相應(yīng)的方式體系作為指導(dǎo)。這就導(dǎo)致以計(jì)算思維為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)優(yōu)化始終無法取得相應(yīng)的成效。第二，計(jì)算思維的進(jìn)一步創(chuàng)新。對(duì)于社會(huì)、國家還是個(gè)人的發(fā)展而言，創(chuàng)新才是其源動(dòng)力，創(chuàng)新中的技術(shù)和知識(shí)創(chuàng)新也是完全依賴于人類的精神創(chuàng)新、意識(shí)和能力創(chuàng)新。并且在國際和國內(nèi)市場競爭越發(fā)激烈的影響下，高校必須注重學(xué)生自身創(chuàng)新能力的挖掘和培養(yǎng)。計(jì)算思維本身就具備著強(qiáng)大的創(chuàng)新，并且計(jì)算思維培養(yǎng)的最終目標(biāo)就是創(chuàng)新[4]。但是在當(dāng)前的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教育中缺少對(duì)應(yīng)使用計(jì)算思維進(jìn)行創(chuàng)新的方式，導(dǎo)致這方面的工作依舊無法得到合理有效的開展。

3 以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)優(yōu)化措施

3.1 計(jì)算思維和實(shí)踐教學(xué)改革的融合

計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)這項(xiàng)課程中主要是被應(yīng)用在思維模式、計(jì)算機(jī)算法、代碼編程、軟件開發(fā)以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)五個(gè)層面上。在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教育中需要做到計(jì)算思維和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的融合，在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐活動(dòng)過程中需要在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中將計(jì)算思維予以融入，并且強(qiáng)調(diào)在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中計(jì)算思維應(yīng)用的重要性，在實(shí)踐中逐步提升學(xué)生在程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)培養(yǎng)計(jì)算思維的能力，從而幫助學(xué)生學(xué)習(xí)到真正的計(jì)算思維。

例如，在C 語言的教學(xué)過程中，需要在前期的理論傳授環(huán)節(jié)將計(jì)算思維的內(nèi)容予以進(jìn)行重點(diǎn)化的介紹，并且借助合作探究等形式來大幅度強(qiáng)化學(xué)生的思維訓(xùn)練，可以借助計(jì)算思維體系中的樹形分析方式組織學(xué)生進(jìn)行算法的多樣化解析。在這個(gè)環(huán)節(jié)中需要注意如下的幾點(diǎn)：第一，通過在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，逐步引導(dǎo)學(xué)生在強(qiáng)化其計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，借助課件演示和實(shí)際案例教學(xué)盡量減少枯燥的理論講解環(huán)節(jié)來提升其計(jì)算能力[5]。第二，在深入研究學(xué)生在接受計(jì)算思維培養(yǎng)的過程中出現(xiàn)的各種問題的基礎(chǔ)上，探討并制定出相應(yīng)的解決方法。第三，在除計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)之外的課程中嘗試引入相應(yīng)的計(jì)算思維。

3.2 網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺(tái)的建設(shè)

如今，高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同樣也為計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程中計(jì)算思維的引入和培養(yǎng)提供了全新的技術(shù)方向，那就是網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。就如今的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程發(fā)展現(xiàn)狀看來，網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容可以分為以下的模塊：第一，教材的網(wǎng)絡(luò)化。就是將課本中的理論知識(shí)以文本、視頻、動(dòng)畫等形式予以呈現(xiàn)，便于課前的預(yù)習(xí)。第二，教學(xué)內(nèi)容的講授。就是教師自行錄制的教學(xué)視頻，主要是負(fù)責(zé)基本理論知識(shí)的講解，便于學(xué)生的課后復(fù)習(xí)。第三，教學(xué)課件。教師制作的電子版教學(xué)課件，學(xué)生可以進(jìn)行下載以便進(jìn)行課后的復(fù)習(xí)。第四，上機(jī)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。從“模仿—改進(jìn)—實(shí)踐”的教學(xué)方式出發(fā)，在不同階段設(shè)置對(duì)應(yīng)難度的問題，并且學(xué)生在完成之后需要將實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果予以上交。并且將之作為平?？己说膬?nèi)容之一。第五，編程的實(shí)踐訓(xùn)練。主要分為入門級(jí)練習(xí)、基礎(chǔ)性練習(xí)、算法的練習(xí)以及算法提升四大模塊，并且從做題和解題兩個(gè)方面提供對(duì)應(yīng)的思路，這一環(huán)節(jié)主要是為了提升學(xué)生的思維及代碼編寫能力。第六，綜合應(yīng)用。為學(xué)生布置一些來源于生活且具備綜合性和一定難度的開發(fā)項(xiàng)目，并且學(xué)生分為多個(gè)開發(fā)小組，讓其以小組形式進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)工作。這個(gè)環(huán)節(jié)主要是為了提升學(xué)生綜合應(yīng)用計(jì)算思維以及程序設(shè)計(jì)理論知識(shí)的能力。

3.3 教材大綱和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的編制

想要在計(jì)算思維的培養(yǎng)中實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的優(yōu)化，其教材大綱和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容就需要進(jìn)行重新編制。在這個(gè)過程中，就需要針對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的提煉，并以此為基礎(chǔ)編制出完全符合教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)大綱，同時(shí)需要做好相應(yīng)的教材編寫準(zhǔn)備工作和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)定的工作。教材內(nèi)容中需要將算法內(nèi)容的比例予以提升，強(qiáng)調(diào)通過計(jì)算思維方式在全面理解程序設(shè)計(jì)問題的基礎(chǔ)上將問題予以解決。同時(shí)程序算法的比例也需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提升，在教材的習(xí)題設(shè)置中需要做到題型的多樣化發(fā)展來做到計(jì)算思維的訓(xùn)練。除此之外，計(jì)算思維相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容比例需要進(jìn)行一定程度的提升，在涉及全新教學(xué)內(nèi)容的時(shí)候需要從簡單案例入手進(jìn)行講解，做到難度的循序漸進(jìn)，并且因?yàn)樗惴y度呈現(xiàn)出一種梯級(jí)式的分布，教師需要通過實(shí)例演示以及編程實(shí)踐來幫助學(xué)生深化對(duì)于基本理論知識(shí)的理解程度。在實(shí)際的編程教育中，教師需要做到直觀化的向?qū)W生們展示編輯過程以及最終的運(yùn)行結(jié)果，并在教學(xué)中通過其中關(guān)鍵代碼的改寫為學(xué)生展示出完全不同的運(yùn)行結(jié)果，讓學(xué)生以一種更為直觀的方式對(duì)正在學(xué)習(xí)的全新知識(shí)形成一個(gè)全面的理解，并從最后的演示結(jié)果存在的差異入手將其中涉及的知識(shí)點(diǎn)和理論予以提煉。

4 總結(jié)

目前，我國十分注重在計(jì)算機(jī)教育中融入計(jì)算思維,雖然我國的教育部門先后出臺(tái)了相關(guān)規(guī)定，對(duì)將計(jì)算思維融入計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程中做出了更進(jìn)一步的推動(dòng),但是，依然需要面對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)方式缺失以及計(jì)算思維進(jìn)一步創(chuàng)新不足的問題。只有通過計(jì)算思維和實(shí)踐教學(xué)改革的融合、網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺(tái)的建設(shè)以及教材大綱和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的編制才可以更好的做到在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中融入計(jì)算思維，并不斷提升學(xué)生的計(jì)算思維。