程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)過程中的學(xué)生思維能力培養(yǎng)

　　摘要：針對(duì)思維能力在創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的核心地位，本文以C程序設(shè)計(jì)語言為例，探討如何在程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。根據(jù)程序設(shè)計(jì)語言課程內(nèi)容龐大、實(shí)踐性強(qiáng)的特征，學(xué)生難以掌握實(shí)用的編程技術(shù)的問題，提出從理論課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的組織和安排等各方面入手，充分利用思維的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生綜合思維能力的目標(biāo)。
　　關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)語言；思維能力；創(chuàng)新能力；教學(xué)方法
　　
　　學(xué)生的思維能力是各種專業(yè)能力的基礎(chǔ)[1]。對(duì)于高等院校在校生來說，在課程學(xué)習(xí)過程中鍛煉并提高思維能力是訓(xùn)練思維能力的最直接方式。計(jì)算機(jī)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言目前作為高等院校理工類專業(yè)的必修課，通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)一門高級(jí)語言，使學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的基本思想并具備一定的程序設(shè)計(jì)能力[2-3]。使用計(jì)算機(jī)程序解決問題的模式與學(xué)生之前所接觸到的解決問題方式有著較大的差異，因此在高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言課程教學(xué)過程中，可以有意識(shí)地利用這種差異加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
　　1程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)中創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的可行性
　　1.1學(xué)生思維能力培養(yǎng)所面臨的困難
　　培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心問題是創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，創(chuàng)新能力的決定因素在于是否具有創(chuàng)新性的思維[4]。因此對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)至關(guān)重要。由于升學(xué)就業(yè)的壓力，大部分學(xué)生從小接受的都是“應(yīng)試教育”，考試成績是學(xué)生和學(xué)校追求的主要目標(biāo)。在這種極其狹隘的教育模式的支配下，以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的教學(xué)方法改革難以深入開展，學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，創(chuàng)造力的提升都受到了大量的阻礙。對(duì)于長期在“應(yīng)試教育”環(huán)境下成長的學(xué)生來說，其創(chuàng)新思維能力的開發(fā)普遍存在著兩大障礙：
　　1) 思維定勢(shì)的障礙。解決問題時(shí)思維局限在某一處，跳不出自己設(shè)定的思維圈子，也就是常說的思維進(jìn)牛角尖。有了思維定勢(shì)障礙，人的創(chuàng)新思維就不可能展現(xiàn)出來。
　　2) 思維慣性的障礙。習(xí)慣性思維或傳統(tǒng)性思維在思考一個(gè)問題的時(shí)候，順理成章的按照自己原來習(xí)慣的想法去處理，不會(huì)考慮是否還存在其他更好的解決方案。
　　反復(fù)的實(shí)踐是提高學(xué)生能力、消除學(xué)生思維障礙的直接方式[5-6]，因此實(shí)踐性強(qiáng)的課程，如程序設(shè)計(jì)語言，是鍛煉學(xué)生思維能力的有效途徑。實(shí)驗(yàn)作為理工科教學(xué)的重要內(nèi)容、重要方法，對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握和科學(xué)研究方法、實(shí)驗(yàn)技能以及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，都具有重要的地位和作用。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)習(xí)是一個(gè)需要大量編程實(shí)驗(yàn)的過程，否則只能是眼高手低。目前國內(nèi)高校的理工科專業(yè)一般在本科低年級(jí)就開設(shè)程序設(shè)計(jì)語言，因此，如果在該課程的教學(xué)過程中，利用實(shí)驗(yàn)部分在整個(gè)教學(xué)過程中的核心地位，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)的探索性學(xué)習(xí)，對(duì)啟發(fā)學(xué)生在后續(xù)階段學(xué)習(xí)過程中注重創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)具有重要意義。
　　1.2高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)對(duì)創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的作用
　　程序設(shè)計(jì)語言不同于學(xué)生以往所接觸的人類自然語言和數(shù)學(xué)公式等，具有很強(qiáng)的抽象性和邏輯性，是一門理論與實(shí)際緊密結(jié)合的課程。程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)過程中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生思維能力的作用可體現(xiàn)在以下幾方面：
　　1) 有利于培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和邏輯思維能力。抽象思維就是用概念、判斷、推理的形式進(jìn)行的思維。程序設(shè)計(jì)更是以抽象思維為基礎(chǔ)的，必須要對(duì)所要解決的客觀實(shí)際問題進(jìn)行分析，使用計(jì)算機(jī)可理解的模式對(duì)其進(jìn)行表達(dá)。在使用計(jì)算機(jī)程序解決實(shí)際問題的過程中，學(xué)生的思維會(huì)逐漸變得更加嚴(yán)謹(jǐn)。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某橄笏季S能力為創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練奠定了基礎(chǔ)。
　　2) 有助于加強(qiáng)創(chuàng)造性思維的實(shí)踐訓(xùn)練。創(chuàng)造性思維的具體過程一般包括準(zhǔn)備、醞釀、頓悟和驗(yàn)證四個(gè)階段，而計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)正是這四個(gè)階段的典型表現(xiàn)。要設(shè)計(jì)一個(gè)功能正確的程序，一般要經(jīng)過分析、設(shè)計(jì)流程圖、編寫代碼、調(diào)試和功能驗(yàn)證這幾個(gè)階段。分析到流程圖是準(zhǔn)備和醞釀的過程，需要構(gòu)建程序的總體框架，以框架為基礎(chǔ)才能編寫代碼；代碼完成之后要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和測(cè)試，直到程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)期效果，這是一個(gè)艱難的思維過程。編寫代碼、上機(jī)調(diào)試、分析運(yùn)行結(jié)果都會(huì)給學(xué)生帶來直觀的成就感，會(huì)激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的探索欲望。因此在此過程中有意識(shí)地啟發(fā)、鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主地探索和實(shí)踐，必將極大地發(fā)揮學(xué)生潛在的創(chuàng)造能力。
　　編程思維是無止境的，解決不同問題具有不同的分析方法、算法和代碼實(shí)現(xiàn)方法。教師有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生從多視角多方位進(jìn)行編程思考，會(huì)使思維能力得到跳躍式擴(kuò)展和提高。
　　2C語言教學(xué)過程中創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方法
　　C程序設(shè)計(jì)語言內(nèi)容多、語法規(guī)則繁雜、使用靈活，但課堂授課學(xué)時(shí)相對(duì)較少。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是：以語言的語句體系、語法規(guī)范為脈絡(luò)展開教學(xué)，詳細(xì)地介紹其語法規(guī)則等細(xì)節(jié)內(nèi)容，對(duì)于每一個(gè)語法規(guī)范學(xué)生都會(huì)做一些相關(guān)的習(xí)題。這種教學(xué)模式只注重表層知識(shí)的灌輸，而忽視了學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化過程和學(xué)生的感受。在課堂教學(xué)中，學(xué)生通常會(huì)感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)完之后編程能力和分析、解決實(shí)際問題的能力仍然較差。即使是編寫功能簡單的程序，不少學(xué)生也感到無從下手。解決這一問題，首先要讓學(xué)生意識(shí)到程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)習(xí)重點(diǎn)不是書本上的理論知識(shí)，而是要學(xué)會(huì)通過編寫計(jì)算機(jī)程序來解決一個(gè)實(shí)際問題。因此要將課堂教學(xué)內(nèi)容從傳統(tǒng)的講授語法規(guī)則為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橹v授解決問題的方法和思路為主，讓學(xué)生充分感受到程序設(shè)計(jì)語言的精華，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，編寫程序是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的勞動(dòng)。
　　因此，將啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的理念貫穿到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)是程序設(shè)計(jì)語言教學(xué)過程中必須注意的問題。具體的可從以下方面進(jìn)行改善和提高。
　　2.1改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
　　大部分學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)程序語言的認(rèn)識(shí)甚少，如果在教學(xué)時(shí)采用照本宣科式講解方式，會(huì)使學(xué)生覺得該記憶的東西太多，又沒有規(guī)律可循，影響學(xué)習(xí)的興趣。因此在教學(xué)內(nèi)容的安排和實(shí)施上，要想方設(shè)法使學(xué)生能夠在一開始就產(chǎn)生學(xué)習(xí)的好奇心，為此可以將抽象的概念形象化，并引入若干簡單有趣、學(xué)生又比較熟悉的問題作為程序?qū)嵗?。例如，在學(xué)習(xí)“嵌套循環(huán)”這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，學(xué)生往往會(huì)對(duì)這種“一層套一層”的語句結(jié)構(gòu)感到迷惑，難以理解循環(huán)變量的變化和循環(huán)體內(nèi)容的變化。對(duì)此，可將嵌套循環(huán)結(jié)構(gòu)與大家都所熟知的“時(shí)間嵌套”做類比：通常我們描述時(shí)間的方式是年、月、日、時(shí)、分和秒，每過60秒就增加1分鐘，每過60分就增加1小時(shí)，每過24小時(shí)就增加1天，每過30天就可能是1月，以此類推。其中60、24、30就好比嵌套循環(huán)中的循環(huán)變量，從“秒”開始計(jì)時(shí)好比從循環(huán)結(jié)構(gòu)的最里層開始執(zhí)行循環(huán)體。這樣的比喻，學(xué)生就會(huì)較為容易地理解“嵌套循環(huán)”的概念。在理解了概念的基礎(chǔ)上，可以通過“輸出九九乘法表”的程序?qū)崿F(xiàn)，進(jìn)一步理解嵌套循環(huán)的應(yīng)用。通過實(shí)例使學(xué)生了解高級(jí)語言編程能解決什么樣的問題，深入淺出地介紹一些重要但抽象的概念，避免影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　另外在教學(xué)中可以補(bǔ)充講解“程序設(shè)計(jì)的思想”、“如何提高編程能力”等方面的內(nèi)容，解決學(xué)生在程序設(shè)計(jì)過程中所遇到的方法、思路上的障礙。例如，在學(xué)生開始編寫第一個(gè)程序之前，首先可以向?qū)W生介紹什么是良好的編碼習(xí)慣，編寫代碼在形式上應(yīng)該注意什么哪些問題，確保程序的可讀性；在學(xué)習(xí)了函數(shù)之后，可以介紹一些程序設(shè)計(jì)中“模塊化”思想的應(yīng)用。這些知識(shí)將有助于學(xué)生編寫高質(zhì)量的程序。
　　2.2注重算法設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，激活學(xué)生思維
　　計(jì)算機(jī)程序在結(jié)構(gòu)上有一定的穩(wěn)定性和不變性，但程序的特征更明顯地表現(xiàn)為程序算法上的靈活性。通過合理利用思維特征，使學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)語言有全面、深入的認(rèn)識(shí)。具體可以從以下兩方面進(jìn)行嘗試：
　　
　　第一，利用思維定勢(shì)的積極作用，使學(xué)生掌握程序的基本流程和基本結(jié)構(gòu)。
　　思維定勢(shì)的積極作用是指人們一旦形成某種思維定勢(shì)后，在條件不變時(shí)，就能迅速地感知對(duì)象，產(chǎn)生聯(lián)想。在遇到同類問題時(shí)，人們就會(huì)用某種固定的思維模式去分析問題和解決問題。遇到新問題時(shí)，人們就會(huì)想起已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)，利用已有的方法、經(jīng)驗(yàn)來解決新問題。就計(jì)算機(jī)程序而言，無論采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想或面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想，其中總存在一些相對(duì)穩(wěn)定、不易發(fā)生變化的內(nèi)容。例如，在講授程序結(jié)構(gòu)的過程中，可通過實(shí)例讓學(xué)生明白：一個(gè)典型的C語言程序只能有一個(gè)main函數(shù)，程序一般都分為若干模塊，模塊可以通過函數(shù)實(shí)現(xiàn)；一個(gè)程序可分為多個(gè)文件，文件之間是可以相互訪問的。這樣學(xué)生對(duì)程序的基本結(jié)構(gòu)就有了較為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，在需要編寫程序解決問題的時(shí)候，就可以較容易的設(shè)計(jì)出程序的框架結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，編寫程序過程中往往存在著可參考的模板，在利用前人的成果基礎(chǔ)之上，再根據(jù)實(shí)際需要做一些改變，對(duì)于程序設(shè)計(jì)語言的初學(xué)者而言，可以達(dá)到事半功倍的效果。
　　第二，打破思維定勢(shì)的局限，激發(fā)學(xué)生從多角度多方面考慮問題。
　　首先要引導(dǎo)學(xué)生理解程序設(shè)計(jì)語言的特征，主要讓學(xué)生明白自然語言和計(jì)算機(jī)語言的差異。如，長度為n的數(shù)組其下標(biāo)是從0到n-1，而不是日常計(jì)數(shù)所認(rèn)為的1到n；任何變量在使用之前都要先定義，而不能隨意使用。通過類似的大量的實(shí)例使學(xué)生理解，任何一種語言都有一套相應(yīng)的語法規(guī)則和約束機(jī)制，程序設(shè)計(jì)語言必須嚴(yán)格遵循這些規(guī)則和約束。
　　其次啟發(fā)學(xué)生利用多種技術(shù)、多種算法解決同一個(gè)問題。主要表現(xiàn)在代碼實(shí)現(xiàn)技術(shù)和算法設(shè)計(jì)兩方面。就代碼實(shí)現(xiàn)技術(shù)來說，例如對(duì)一個(gè)需要用循環(huán)解決的問題，可考慮分別使用for循環(huán)，while循環(huán)，do-while循環(huán)來實(shí)現(xiàn)；存儲(chǔ)一組無序的數(shù)列，可分別使用數(shù)組和鏈表來實(shí)現(xiàn)等。就算法設(shè)計(jì)而言，例如，對(duì)一組數(shù)列進(jìn)行排序，可通過二重循環(huán)的冒泡排序?qū)崿F(xiàn)，也可考慮將數(shù)列存放在恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，用復(fù)雜度更低的堆排序?qū)崿F(xiàn)。再考慮判斷整數(shù)P是否為素?cái)?shù)的問題，最簡單的想法是利用素?cái)?shù)的定義，判斷P不能被2，3，…，P-1之間的數(shù)整除；進(jìn)一步再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，若P不是素?cái)?shù)，則P必能表示為兩數(shù)之積：P=i*j(i<=j且i<=sqrt