面向計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)課程改革與實(shí)踐

【摘要】目前，計(jì)算思維是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)界廣為關(guān)注的一個(gè)重要概念，也是當(dāng)前計(jì)算機(jī)教育重點(diǎn)研究的課題。本文分析了程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了應(yīng)用激勵(lì)機(jī)制、融入計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革方案。通過(guò)國(guó)二通過(guò)率實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，得出面向計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)課程改革與實(shí)踐是可行且有效的。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；教學(xué)改革；程序設(shè)計(jì)課程【中圖分類(lèi)號(hào)】G623.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】2095-3089（2012）21-0013-02

1引言

近年來(lái)，計(jì)算思維的培養(yǎng)已成為國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)。2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真（Jeannette M. Wing）教授明確提出“計(jì)算思維能力將成為21世紀(jì)中葉每個(gè)人的基本能力”。她認(rèn)為計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能，而不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家，計(jì)算思維和閱讀、寫(xiě)作及算術(shù)一樣，將成為21世紀(jì)每個(gè)人必須具備的基本技能 [1，2]。隨即這一概念被國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)界、社會(huì)學(xué)界以及哲學(xué)界的廣大學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究與探討。

針對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)問(wèn)題，文獻(xiàn)[3]對(duì)以計(jì)算思維為基礎(chǔ)和以學(xué)科思想及方法為基礎(chǔ)的兩類(lèi)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程進(jìn)行了分析比較。文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]分別探討了如何在編譯原理課程和人工智能課程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力。2010年《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》的核心要點(diǎn)也強(qiáng)調(diào)“需要把培養(yǎng)學(xué)生的‘計(jì)算思維’能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)”。而程序設(shè)計(jì)作為大學(xué)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，理所當(dāng)然應(yīng)該融入對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，從而提高大學(xué)生的基本技能和信息素養(yǎng)。

2程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

目前，在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，主要是“狹義工具論”的問(wèn)題。這種思想認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)就是教學(xué)生怎么將計(jì)算機(jī)作為工具使用，這樣不利于學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)中最重要的核心思想和方法，因此這種認(rèn)識(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)教育非常有害。雖然“狹義工具論”不好，但在過(guò)去的一段時(shí)間里，在高校中確實(shí)存在這種傾向。

在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，每年都有相當(dāng)多學(xué)生問(wèn)：（1）學(xué)程序設(shè)計(jì)有什么用？（2）要不要通過(guò)國(guó)二考試？（3）這門(mén)課程與后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程是否有關(guān)？大部分教師會(huì)認(rèn)真的回答并加以解釋?zhuān)捎凇蔼M義工具論”等不良思想的影響，所以學(xué)生往往表現(xiàn)出三種傾向：（1）對(duì)程序設(shè)計(jì)不感興趣，經(jīng)常逃課或迫于查課等壓力，雖然人在但心不在焉，坐在教室后睡覺(jué)或玩手機(jī)；（2）僅為獲得學(xué)分或取得國(guó)二證書(shū)，上課時(shí)按部就班完成老師布置的任務(wù)，并沒(méi)有深入理解和研究；（3）很感興趣，下課后查閱相關(guān)資料，接近計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生水平。第一種學(xué)生（比重約占30%），程序設(shè)計(jì)課幾乎沒(méi)有收獲；第二種學(xué)生（比重約占60%），程序設(shè)計(jì)課僅僅是獲得學(xué)分或取得國(guó)二證書(shū)；第三種學(xué)生（比重約占10%），程序設(shè)計(jì)課不僅是獲得學(xué)分或取得國(guó)二證書(shū)，更重要的是今后會(huì)利用程序設(shè)計(jì)的思維來(lái)解決一些實(shí)際問(wèn)題，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下了良好基礎(chǔ)。

3采用激勵(lì)機(jī)制教學(xué)，培養(yǎng)計(jì)算思維

3.1 計(jì)算思維的重要性。 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的發(fā)展非常迅速，加上網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，新的知識(shí)大約每?jī)赡昃头环绾巫寣W(xué)生在大一所學(xué)的知識(shí)，進(jìn)入社會(huì)后不過(guò)時(shí)，這是教育工作者應(yīng)該思考的問(wèn)題。那么應(yīng)該教給學(xué)生什么呢？這就是學(xué)習(xí)的能力和計(jì)算思維的能力。有了這種能力，學(xué)生進(jìn)入社會(huì)后就能解決沒(méi)有想過(guò)或者目前沒(méi)有發(fā)生過(guò)的新問(wèn)題，就可以以不變應(yīng)萬(wàn)變，因此必須加強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

3.2 采用激勵(lì)機(jī)制教學(xué)，培養(yǎng)計(jì)算思維。 很多專(zhuān)家、學(xué)者、教授針對(duì)學(xué)生學(xué)不好的問(wèn)題進(jìn)行了積極的討論和研究。大部分人認(rèn)為，在如今的社會(huì)背景下，應(yīng)該首先引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的興趣，從而培養(yǎng)他們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

再好再多的口號(hào)，抵不過(guò)現(xiàn)實(shí)的需要。雖然學(xué)生想過(guò)國(guó)二或想拿學(xué)分，這有點(diǎn)現(xiàn)實(shí)主義，但如果完全忽略學(xué)生的這種需要，哪怕再如何向?qū)W生強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維的好處，恐怕也無(wú)濟(jì)于事。因此在程序設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該改革教學(xué)方式，結(jié)合激勵(lì)機(jī)制，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。那么如何改革教學(xué)方式以及采用何種激勵(lì)機(jī)制呢？第一，改革考試制度，不靠期末考試一錘定音，加重平時(shí)上機(jī)成績(jī)的比重，及平時(shí)解決問(wèn)題時(shí)的附加分。第二，以考代學(xué)，告訴學(xué)生，如果通過(guò)國(guó)二，可以免修程序設(shè)計(jì)這門(mén)課程，當(dāng)然這個(gè)方案得學(xué)校配合，修改學(xué)生培養(yǎng)方案。

4 面向計(jì)算思維教學(xué)，提高國(guó)二通過(guò)率

前面已講述，課程教學(xué)的目標(biāo)不僅是為了讓學(xué)生過(guò)國(guó)二，這只是結(jié)合學(xué)生的需要而采取的一種激勵(lì)機(jī)制，最終的目標(biāo)是為了提高學(xué)生的計(jì)算思維。那么如何在程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中融入計(jì)算思維，從而提高國(guó)二通過(guò)率呢？本文以如何提高國(guó)二C語(yǔ)言的機(jī)試成績(jī)?yōu)槔齺?lái)闡述程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)。

4.1 分析考綱，得出考點(diǎn)。 國(guó)二年年考，且經(jīng)常修改考試大綱，像高考一樣，修改考綱的專(zhuān)家也是根據(jù)實(shí)際需要作的更改，因此教師和學(xué)生最好一起分析考綱，得出考點(diǎn)。為什么不是由教師單獨(dú)分析考綱，而是由教師和學(xué)生一起分析考綱呢？因?yàn)榈谝唬虒W(xué)不完全是應(yīng)試教育，只為國(guó)二考試。第二，只有學(xué)生親自參與，并且通過(guò)教師的講解，學(xué)生才能深刻理解教學(xué)改革的作用和意義，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉并提高他們的思維能力。

4.2 舉一反三，加強(qiáng)編程能力。 曾經(jīng)不只一位學(xué)生說(shuō)過(guò)這樣的話(huà)“雖然上機(jī)只是100套題，但太難記了，我寧可記一百個(gè)歷史或政治問(wèn)答題，也不想記計(jì)算機(jī)國(guó)二機(jī)試題”。雖然國(guó)二機(jī)試題答案的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有一個(gè)歷史或政治問(wèn)答題的答案長(zhǎng)，為什么學(xué)生覺(jué)得非常難記呢，終其原因有兩點(diǎn)，第一，這些學(xué)生沒(méi)有理解題意，只是強(qiáng)記而并非理解性的記憶。第二，不會(huì)總結(jié)，不能舉一反三，他們每個(gè)題目都去背，類(lèi)似的題目不總結(jié)，不思考。

根據(jù)參加過(guò)國(guó)二考試的學(xué)生反映，新思路出版的國(guó)二上機(jī)考試資料命中率高達(dá)99%，為此對(duì)這套資料的100套機(jī)試題進(jìn)行了分門(mén)別類(lèi)，從而得出結(jié)論：這100套題，其實(shí)不同類(lèi)別題不到30套，因?yàn)楹芏囝}都是類(lèi)似的，有的甚至僅僅是改了一個(gè)數(shù)據(jù)或參數(shù)。如有8套編程題考了兩個(gè)數(shù)據(jù)如何合并生成一個(gè)新的數(shù)據(jù)；有10多套編程題考的是求分?jǐn)?shù)和；有近20套的填空題或改錯(cuò)題或編程題考了字符串的重組問(wèn)題等等。其實(shí)在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該針對(duì)每種不同的類(lèi)型題目，重點(diǎn)講解一至兩道，其余的應(yīng)該教會(huì)學(xué)生如何思考，啟發(fā)式教學(xué)，從而讓學(xué)生觸類(lèi)旁通，達(dá)到舉一反三的效果。

4.3 分析歷年考題，找出高頻考點(diǎn)及失分點(diǎn)。 這點(diǎn)主要是針對(duì)填空題和改錯(cuò)題，比如填空題經(jīng)常會(huì)考賦初值、選擇或循環(huán)的條件，那么改錯(cuò)題也經(jīng)常考這些知識(shí)點(diǎn)，但往往會(huì)故意賦一個(gè)錯(cuò)誤的初值，或把條件寫(xiě)錯(cuò)讓學(xué)生來(lái)改。因此在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該融入計(jì)算思維，在講解知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，不能只是照本宣科的講概念，而是提問(wèn)讓學(xué)生思考，讓學(xué)生帶著疑問(wèn)去學(xué)習(xí)，讓他們思考這些知識(shí)點(diǎn)可以解決哪些問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中可能會(huì)犯哪些錯(cuò)誤，尤其是把學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中犯的一些錯(cuò)誤在課堂上作為實(shí)例講解，這樣學(xué)生就能感同身受，從而達(dá)到事半功倍的效果。

4.4 教學(xué)實(shí)踐效果分析。 作者統(tǒng)計(jì)了學(xué)校相同專(zhuān)業(yè)2010級(jí)學(xué)生（采用常規(guī)教學(xué)）和2011級(jí)學(xué)生（采用計(jì)算思維教學(xué)）的國(guó)二通過(guò)率，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 國(guó)二通過(guò)率對(duì)比表 %

學(xué)生年級(jí)筆試通過(guò)率機(jī)試通過(guò)率2010級(jí)35.237.32011級(jí)63.881.0從表1可以看出，2010級(jí)學(xué)生的筆試和機(jī)試通過(guò)率接近，都只有1/3左右；而2011級(jí)融入計(jì)算思維的教學(xué)改革后，學(xué)生國(guó)二的筆試成績(jī)和機(jī)試成績(jī)都有了顯著的提高。但是由于筆試試題里有30分的公共基礎(chǔ)題，且涉及的概念較多，因此筆試通過(guò)率比單純只考程序設(shè)計(jì)的機(jī)試通過(guò)率低一些，但這些都在合理的范圍之內(nèi)。

5結(jié)語(yǔ)

計(jì)算思維無(wú)處不在，它作為一個(gè)問(wèn)題解決的工具，處處都會(huì)被使用。計(jì)算思維是每一個(gè)人在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的一種根本技能，因此教師應(yīng)該在大學(xué)教育教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。而計(jì)算思維的培養(yǎng)不是通過(guò)一兩門(mén)課程的教學(xué)就能解決的問(wèn)題，因此計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該貫穿于所有的課程教學(xué)中。自然，它應(yīng)當(dāng)有效的融入每一堂課中。

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