地方高校“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”算法思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

石云 陳聲波

摘要：地方普通高校“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程需要改變過去停留在匯集計(jì)算機(jī)專業(yè)各門課程前言或緒論的知識(shí)層面與“狹義工具論”的層面。為此本文以“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”培養(yǎng)算法思維為例，闡述“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程內(nèi)容融合董榮勝教授的“計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論——思想與方法”與戰(zhàn)德臣教授“計(jì)算之樹”教學(xué)體系，采取MOOC/SPOC及基于Moodle的混合式教學(xué)模式的教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；MOOC；SPOC；Moodle

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）02-0173-02

引言：

“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”是在計(jì)算機(jī)專業(yè)一年級(jí)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其面臨著內(nèi)容龐雜，學(xué)時(shí)不斷被縮減，而學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊的矛盾。“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”原本是一門舉足輕重、不可或缺、水平很高的課程。但現(xiàn)狀是“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”在各個(gè)學(xué)校被視為無足輕重、可有可無、水平不高的課程。究其原因有以下幾點(diǎn)：第一，課程內(nèi)容不清、目的不明確，沒有形成一個(gè)核心的內(nèi)容；第二，課程很多時(shí)間在講授事實(shí)，很少去講解思維，缺少思維訓(xùn)練，以至被很多人誤認(rèn)為“水平底”。第三，覺得大學(xué)一年級(jí)學(xué)生接受不了“深”的計(jì)算機(jī)知識(shí)，授課內(nèi)容定位越來越淺顯，以至面臨從人才培養(yǎng)方案被刪除的危險(xiǎn)。第四，課程內(nèi)容涉及的知識(shí)面比較窄，僅僅是講解一些語言和程序設(shè)計(jì)，然后用算法解題，不斷地讓學(xué)生做一道道的題目，這不符合“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”教學(xué)思路。第五，教學(xué)內(nèi)容的陳舊，以概念講概念，以概念講原理，過度地強(qiáng)調(diào)“用”，不正確地理解“用”，以為“用”就是“用軟件”、“用電腦”。這些都是影響“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程很嚴(yán)重的問題。這些問題怎么解決？計(jì)算機(jī)就是“用電腦”、“用軟件”嗎？計(jì)算機(jī)就是“編程序”嗎？“編程序”就是要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言嗎？什么是真正的會(huì)“編程序”？地方普通高校的計(jì)算機(jī)學(xué)生只需要擁有技能而不需要建立計(jì)算思維嗎？這些都是“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程改革面臨的問題。本文以“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程“算法”內(nèi)容為例，談?wù)劦胤狡胀ǜ咝Ｔ凇坝?jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程教學(xué)改革中的一些具體做法。

一、教學(xué)內(nèi)容搭建與教學(xué)策略

根據(jù)教育部計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)文件精神，參考“九校聯(lián)盟”（C9）[1]的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，地方普通高校明確了以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程改革方向。結(jié)合地方普通高校的實(shí)際，在課程內(nèi)容上將董榮勝教授的“計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論——思想與方法”[2]與戰(zhàn)德臣教授“計(jì)算之樹”教學(xué)體系[3]進(jìn)行融合，力爭實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)技能培養(yǎng)并重。下面以“算法”知識(shí)部分的教學(xué)為例進(jìn)行闡述。

“算法”是程序與計(jì)算系統(tǒng)的靈魂[4]，“算法”知識(shí)部分的教學(xué)采取案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，以旅行商問題（Traveling Salesman Problem，TSP）為例展開，全面講授如何探索出為解決TSP問題而采取的確定的、有限的步驟，即算法；此算法如何經(jīng)過不斷細(xì)化，最終能用計(jì)算機(jī)語言來表達(dá)，進(jìn)而被計(jì)算機(jī)執(zhí)行，產(chǎn)生TSP問題的最終計(jì)算結(jié)果。

TSP問題的求解過程及思維方法包括：數(shù)學(xué)建模（相關(guān)課程：數(shù)學(xué)建模，離散數(shù)學(xué)之集合論與圖論、數(shù)理邏輯等）→算法策略設(shè)計(jì)（相關(guān)課程：算法設(shè)計(jì)與分析）→算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→算法的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（相關(guān)課程：算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）→算法的程序設(shè)計(jì)（相關(guān)課程：高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)）→算法的正確性分析（相關(guān)課程：算法設(shè)計(jì)與分析）→算法的復(fù)雜性分析（相關(guān)課程：計(jì)算理論與計(jì)算復(fù)雜性）。

在講授“算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”時(shí)，引入Vcompter軟件進(jìn)行演示，使學(xué)生更易理解數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系以及這些邏輯關(guān)系如何在計(jì)算機(jī)中得以實(shí)現(xiàn)。為了讓學(xué)生更容易接受“算法的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，利用可視化工具軟件Raptor演示“順序結(jié)構(gòu)”、“選擇結(jié)構(gòu)”、“循環(huán)結(jié)構(gòu)”。考慮到大學(xué)一年級(jí)學(xué)生還沒有高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，采用簡單易學(xué)的可視化編程軟件Raptor進(jìn)行“算法的程序設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)。如圖1所示：

二、教學(xué)模式設(shè)計(jì)

“算法”知識(shí)部分的教學(xué)采取目前被計(jì)算機(jī)教育界積極倡導(dǎo)的MOOC/SPOC及基于Moodle的混合式教學(xué)模式。

首先，學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入“中國大學(xué)MOOC”，報(bào)名參加戰(zhàn)德臣教授等教學(xué)名師的大學(xué)計(jì)算機(jī)在線課程，利用課余時(shí)間，通過在線方式學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

其次，任課教師課前將“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)課件、教學(xué)微視頻、作業(yè)等信息上傳到基于Moodle的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)生在線學(xué)習(xí)及下載使用。

再次，學(xué)生完成作業(yè)后通過基于Moodle的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)提交，教師在線下載學(xué)生作業(yè)并進(jìn)行線下批閱，批閱后在線將分?jǐn)?shù)及評(píng)語反饋給學(xué)生。

最后，學(xué)生利用基于Moodle的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的即時(shí)聊天、討論區(qū)功能，對(duì)“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程中遇到的問題，通過聊天工具在線向老師進(jìn)行提問，或者通過討論區(qū)發(fā)布出來，學(xué)生和教師在線或離線討論。

MOOC/SPOC及基于Moodle的混合式教學(xué)模式可以解決有限的課堂教學(xué)時(shí)間與學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊的矛盾。學(xué)生們利用豐富、優(yōu)質(zhì)的課外教學(xué)資源提前學(xué)習(xí)或者課后復(fù)習(xí)，教師也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題，有針對(duì)性地解決學(xué)生的問題。當(dāng)然這樣的教學(xué)改革對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性，以及教師的敬業(yè)精神和業(yè)務(wù)水平都提出了更高的要求。

三、總結(jié)與展望

地方普通高校在“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程教學(xué)中，以用計(jì)算思維改造計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論要培養(yǎng)計(jì)算思維和信息素養(yǎng)的方針和原則為指導(dǎo)，融合董榮勝教授、戰(zhàn)德臣教授的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程知識(shí)體系的研究成果，結(jié)合本地高校學(xué)生的實(shí)際和人才培養(yǎng)目標(biāo)，汲取已開展計(jì)算思維教學(xué)改革的高校的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，積極探索適合本地高校的MOOC/SPOC及基于Moodle的混合式“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”的教學(xué)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)——《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》解讀[J].中國大學(xué)教學(xué)，2010，（09）：5-9.

[2]董榮勝.計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論——思想與方法[M].北京：高等教育出版社，2013.

[3]戰(zhàn)德臣，聶蘭順.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的基本思路[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，（02）：56-60.

[4]戰(zhàn)德臣，聶蘭順，張麗杰.大學(xué)計(jì)算機(jī)——計(jì)算與信息素養(yǎng)[M].北京：高等教育出版社，2015：136-171.