程序設(shè)計課程教學(xué)滲透計算思維的改革探索

董卓莉+肖樂

摘要：針對目前大學(xué)計算機通識平臺課程教學(xué)中“狹義工具論”的傳統(tǒng)思想限制學(xué)生思維能力發(fā)展的現(xiàn)狀，研究者分析了計算思維應(yīng)用在程序設(shè)計課程教學(xué)中的難點，并結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂，從教學(xué)大綱修訂、課程資源建設(shè)和教學(xué)活動方案實施等方面探索一條新路。這條新路將計算思維能力培養(yǎng)作為教學(xué)改革的核心目標(biāo)，它的推行與發(fā)展對學(xué)生有重要的意義。

關(guān)鍵詞：計算思維；程序設(shè)計課程；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)改革

一、教學(xué)現(xiàn)狀

長期以來，在高校非計算機專業(yè)的計算機基礎(chǔ)教育中，統(tǒng)治教與學(xué)雙方思想的是“狹義工具論”。近年，有關(guān)大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育的教研活動非常多，眾多高校將“計算思維能力培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)教育的核心目標(biāo)，要讓學(xué)生掌握計算技術(shù)中的核心思想與方法，使學(xué)生成為被社會需要的有價值的計算機人才。目前，諸多一線教師在教學(xué)實踐活動中積極探索并總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，堅持創(chuàng)新與教學(xué)改革。這些積極的探索雖然取得了一定的成績，但仍然沒有擺脫“狹義工具論”的影響，依然是傳統(tǒng)的“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)的延伸，沒有體現(xiàn)計算機基礎(chǔ)教育要達到的核心目標(biāo)。為此，研究者擬從教學(xué)大綱修訂、課程資源建設(shè)和教學(xué)活動方案實施等方面，探索將計算思維能力培養(yǎng)作為教學(xué)的核心目標(biāo)的新路子。

二、改革思路及方案

計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等的一系列思維活動，其本質(zhì)是抽象（Abstraction）和自動化（Automation）。國內(nèi)諸多學(xué)者都對計算思維進行了比較深入的解讀，也取得了一定的成績。然而，將培養(yǎng)計算思維能力有效地落實到具體的教學(xué)過程依然存在較大的挑戰(zhàn)：其一，對非專業(yè)的學(xué)生而言，開設(shè)計算思維導(dǎo)論課程是否有必要；其二，構(gòu)建基于計算思維培養(yǎng)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系難度較大；其三，細化計算思維的培養(yǎng)目標(biāo)到具體教學(xué)實踐活動中尚有難度，其難點包括怎樣將計算思維具體為能力特征點，教師如何以知識載體將特征點內(nèi)化為思維能力等。如果能將這些挑戰(zhàn)與問題都解決掉，那么，對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)是有重大作用與意義的。

（一）教學(xué)大綱中教學(xué)目標(biāo)及任務(wù)修訂

針對以上問題，研究者通過建立“計算”的基本意識、了解“計算”的基本功能、掌握“計算”的基本方法、會用“計算”的基本工具和具備“計算”的基本能力等五個途徑，以《c語言程序設(shè)計》為例子，提出了改革思路和改革方向，以期能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

教學(xué)大綱中明確提出教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生樹立問題建模和求解的基本意識（以c語言作為載體）；強調(diào)教師使學(xué)生初步理解“借助計算機來求解數(shù)學(xué)和工程問題的過程”：掌握將數(shù)學(xué)和工程問題轉(zhuǎn)化為程序設(shè)計問題的方法；要讓學(xué)生熟練掌握使用一種c程序的編譯工具（Visual Studio）用以調(diào)試c程序；由淺入深使學(xué)生初步理解計算思維的本質(zhì)是對問題的抽象和執(zhí)行流程的自動化。研究者認為，在教學(xué)大綱中強化對計算思維特征點的顯性描述，有助于指引教師將教學(xué)重點、難點及教學(xué)方向側(cè)重于思維能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有助于學(xué)生未來更長遠的發(fā)展。

（二）立體化的課程資源建設(shè)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與移動終端的普及，教學(xué)空間也必須向多元化的方向發(fā)展。研究者所在的教學(xué)團隊在多年的教學(xué)實踐中，通過多種形式切實挖掘了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的難點，并結(jié)合近年專家學(xué)者對計算思維的描述，初步開發(fā)了一系列網(wǎng)絡(luò)音視頻教學(xué)資源，并初步投入使用。音視頻資源內(nèi)容包括對重點算法的動畫展示、對經(jīng)典程序調(diào)試和運行的演示等。一方面，學(xué)生可以通過手機掃描二維碼下載學(xué)習(xí)課程資源；另一方面，教師也可以掃描二維碼了解學(xué)生下載課程資源的學(xué)習(xí)情況。信息的互通與反饋機制為教師針對重點、難點教學(xué)內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)課堂形式的教學(xué)活動提供了翔實的數(shù)據(jù)支撐，教師在后續(xù)的教學(xué)活動中可以有針對性地改善自己的方式。

（三）結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動實施方案

傳統(tǒng)課堂中學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性不強，學(xué)生缺乏獨立思考和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，教師在課堂上難以對教學(xué)內(nèi)容展開深入的討論。為此，研究者引入翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)“課堂知識傳授+課下知識內(nèi)化”的順序顛倒，針對程序設(shè)計與c語言內(nèi)容，設(shè)計合理的、由淺到深的教學(xué)案例，采用在線學(xué)習(xí)的方式，讓學(xué)生根據(jù)個體情況自主選擇學(xué)習(xí)資源，課前完成基本知識傳授，將知識內(nèi)化、提高的過程放在課堂上，由教師引導(dǎo)完成，具體的教學(xué)活動實施方案描述如上圖所示。實踐證明，實施翻轉(zhuǎn)課堂為教師開展計算思維能力培養(yǎng)和促進學(xué)生思維能力的發(fā)展贏得了寶貴的課堂時間，這有助于提高課堂效率、改善課堂教學(xué)效果并提升學(xué)生的計算思維能力。

三、結(jié)語與工作展望

對計算思維能力特征點的準(zhǔn)確描述與之在教學(xué)活動中的滲透，從根本上培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維能力，并提升了學(xué)生整體的思維能力，也響應(yīng)了通識平臺教育助力提升大學(xué)生素質(zhì)的要求。計算思維在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育中的改革實踐方興未艾，規(guī)范科學(xué)的教學(xué)體系、豐富的教學(xué)資源和良好的信息溝通渠道，將是眾多研究者下一步努力開展的工作目標(biāo)。