基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)研究

潘艷

【摘 要】隨著人工智能等計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和普及，擁有計(jì)算思維和編程實(shí)踐能力成為智能化時(shí)代的入場(chǎng)券，這對(duì)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)提出了挑戰(zhàn)。本文從課程中引入計(jì)算思維的必要性入手，重點(diǎn)從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)踐考核方式幾個(gè)方面進(jìn)行改革，以到計(jì)算思維培養(yǎng)的課程目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；教學(xué)

一、引言

《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出“在提高教育質(zhì)量方面，著力提升學(xué)生思想道德水平、社會(huì)責(zé)任感和法治意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神與能力，強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手能力。”對(duì)于計(jì)算機(jī)各相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)的第一門專業(yè)課程C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和編程的實(shí)踐能力是課程建設(shè)的方向和目標(biāo)。

二、計(jì)算思維的引入

隨著人工智能等計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合也不在局限于計(jì)算機(jī)學(xué)科，眾多的科學(xué)領(lǐng)域被冠以“計(jì)算”之名，如計(jì)算物理學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算化學(xué)等。因此，擁有利用計(jì)算機(jī)這一工具，解決實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算思維能力，成為目前智能化時(shí)代的入場(chǎng)券。

計(jì)算思維是美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在2006年美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》提出的。她認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維不僅是計(jì)算機(jī)學(xué)科的思維方式，是每個(gè)人都要掌握的一種解決實(shí)際問(wèn)題的技能。

目前，計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生普遍存在著思維固化、缺乏計(jì)算思維等問(wèn)題，這是導(dǎo)致其創(chuàng)新能力薄弱的重要原因，這就對(duì)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。C語(yǔ)言作為接近計(jì)算機(jī)硬件的一種語(yǔ)言，普遍被用于計(jì)算機(jī)各相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)的入門課程，是理解計(jì)算機(jī)世界的有效途徑。因此，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程有著不可替代的重要意義。

一直以來(lái)，很多院校仍將C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程定位在知識(shí)傳授上，C語(yǔ)言教學(xué)都是圍繞語(yǔ)法知識(shí)這個(gè)主線展開(kāi)，雖然這種教學(xué)模式可以循序漸進(jìn)地把C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想和知識(shí)傳授給學(xué)生，但是很難培養(yǎng)計(jì)算思維和創(chuàng)新能力。因此，在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂?jì)算思維培養(yǎng)為核心的課程改革勢(shì)在必行。

三、基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革

（一）更新教學(xué)理念

在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革中，首要轉(zhuǎn)變的是教學(xué)理念，必須從傳統(tǒng)重分?jǐn)?shù)的應(yīng)試教育轉(zhuǎn)變?yōu)橹啬芰Φ乃刭|(zhì)教育，從傳統(tǒng)的傳授知識(shí)為核心轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘囵B(yǎng)計(jì)算思維和創(chuàng)新能力為核心，從傳統(tǒng)的教師為中心，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為中心，尤其是網(wǎng)絡(luò)教育資源共享化的今天，必須從傳統(tǒng)的課堂教學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)主。要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷構(gòu)建自己的知識(shí)體系，養(yǎng)成主動(dòng)的、不斷探索的、自我更新、學(xué)以致用和優(yōu)化知識(shí)的終身學(xué)習(xí)習(xí)慣。因此，在課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上以及教學(xué)方法的使用上，要遵從學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以學(xué)生感興趣的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，吸引其主動(dòng)參與到教學(xué)活動(dòng)，采用以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法為主，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主探究解決問(wèn)題的所需要的知識(shí)和方法，從而形成分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的計(jì)算思維能力。

（二）重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的以C語(yǔ)言的知識(shí)為主線的教學(xué)內(nèi)容組織方式重視語(yǔ)法知識(shí)的完整表達(dá)，側(cè)重語(yǔ)法帶動(dòng)程序設(shè)計(jì)過(guò)程的理解，其一般順序?yàn)楦攀觥⒒菊Z(yǔ)法規(guī)則、程序控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體和文件，這種形式，這使得語(yǔ)法的學(xué)習(xí)比較單調(diào)枯燥。尤其是基本語(yǔ)法規(guī)則的教學(xué)，實(shí)際應(yīng)用性不強(qiáng)，容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，這也是很多學(xué)生學(xué)不好C語(yǔ)言的重要原因。基于計(jì)算思維的教學(xué)內(nèi)容組織方式側(cè)重結(jié)構(gòu)和思想的深入理解帶動(dòng)基本語(yǔ)法的理解，其一般順序?yàn)楦攀觥⒑?jiǎn)單程序、程序控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組引入、函數(shù)思想、結(jié)構(gòu)體和鏈表的應(yīng)用和文件的應(yīng)用。重構(gòu)后的教學(xué)內(nèi)容將基本語(yǔ)法規(guī)則滲透到了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)過(guò)程中，并在教學(xué)過(guò)程中往往以有趣的或者實(shí)際問(wèn)題為切入點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，課堂上以問(wèn)題求解為核心，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索問(wèn)題的解決思路，最后幫助學(xué)生運(yùn)用新知識(shí)實(shí)現(xiàn)此問(wèn)題。例如：在分支結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容的組織上，設(shè)計(jì)基于交通測(cè)速儀實(shí)現(xiàn)超速記分系統(tǒng)的實(shí)際用提出問(wèn)題，讓學(xué)生探索解決問(wèn)題的思路和方法，介紹分支結(jié)構(gòu)的不同實(shí)現(xiàn)語(yǔ)句，同時(shí)嵌入了比較、關(guān)系運(yùn)算符和條件運(yùn)算符的使用，讓學(xué)生在解決實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中掌握知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)，最后引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)此超速記分系統(tǒng)，從而達(dá)到計(jì)算思維和實(shí)踐能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

（三）更新教學(xué)方法

傳統(tǒng)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程采用將知識(shí)和結(jié)論直接傳授給學(xué)生的講授式為主的教學(xué)方法，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握是被動(dòng)的行為，是一種間接的體驗(yàn)，容易形成思維定式，限制了學(xué)生的想象力和創(chuàng)造能力，不適合學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。隨著大規(guī)模的大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）資源的開(kāi)放和共享，基于問(wèn)題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)方法尤為適合當(dāng)前的情形，PBL以解決問(wèn)題為中心，以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，強(qiáng)調(diào)教師的引導(dǎo)作用，把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的真實(shí)問(wèn)題情景中，充分調(diào)用了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，通過(guò)多種學(xué)習(xí)途徑，學(xué)生自主探究和合作來(lái)解決問(wèn)題，從而學(xué)習(xí)隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力，從而達(dá)到對(duì)計(jì)算思維、溝通合作能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

（四）完善考核方式

C語(yǔ)言程序課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，以往的教學(xué)過(guò)程中教師授課偏重語(yǔ)法，考核形式也以語(yǔ)法和語(yǔ)義的理解以及簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)進(jìn)行考核，一般采用閉卷筆試的形式為主，上機(jī)實(shí)踐考核為輔。這種考核方式使得學(xué)生重語(yǔ)法輕實(shí)踐，不能很好的檢驗(yàn)學(xué)生的計(jì)算思維和實(shí)踐動(dòng)手編程能力。因此，改變?cè)械目己朔绞骄哂蟹e極的引導(dǎo)作用。采用類ACM競(jìng)賽類型題或者基于某一需要解決的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐考核與解決具體實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐項(xiàng)目開(kāi)放式實(shí)踐考核的形式更適合C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，擁有計(jì)算思維和編程實(shí)踐能力成為智能化時(shí)代的入場(chǎng)券，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程作為第一門入門語(yǔ)言，自然肩負(fù)著從現(xiàn)實(shí)世界過(guò)渡到計(jì)算機(jī)世界，理解計(jì)算機(jī)世界的處理問(wèn)題的思維方式——計(jì)算思維的重任。加之互聯(lián)網(wǎng)上大量的優(yōu)質(zhì)MOOC資源的開(kāi)放和共享，促使我們不得不對(duì)現(xiàn)有的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)進(jìn)行改革。因此，必須將計(jì)算思維貫穿到C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中來(lái)，更新以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，以注重實(shí)踐為導(dǎo)向，對(duì)C語(yǔ)言教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全方位的重構(gòu)，通過(guò)多中教學(xué)方式和方法的使用，充分調(diào)用學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，從而提高教學(xué)質(zhì)量，以達(dá)到課程培養(yǎng)具有計(jì)算思維和實(shí)踐編程能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

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