摘要：隨著信息化技術(shù)的發(fā)展加快，如何提高計(jì)算機(jī)人才的程序設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力顯得尤為重要。本文從算法的一題多解入手，探討對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。這一方法對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高其程序設(shè)計(jì)及編程實(shí)踐能力起到了極大的促進(jìn)作用。采用這個(gè)方法進(jìn)行教學(xué)，能達(dá)到理想的教學(xué)效果。
　　關(guān)鍵詞：算法；程序設(shè)計(jì)；計(jì)算思維；能力培養(yǎng)
　　
　　1研究背景
　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心課程，是計(jì)算機(jī)理論與技術(shù)的重要基石。它主要研究計(jì)算機(jī)加工對(duì)象的邏輯結(jié)構(gòu)、在計(jì)算機(jī)中的表示形式以及實(shí)現(xiàn)各種基本操作的算法。它是學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、軟件工程等計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程的基礎(chǔ)，掌握好這門(mén)課程的內(nèi)容，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)其他相關(guān)課程的必備條件。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)抽象能力、算法設(shè)計(jì)能力以及構(gòu)造算法思維方法的能力。
　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)過(guò)程，是算法構(gòu)造性思維方法的訓(xùn)練過(guò)程，技能培養(yǎng)的重要程度不亞于知識(shí)傳授。本門(mén)課程教學(xué)難點(diǎn)在于讓學(xué)生理解、習(xí)慣算法構(gòu)造思維方法。培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)抽象能力、算法設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)造性思維方法，才能使其舉一反三、觸類(lèi)旁通，從而達(dá)到應(yīng)用知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的目的。通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維的能力。
　　程序設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)體系中處于核心地位，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)不僅是職業(yè)技能的培養(yǎng)，也體現(xiàn)著創(chuàng)造性思維的信息素質(zhì)培養(yǎng)過(guò)程。程序設(shè)計(jì)也是有形表達(dá)抽象思維的方法，在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中貫穿閱讀判斷、分析思考、工具利用、抽象表達(dá)、綜合創(chuàng)造等多項(xiàng)技能，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才素質(zhì)的培養(yǎng)至關(guān)重要[1]。如何培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)和計(jì)算思維能力，是我們?cè)诮虒W(xué)中思考的一個(gè)問(wèn)題，我們將這一教學(xué)理念融入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)中，取得了理想的效果。
　　2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)面臨的困境
　　我們根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地組織、存儲(chǔ)和處理，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的高效率的算法，這是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程所要研究和解決的問(wèn)題。由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有抽象性和靈活性等特點(diǎn)，這給教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來(lái)一定的困難[2]。學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較吃力，有學(xué)生反映，他們課上聽(tīng)懂了，但是一下來(lái)做作業(yè)，就會(huì)不知道如何下手。有部分學(xué)生感覺(jué)對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)缺乏興趣，他們不知道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能用在什么地方、到底有沒(méi)有用。
　　3培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的重要性
　　很多專家、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。大部分人都認(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。
　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)步也非常迅速，新的知識(shí)大約每?jī)赡昃统砷L(zhǎng)一倍，學(xué)生大一所學(xué)的新知識(shí)，到大三可能就已過(guò)時(shí)。那么，我們到底要給學(xué)生些什么呢？2010 年最迫切需要的十種工作，在2000年時(shí)可能根本還不存在。因此，我們面臨的挑戰(zhàn)是要教學(xué)生面對(duì)目前還不存在的工作，使用現(xiàn)在還沒(méi)有發(fā)明的科技。不管我們的課程怎么設(shè)置，重點(diǎn)是要教會(huì)他們進(jìn)入社會(huì)后能夠解決沒(méi)有想過(guò)，甚至沒(méi)發(fā)生過(guò)的新問(wèn)題。在這個(gè)概念下，關(guān)心到學(xué)生真正的需要，如何從“學(xué)什么”(內(nèi)容)轉(zhuǎn)到“如何學(xué)”(過(guò)程)[3]。不管環(huán)境、知識(shí)需求如何變化，有了良好的計(jì)算思維品質(zhì)，就可以以不變應(yīng)萬(wàn)變。關(guān)鍵是看有沒(méi)有這個(gè)思維，對(duì)這個(gè)問(wèn)題是如何思考，有沒(méi)有想法，有沒(méi)有解決問(wèn)題的辦法。所以，我們必須加強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。
　　4算法與計(jì)算思維
　　4.1算法
　　算法是解決問(wèn)題的方法，根據(jù)圖靈獎(jiǎng)得主D.E.Knuth的定義：一個(gè)算法就是一個(gè)有窮規(guī)則的集合，其中規(guī)則規(guī)定一個(gè)解決某一特定類(lèi)型問(wèn)題的操作序列。學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程時(shí)，將通過(guò)算法設(shè)計(jì)并由計(jì)算機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)來(lái)體驗(yàn)問(wèn)題求解的思維訓(xùn)練。算法的操作時(shí)序性確保問(wèn)題求解過(guò)程是按步驟進(jìn)行的，這種執(zhí)行規(guī)則非常簡(jiǎn)單機(jī)械。所以，教學(xué)過(guò)程中要使學(xué)生經(jīng)歷算法化過(guò)程并體驗(yàn)計(jì)算思維，它有利于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和形式邏輯能力。培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，最終形成計(jì)算思維[4]。
　　4.2計(jì)算思維
　　4.2.1計(jì)算思維的概念
　　計(jì)算思維一詞由Jeannette M. Wing(周以真教授)于2006年提出[5]，其定義是：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)行為。它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。
　　4.2.2計(jì)算思維能做什么
　　計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能，不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家。我們應(yīng)當(dāng)使每個(gè)孩子在培養(yǎng)解析能力時(shí)不僅掌握閱讀、寫(xiě)作和算術(shù)(Read