許可 閆朝坤 鞏妍茹

摘 要： 從操作系統(tǒng)，軟件研究和計(jì)算機(jī)教學(xué)辦法等多個(gè)方面，以多視角審視了當(dāng)今C++程序設(shè)計(jì)教程課程教學(xué)中的熱點(diǎn)問題。根據(jù)程序設(shè)計(jì)類課程與計(jì)算思維之間的內(nèi)在聯(lián)系，指出了該課程教學(xué)中的幾點(diǎn)不足，提出了一套教改思路和實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞： C++語言程序設(shè)計(jì)； C++教學(xué)改革； 實(shí)施方案； 程序設(shè)計(jì)類課程； 計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：TP3-05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2015）12-98-04

Research on the computational thinking oriented teaching reform of C++ programming course

Xu Ke1， Yan Chaokun1， Gong Yanru2

（1. School of Computer and Information Engineering Henan University， Kaifeng， Henan 475000， China；

2. Northwestern Polytechnical University Mingde College）

Abstract： From the operating system， software research and computer teaching methods and other aspects， the hot issues in the teaching of C++ programming course are viewed in a multi angles. According to the inherent connection between the course and the computational thinking， some problems in the course teaching are put forward， and a set of reform ideas and the implementation plan is put forward as well.

Key words： C++ language programming； C++ teaching reform； implementation plan； programming course； computational thinking

0 引言

隨著通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，與計(jì)算機(jī)有關(guān)的信息工程技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，與計(jì)算機(jī)有關(guān)的相關(guān)技術(shù)在商業(yè)運(yùn)作和工業(yè)生產(chǎn)中開始扮演重要的角色。C++程序設(shè)計(jì)教程是學(xué)生在大學(xué)里接觸到的第一門計(jì)算機(jī)專業(yè)編程基礎(chǔ)課，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣和編程技巧，激發(fā)學(xué)生的編程熱情和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)方面的掌握起到了重要的作用。如何順應(yīng)計(jì)算思維導(dǎo)向的C++程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革，改進(jìn)教學(xué)效果，增進(jìn)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決學(xué)習(xí)生活問題的能力，一直是教師和社會(huì)各界人士關(guān)注的焦點(diǎn)問題。

2006年3月，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（Jeannette M. Wing）教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上提出并定義了計(jì)算思維（Computational Thinking）。在周教授看來，計(jì)算思維的定義是：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、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)算思維一經(jīng)提出，就引起了很大關(guān)注和廣泛討論，激發(fā)了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者、教育家思考。

周教授認(rèn)為，計(jì)算思維吸取了問題解決所采用的一般數(shù)學(xué)思維方法，現(xiàn)實(shí)世界中巨大復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)估的一般工程思維方法，以及復(fù)雜性、智能、心理、人類行為的理解等的一般科學(xué)思維方法。在培養(yǎng)學(xué)生解析能力時(shí)，需要讓孩子們擁有閱讀，寫作以及計(jì)算的能力，還要讓他們學(xué)會(huì)計(jì)算思維，讓計(jì)算思維成為學(xué)生的一項(xiàng)能力。

計(jì)算思維是人類改造世界的最基本的思維模式。基于計(jì)算思維導(dǎo)向的C++程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革，可以讓學(xué)生擁有這項(xiàng)能力，掌握一種干凈、現(xiàn)代、優(yōu)雅的編程語言，可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)C++語言的編程思路和基本方法，使學(xué)生可以對(duì)問題進(jìn)行符合邏輯的科學(xué)分析，進(jìn)行針對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的科學(xué)分析、編程以及調(diào)試運(yùn)行。通過更好地學(xué)習(xí)C++語言，進(jìn)行算法編程，可以讓學(xué)生掌握一種技能，更好地適應(yīng)當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。

1 C++程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)意義

C++程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，它不僅成為計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心課程，而且已經(jīng)成為其他專業(yè)理工學(xué)生積極學(xué)習(xí)的一門課程。根據(jù)教學(xué)大綱要求以及具體實(shí)踐要求可知，C++程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)過程也是復(fù)雜程序設(shè)計(jì)的訓(xùn)練過程，要求學(xué)生根據(jù)C++的編寫程序要求使得結(jié)構(gòu)清楚和正確易讀，符合正確編碼的規(guī)范。

C++語言通過對(duì)高級(jí)抽象的支持，極大地簡(jiǎn)化了語言的復(fù)雜性，使之變得高效實(shí)用。而且C++語言從C語言進(jìn)化而來，是C語言的超集，整體代碼使用函數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，整體代碼呈現(xiàn)簡(jiǎn)潔明了的特點(diǎn)。C++語言也實(shí)現(xiàn)了許多特有的功能，比如引用就是C++語言特有的，C++面向?qū)ο蟮某绦蚰軌虮蝗碎喿x與理解，它不僅包含了程序設(shè)計(jì)對(duì)語言要求的基本知識(shí)，體現(xiàn)了解決問題的方法，而且還展現(xiàn)了其與計(jì)算思維的關(guān)系。

C++語言教學(xué)，體現(xiàn)著創(chuàng)新性思維的教學(xué)培養(yǎng)過程，涉及提出問題，分析問題，抽象表達(dá)，解決問題等多項(xiàng)技能，有利于學(xué)生得學(xué)習(xí)能力，思考問題能力，邏輯思維能力，綜合創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。鄧小平指出“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，二十一世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)就是對(duì)人才的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)科技的競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)大學(xué)生的實(shí)踐和動(dòng)手操作能力提出了新的要求。在這種要求的推動(dòng)下，C++課程的教學(xué)定位應(yīng)該變成以計(jì)算思維為導(dǎo)向，深刻探討培養(yǎng)學(xué)生能力的一門學(xué)科。

2 國(guó)內(nèi)外C++語言課程的教學(xué)現(xiàn)狀

2008年，ACM明確提出將計(jì)算思維作為計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)的重要組成部分。2010年7月，在西安交通大學(xué)召開的《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》會(huì)議中提出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要任務(wù)是對(duì)于學(xué)生的計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。國(guó)內(nèi)教育界對(duì)于C++語言的教學(xué)十分重視，國(guó)內(nèi)知名的專家學(xué)者除了編寫和翻譯大量C++語言學(xué)習(xí)資料外，還努力將許多優(yōu)秀的學(xué)習(xí)方法和教學(xué)方法展現(xiàn)給學(xué)生。筆者總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)并引進(jìn)國(guó)外的學(xué)習(xí)理論，對(duì)C++語言教學(xué)進(jìn)行了很多有益的改進(jìn)和教學(xué)改革嘗試。例如我校采用了由錢能先生編寫，清華大學(xué)出版社出版的《C++語言程序設(shè)計(jì)教程（修訂版）——設(shè)計(jì)思想與實(shí)現(xiàn)》一書，這也是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)大多數(shù)大學(xué)在計(jì)算機(jī)培養(yǎng)方面對(duì)于學(xué)生C++語言學(xué)習(xí)領(lǐng)域采用最為廣泛的一本中文教材。通過對(duì)于C++語言學(xué)生學(xué)習(xí)的廣泛調(diào)研，我們總結(jié)出了一些教學(xué)方面的不足，現(xiàn)簡(jiǎn)單歸納如下：

⑴ 上課師生互動(dòng)提問環(huán)節(jié)應(yīng)該增多；

⑵ 應(yīng)該更加重視學(xué)生實(shí)踐能力，增多上機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)；

⑶ 學(xué)生對(duì)算法的理解和對(duì)具體問題的抽象能力有待提高；

⑷ 注重培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣，重視編碼的簡(jiǎn)潔性，可讀性和運(yùn)行速度問題。

⑸ 需要改善傳統(tǒng)考核方式，使動(dòng)手能力得到足夠的重視；

⑹ 課堂增加對(duì)程序的演示和運(yùn)行環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和引起學(xué)生對(duì)程序操作的重視。

3 C++程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究

針對(duì)以上問題，我們需要對(duì)C++語言的教學(xué)進(jìn)行改革，以計(jì)算思維為導(dǎo)向的C++語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革可以完美地解決上述問題。

⑴ 增多師生互動(dòng)

傳統(tǒng)教學(xué)大多是“老師講，學(xué)生聽”的模式，這種古老的師生間耳提面命的教學(xué)方式已經(jīng)不適應(yīng)于當(dāng)前科技日新月異的時(shí)代，傳統(tǒng)的墨守成規(guī)的教學(xué)方式使老師不會(huì)及時(shí)了解學(xué)生對(duì)當(dāng)前知識(shí)的理解掌握程度，一味得向前推進(jìn)課程，長(zhǎng)此以往，會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和對(duì)知識(shí)的掌握程度，不會(huì)做到融會(huì)貫通，當(dāng)然也會(huì)影響老師對(duì)于知識(shí)點(diǎn)教學(xué)程度的判斷，使師生的學(xué)習(xí)進(jìn)度受到影響。以計(jì)算思維為導(dǎo)向的C++語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，要求講師避免傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)方式，在課堂上與學(xué)生多溝通，及時(shí)了解學(xué)生掌握情況，注重通過學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)生思維方式的培養(yǎng)。計(jì)算思維是人的思維，不是計(jì)算機(jī)的思維，這就要求我們注重課堂師生互動(dòng)，講師通過讓學(xué)生理解所講內(nèi)容，形成學(xué)生的相應(yīng)思維邏輯，也可以體現(xiàn)計(jì)算思維是人類解決問題的一種方式，并不是需要人類像計(jì)算機(jī)一樣思考，不要機(jī)械刻板，不知變通。比如在講到一個(gè)關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，講師應(yīng)該對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，講解完后可以通過向?qū)W生提問來了解學(xué)生的理解掌握程度，如果學(xué)生的反應(yīng)迷茫不知所措，就再講一遍，或者通過講解例題，穿插知識(shí)點(diǎn)的講解，使學(xué)生由不會(huì)到會(huì)，再到充分掌握，可以進(jìn)行創(chuàng)造性思維，提出創(chuàng)造性成果的過程。

⑵ 增多學(xué)生上機(jī)實(shí)戰(zhàn)環(huán)節(jié)

計(jì)算機(jī)專業(yè)是一個(gè)偏向應(yīng)用的理工類專業(yè)，這就要求學(xué)生具有高超的操作動(dòng)手能力，如果只強(qiáng)調(diào)要求學(xué)生對(duì)書本概念知識(shí)點(diǎn)重要掌握，就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力嚴(yán)重欠缺，養(yǎng)成“只說不做”的習(xí)慣和“紙上談兵”的缺點(diǎn)，違背了C++語言的教學(xué)初衷?，F(xiàn)代社會(huì)的求職就業(yè)要求國(guó)內(nèi)大學(xué)培養(yǎng)出具有實(shí)戰(zhàn)能力的人才。C++語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，讓學(xué)生通過自己編寫小軟件，小程序，來增強(qiáng)自我認(rèn)同感和編程的興趣，同時(shí)使之成為一種技能，一種可以在現(xiàn)代社會(huì)生活中發(fā)揮作用的技能。比如通過讓學(xué)生在上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)里獨(dú)立制作一段小程序，使用到很多概念知識(shí)點(diǎn)，如指針，鏈表，引用，類，繼承與虛函數(shù)等，并在實(shí)戰(zhàn)中靈活掌握它們。同時(shí)讓學(xué)生應(yīng)用到多種優(yōu)秀的編譯開發(fā)環(huán)境，使學(xué)生明白它們各自的優(yōu)點(diǎn)/特色，從而從根本上掌握它們。

⑶ 增強(qiáng)學(xué)生對(duì)具體問題的抽象問題

學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，不僅要求開發(fā)工具實(shí)用，而且要在運(yùn)用程序設(shè)計(jì)的思想上獲得一個(gè)大的突破。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言的目的是解決現(xiàn)實(shí)世界里的問題。計(jì)算思維的本質(zhì)就是抽象化和自動(dòng)化，其中抽象化包含遞歸，轉(zhuǎn)換，嵌入等方法，可以把一個(gè)復(fù)雜問題轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單子問題進(jìn)行求解的過程，可以在計(jì)算機(jī)里解決現(xiàn)實(shí)世界的具體問題，這就要求講師在教學(xué)過程中融入對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中滲入重要算法的使用，著重強(qiáng)調(diào)算法分析和使用能力，通過設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目讓學(xué)生完成對(duì)實(shí)際問題的思考，解決，深入體會(huì)算法的美妙，在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題中提高學(xué)生的計(jì)算思維能力和將問題抽象化的能力。現(xiàn)今科技發(fā)展日新月異，唯有利用計(jì)算思維為導(dǎo)向著的C++語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，才會(huì)令學(xué)生掌握必要的解決實(shí)際問題和抽象化問題的能力。比如在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中穿插一些重要基本的算法，講師還需要準(zhǔn)備具有啟發(fā)性和實(shí)際意義的案例，并且要求學(xué)生利用講過的算法實(shí)際編碼來解決這些問題，進(jìn)而掌握問題求解的基本方法和基本思維。

⑷ 注重培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣

計(jì)算思維與數(shù)學(xué)思維具有交叉性和互補(bǔ)性，計(jì)算思維的形式化表達(dá)是在數(shù)學(xué)思維的基礎(chǔ)之上構(gòu)建起來的。利用計(jì)算機(jī)來展現(xiàn)人的數(shù)學(xué)思維，這就要求使用適合的語言來表示，比如要求學(xué)生在可以解決問題的前提下，在代碼里適當(dāng)選擇循環(huán)方式，遞歸方式，嵌套來實(shí)現(xiàn)他們的思想，使用不同的編碼方式，會(huì)影響程序運(yùn)行時(shí)間和代碼的時(shí)間復(fù)雜度，這在C++代碼里是極為重要的。比如組織學(xué)生參加的全國(guó)ACM大賽，對(duì)于同一個(gè)問題，在可以得出問題答案的前提下，還要求限制代碼的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，所以講師也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)學(xué)生的編碼規(guī)范性問題。以計(jì)算思維為導(dǎo)向的C++語言程序設(shè)計(jì)課程中，計(jì)算思維不是把人的思維固定化到機(jī)械的計(jì)算機(jī)模式里，而是盡力構(gòu)造求解實(shí)際問題的一種恰當(dāng)方法，人借助計(jì)算機(jī)來解決實(shí)際問題。這就要求代碼有可讀性，讓自己和讀者理解具體思維過程，在大型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目里，保證代碼的可讀性，有利于軟件文檔的編寫和后續(xù)工作的開展，可以讓其他人員理解代碼的含義，并且有利于糾正代碼里的小錯(cuò)誤。

⑸ 改善傳統(tǒng)考核方式

傳統(tǒng)考試主要是對(duì)知識(shí)點(diǎn)和具體概念的考察，對(duì)于像C++語言這樣的強(qiáng)調(diào)具體實(shí)用性的課程而言有很大的局限性。在C++語言的考核里加入對(duì)于實(shí)際應(yīng)用程序的考核，不僅遵循了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，不用強(qiáng)迫學(xué)生去死記硬背一些概念，而且可促使學(xué)生在理解知識(shí)的同時(shí)，訓(xùn)練基于C++語言進(jìn)行分析問題和解決問題的能力，讓考核與實(shí)際教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生的計(jì)算思維能力在學(xué)習(xí)中自然形成。C++語言的程序設(shè)計(jì)課程要求教會(huì)學(xué)生編寫程序，評(píng)價(jià)程序，優(yōu)化程序，教師在教學(xué)過程里把計(jì)算思維分解為了一系列屬于計(jì)算思維的內(nèi)容和技巧，通過每一節(jié)課的講授，讓學(xué)生理解掌握并且內(nèi)化為自己的思維方式。所以我們?cè)诳己诉^程里提出加入相應(yīng)的程序分析編寫類的題目，并且把上機(jī)環(huán)節(jié)的考試權(quán)重加大，從根本上增大學(xué)生的重視，除了可以檢查平時(shí)學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)并打分外，還可以讓學(xué)生向老師提出編程和分析問題小技巧，對(duì)此應(yīng)該酌情考慮加分，以鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)編程的熱情與思考。

3 結(jié)束語

以計(jì)算思維為導(dǎo)向的C++語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革是必要而且必須的，也是勢(shì)在必行的。實(shí)現(xiàn)以“計(jì)算思維”為導(dǎo)向的課程改革，首先應(yīng)該從計(jì)算思維能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，深入貫徹落實(shí)C++語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，重新審視教學(xué)實(shí)踐的各個(gè)方面，對(duì)課程教案分析和講課節(jié)奏進(jìn)行重新設(shè)置，以計(jì)算思維為導(dǎo)向，重新設(shè)計(jì)C++語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)計(jì)劃，在教學(xué)中著重培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算思維來分析解決問題的能力，這些需要廣大同仁的長(zhǎng)期探索與實(shí)踐。

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