李瑞芳　王莉利　劉金月　王躍萍　時(shí)貴英

摘 要 在對(duì)計(jì)算思維、非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)特點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，提出了“三位一體兩重點(diǎn)”的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式，旨在幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解意識(shí)、提高綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞 計(jì)算思維 程序設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.050

Teaching Mode of Computer Programming Course Based on

Ability Training of Computational Thinking

LI Ruifang， ?WANG Lili， ?LIU Jinyue， ?WANG Yueping， ?SHI Guiying

（School of Computer & Information Technology， Northeast Petroleum University， Daqing， Heilongjiang 163318）

Abstract Based on the research of computational thinking， learning characteristics of non-computer professional students， and teaching characteristics of computer programing course， the teaching mode of "three aspects-one center-two key" is put forward， which aims to help students to establish the sense of solving problem by computer， ?improve the comprehensive application ability， ?and cultivating computational thinking of students.

Key words computational thinking; programming; computer basic education

自2006年3月，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授系統(tǒng)地闡述了計(jì)算思維的概念;2010年7月“九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”發(fā)表聯(lián)合聲明把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)以后，計(jì)算思維得到了國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。①程序設(shè)計(jì)課程是我校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生普遍開(kāi)設(shè)的一門(mén)必修課和基礎(chǔ)課，蔣宗禮教授、龔沛曾教授、何欽銘教授和馮博琴教授一致認(rèn)為程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容，對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)具有重要作用，是典型的計(jì)算思維課程。②③④⑤因此，如何在程序設(shè)計(jì)課程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解意識(shí)，使程序設(shè)計(jì)課成為名副其實(shí)的傳授基本知識(shí)、提高應(yīng)用能力、培養(yǎng)計(jì)算思維的大學(xué)通識(shí)教育課程成為新形勢(shì)下亟需解決的問(wèn)題。因此，筆者在對(duì)計(jì)算思維、非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)特點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，提出了“三位一體兩重點(diǎn)”的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式，全面培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

1 計(jì)算思維

計(jì)算思維最早是由麻省理工學(xué)院的Seymour Papert教授于1996年提出的，而把它提到前臺(tái)，引起人們廣泛關(guān)注的是美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授。⑥2006年3月，周以真教授在ACM會(huì)刊《Communications of the ACM》上提出了計(jì)算思維的概念。周教授認(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)。⑦計(jì)算思維能力是指人們運(yùn)用計(jì)算思維方法進(jìn)行思考的能力，通常是通過(guò)引導(dǎo)人們學(xué)習(xí)、掌握這種思維方法，有效地將其用于問(wèn)題的求解，以達(dá)到培養(yǎng)他們的計(jì)算思維能力的目的。⑧

2 “三位一體兩重點(diǎn)”的教學(xué)模式

在對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求特點(diǎn)、程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)特點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，筆者提出“三位一體兩重點(diǎn)”的計(jì)算思維能力培養(yǎng)模式，即以學(xué)生為主體，著眼于算法思維和系統(tǒng)思維兩個(gè)重點(diǎn)，從“理論—實(shí)踐—考核”三個(gè)方面，選擇正確的教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式與考核方法，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合培養(yǎng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2.1 改進(jìn)課堂教學(xué)，推進(jìn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)

針對(duì)以往程序設(shè)計(jì)課程中重語(yǔ)法、輕算法;重基礎(chǔ)、輕應(yīng)用;重統(tǒng)一要求，輕個(gè)性發(fā)展;學(xué)生機(jī)械模仿、獨(dú)立思考和靈活應(yīng)用能力差等問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中以計(jì)算思維中的算法思維和系統(tǒng)思維的培養(yǎng)為契機(jī)，對(duì)現(xiàn)有教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新組織和梳理。算法思維和系統(tǒng)思維是兩種重要的計(jì)算思維，是利用計(jì)算求解具體問(wèn)題的兩大關(guān)鍵點(diǎn)。算法思維的教學(xué)重點(diǎn)是設(shè)計(jì)算法，設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)的算法，設(shè)計(jì)可在有限時(shí)間與空間內(nèi)執(zhí)行的算法，設(shè)計(jì)盡可能快速的算法;系統(tǒng)思維的教學(xué)重點(diǎn)是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，即系統(tǒng)的構(gòu)造。⑨在程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)中，強(qiáng)化這兩種計(jì)算思維，主要包括：

（1）在大一上學(xué)期開(kāi)設(shè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，對(duì)算法的基本概念以及經(jīng)典的算法策略、算法的評(píng)價(jià)與分析進(jìn)行簡(jiǎn)單講解，為程序設(shè)計(jì)課程中講算法奠定一定的基礎(chǔ)。

（2）在程序設(shè)計(jì)課程的初級(jí)階段，講課的重點(diǎn)放在分析問(wèn)題和對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象方面。選擇一些趣味性強(qiáng)的貼近實(shí)際的案例，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的思路和方法，著眼于算法，采用案例法、探究法等多種授課模式，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和編程興趣。endprint

（3）在程序設(shè)計(jì)課程的后期，講解一些綜合性的應(yīng)用程序。經(jīng)過(guò)前期的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)到了一些零散的基礎(chǔ)知識(shí)，但對(duì)于程序缺乏綜合性的感受，“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”，因此，課堂上會(huì)講解一些綜合性的程序，例如VB程序設(shè)計(jì)課程可以講解記事本程序，將菜單、狀態(tài)欄、通用對(duì)話框、文件的讀寫(xiě)等知識(shí)融合到一體，編寫(xiě)成為一個(gè)實(shí)用的小程序;同時(shí)還可以編寫(xiě)一個(gè)畫(huà)圖程序，將圖片框、Toolbar、ImageList、畫(huà)圖方法、命令按鈕、菜單等融為一體，實(shí)現(xiàn)直線、曲線、圓、矩形的動(dòng)態(tài)繪制。逐步培養(yǎng)學(xué)生編寫(xiě)綜合性應(yīng)用程序的能力，提高學(xué)生的系統(tǒng)思維能力。

2.2 加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化計(jì)算思維能力的培養(yǎng)

充分考慮非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的認(rèn)知能力和習(xí)慣，規(guī)劃上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)形式和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。題目先易后難，教師課堂導(dǎo)學(xué)和學(xué)生自主探索相結(jié)合;注重基礎(chǔ)同時(shí)培養(yǎng)興趣，必做和選做相結(jié)合，使學(xué)生通過(guò)科學(xué)的上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，體會(huì)和理解計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的方法和思維模式。

（1）加強(qiáng)學(xué)生對(duì)上機(jī)實(shí)驗(yàn)重要性的認(rèn)識(shí)。程序設(shè)計(jì)課程是一門(mén)理論與實(shí)踐并重，既注重基礎(chǔ)知識(shí)又需要反復(fù)實(shí)踐的課程。在第一節(jié)理論課上，就要和學(xué)生講清楚，程序設(shè)計(jì)不是聽(tīng)會(huì)的，也不是看會(huì)的，而是練會(huì)的，從而使他們認(rèn)識(shí)到上機(jī)實(shí)踐的重要性，在實(shí)踐的同時(shí)，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的計(jì)算思維能力。

（2）精心組織實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，強(qiáng)化計(jì)算思維。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅僅是理論課堂所授知識(shí)的簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)，還要給學(xué)生留出創(chuàng)新的空間。所以每節(jié)實(shí)驗(yàn)課安排7道實(shí)驗(yàn)題目，前4道為基礎(chǔ)知識(shí)，是每個(gè)學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，旨在使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)課堂講授內(nèi)容的鞏固與理解;后3道為具有一定難度和綜合性的題目，旨在讓基礎(chǔ)較好、能力較強(qiáng)的學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)自己分析問(wèn)題，能靈活地利用所學(xué)知識(shí)解決相關(guān)問(wèn)題。而且所有的題目都安排了相應(yīng)的思考題，使學(xué)生在解決既有問(wèn)題的情況下，能舉一反三，解決類似的問(wèn)題，達(dá)到知識(shí)的活學(xué)活用。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生探索用多種方法解決實(shí)驗(yàn)題目，比較優(yōu)劣，激發(fā)學(xué)生大膽創(chuàng)新，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還增加了一些學(xué)生感興趣的實(shí)際問(wèn)題，比如在分支程序結(jié)構(gòu)中，安排電話費(fèi)用計(jì)算問(wèn)題;在循環(huán)部分，安排了信息加密、解密的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等。

2.3 完善考核制度，促進(jìn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)

學(xué)習(xí)考核是檢查和評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段，考核的方式在很大程度上決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方法。為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，采取了以下措施：

（1）在期末的無(wú)紙化考試中，盡量減少對(duì)基本概念、語(yǔ)法細(xì)節(jié)的考核，增加對(duì)使用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的思維模式與方法的考核。

（2）增加對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的考核，例如增加現(xiàn)場(chǎng)編程求解問(wèn)題、課堂問(wèn)答等考核方式，在潛移默化中培養(yǎng)和提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

（3）增加小組作業(yè)，學(xué)生自愿分組、自主選題完成綜合性的程序。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主體能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和綜合應(yīng)用能力。

3 結(jié)語(yǔ)

“三位一體兩重點(diǎn)”的教學(xué)模式，依托學(xué)生這一主體，著眼于算法思維和系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng)，從“理論—實(shí)踐—考核”三個(gè)方面進(jìn)行改革，有利于挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)的主體能動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生體會(huì)、理解和領(lǐng)悟計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的方法和思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。當(dāng)然，學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)不是一門(mén)課就能徹底解決的問(wèn)題，因此，要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將有效的方法推廣到其他的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，真正地全面提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

基金項(xiàng)目：黑龍江省高等教育學(xué)會(huì)“十二五”高等教育科研課題（14Q066）

注釋

①②龔沛曾，楊志強(qiáng).大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012（5）：51-54.

③⑧蔣宗禮.計(jì)算思維之我見(jiàn)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2013（9）：5-10.

④ 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(guó)大學(xué)教學(xué)，2010（9）：5-9.

⑤ 馮博琴.對(duì)于計(jì)算思維能力培養(yǎng)“落地”問(wèn)題的探討[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012（9）：6-9.

⑥ 李廉.計(jì)算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012（1）：7-12.

⑦ 陳玥.基于計(jì)算思維的中學(xué)信息技術(shù)教育的研究[D].揚(yáng)州大學(xué)，2012.

⑨ 聶蘭順，戰(zhàn)德臣，宋巧紅.計(jì)算思維的教學(xué)內(nèi)容與方法研究——以“算法”和“系統(tǒng)”兩種問(wèn)題求解的計(jì)算思維為例[J].工業(yè)和信息化教育，2013（6）：21-27.endprint