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        基于“計算思維”的C語言課程教學(xué)改革

        2015-12-29 00:00:00徐艷艷陳志泊徐秋紅
        計算機教育 2015年7期

        文章編號:1672-5913(2015)07-0087-03

        中圖分類號:G642

        摘要:針對北京林業(yè)大學(xué)計算機基礎(chǔ)系列課程教學(xué)模式存在的問題,以C語言課程為例,分析“計算思維”在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要性以及課程的教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)定位和教學(xué)要求,提出基于“計算思維”的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革方案。

        關(guān)鍵詞:大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程;C語言;計算思維;算法;實踐教學(xué)

        0 引 言

        近10年來,計算機科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)成為新興技術(shù)發(fā)展所必需的手段和方法,新技術(shù)的創(chuàng)造和發(fā)展源于先進的工具、先進的技術(shù)和先進的方法,計算思維與各個學(xué)科交叉和融合的趨勢非常明顯。

        但是現(xiàn)在很多高校,包括北京林業(yè)大學(xué),仍將大學(xué)的計算機基礎(chǔ)課程停留在計算機工具應(yīng)用教育的層面上,課程的內(nèi)容和教學(xué)還未能深刻地反映思維和能力的培養(yǎng),與計算機科學(xué)發(fā)展日新月異的現(xiàn)實不相適應(yīng),距離當(dāng)前計算機已經(jīng)廣泛滲透到各個領(lǐng)域的現(xiàn)狀有很大差距。因此,在大學(xué)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)中,應(yīng)該將原來的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的計算機工具應(yīng)用教育轉(zhuǎn)化為以“計算思維”能力培養(yǎng)為核心的計算機科學(xué)的通識教育,使之成為大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的重要組成部分,這也是當(dāng)前大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程改革的重要任務(wù)之一。

        1 “計算思維”在創(chuàng)新人才中的作用早在2005年11月,美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機系主任周以真教授在第七屆“二十一世紀(jì)的計算”大型學(xué)術(shù)研討會就表達過這樣的觀點:“計算思維”是每一個人應(yīng)該擁有的基本技能,它不僅僅只屬于計算機方面的科學(xué)家。當(dāng)我們在求解一個給定的問題時,首先會判斷:這個問題的難度如何?它的最佳解決方案是什么?計算機科學(xué)憑借堅實的理論基礎(chǔ)準(zhǔn)確地回答這些問題?!坝嬎闼季S”利用啟發(fā)式推理來尋求解答,采用抽象和分解去處理龐大復(fù)雜的任務(wù)或者設(shè)計巨大復(fù)雜的系統(tǒng)??傊坝嬎闼季S”是運用計算機科學(xué)的理論知識進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。

        “計算思維”不僅是計算機學(xué)科的思維方式,在其他學(xué)科領(lǐng)域也具有深遠影響。在生物學(xué)領(lǐng)域,生物學(xué)家用“計算思維”發(fā)展了計算生物學(xué);在化學(xué)領(lǐng)域,化學(xué)家的思考方式受到納米計算的影響;在經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域,經(jīng)濟學(xué)家用計算博弈理論進行經(jīng)濟分析;在物理領(lǐng)域,物理學(xué)家用量子計算建構(gòu)新的物理模型?!坝嬎闼季S”能力培養(yǎng)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)中通識教育的重要組成部分,計算機科學(xué)教育的目的,除了要為各個學(xué)科提供解決問題的有效手段和方法之外,還要培養(yǎng)人擁有一種有效地解決問題的思維方式。在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育中,對各種專業(yè)的學(xué)生進行計算思維能力的培養(yǎng)將有助于他們更好地進行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和理解,改變學(xué)生的創(chuàng)新思維過程與能力,并在今后的個人發(fā)展和從事行業(yè)的科學(xué)研究中產(chǎn)生潛移默化的影響。

        C語言課程是大學(xué)計算機基礎(chǔ)系列課程之一,其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生自覺運用計算機技術(shù)和方法去解決問題的能力。在編程能力、邏輯思維能力和獨立解決問題能力的培養(yǎng)和提高上,C語言課程對學(xué)生來說有著不可替代的重要意義,在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和使用上,也能對學(xué)生起到很好的輔助作用。

        2 基于“計算思維”的C語言教學(xué)改革

        2.1 C語言課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式

        在C語言課程以往的教學(xué)過程中,教師授課基本上以語法教學(xué)為主,授課內(nèi)容主要是C語言的語法和語義。課程結(jié)束后,對學(xué)生掌握語法和語義情況進行考核,考核方式一般采用閉卷筆試的形式。

        以往的C語言課程教學(xué)雖然無論是課堂授課還是考核都易于操作,但教學(xué)效果不理想。比如說,單向的教與學(xué)的過程使得課堂上氣氛沉悶、缺乏趣味,學(xué)生往往覺得枯燥,不能主動參與到課程中去;除此之外,學(xué)生雖然對語法和語義掌握得還不錯,示例程序也能模仿,可是獨立思考能力卻嚴重不足,總體來說編程能力依然缺乏,不能解決實際問題。由此可見,基于語法的教學(xué)模式不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的“計算思維”能力和編寫程序解決問題的能力。

        2.2 C語言課程教學(xué)模式改革的嘗試

        在長期的教學(xué)實踐中,我們與學(xué)生反復(fù)溝通,在教學(xué)過程中深入思考、大膽嘗試,對教學(xué)效果認真驗證,得出這樣的結(jié)論:基于語法的單向傳授的教學(xué)模式不適應(yīng)目前計算科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)實,應(yīng)該把基于“計算思維”的教學(xué)模式貫穿到C語言教學(xué)中,用新的理念和方法幫助學(xué)生提高能力。

        2.2.1 內(nèi)容上強調(diào)實踐

        以往的C語言課程內(nèi)容強調(diào)語法,改革后,我們把“計算思維”引入課堂?;凇坝嬎闼季S”的教學(xué)模式不再偏重語法,而是強調(diào)動手實踐,重點放在思路上,課堂上以問題求解為核心,幫助學(xué)生解決問題,構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型后,引導(dǎo)學(xué)生得出算法并編程實現(xiàn)。

        2.2.2 課堂上突出互動

        多強調(diào)課堂實踐,將使得我們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教師為中心的教學(xué)觀念。改革后,課堂上以學(xué)生為中心,將學(xué)生視為教學(xué)的主體,鼓勵學(xué)生探索、研究和創(chuàng)新,并運用“計算思維”的教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生求解問題、研究算法與編程。

        在課上,教師的授課重點放在問題求解思路、算法和程序?qū)崿F(xiàn)上,細枝末節(jié)不講。實驗課上,學(xué)生每人一臺電腦上機解題。教師先提出問題,由學(xué)生自行思考如何設(shè)計算法,在學(xué)生遇到困難時,教師給予引導(dǎo),學(xué)生最終編寫程序并解決問題。在整個過程中,學(xué)生居于主動地位。教師實時了解學(xué)生的答題進程,在合適的時機給予引導(dǎo),最后由學(xué)生自主完成任務(wù)。由于學(xué)生在課堂上充分展示了自己的能力,因此,教師能充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進度,得到反饋信息后及時修訂教學(xué)內(nèi)容和難度。學(xué)生在實踐的過程中得到了鍛煉,學(xué)習(xí)由被動轉(zhuǎn)為了主動。這種教學(xué)互動、學(xué)生編程答題與教師精講加上答疑相結(jié)合的教學(xué)方式不僅能通過編程訓(xùn)練提高學(xué)生使用計算機解決問題的能力,還使得學(xué)生為了在課堂上表現(xiàn)好,不得不提前預(yù)習(xí),課后不斷練習(xí),自主學(xué)習(xí)能力也得到提高。

        2.2.3 考核上改為機試

        以往的C語言課程考試同其他傳統(tǒng)科目考試方式相同,均為閉卷考試,在題型設(shè)計上主要包括選擇、填空、判斷和程序題等。我們認為,C語言課程是強調(diào)實際操作能力的,而以往的考核方式卻不能真正考查學(xué)生的實操能力,更多考查書本知識掌握情況。有的學(xué)生雖然在閉卷考試中拿了優(yōu)秀,語法掌握得很好,可是獨立設(shè)計算法和動手編程能力卻并不強,在上機解決實際問題時依然舉步維艱。

        因此我們用上機考試取代了閉卷筆試。無論是期中還是期末考試,我們都把考場安排在了機房。根據(jù)之前的學(xué)習(xí)內(nèi)容,事先在考試系統(tǒng)上出好題目。學(xué)生需要在實際操作中,按規(guī)定的考試時間提交完整的程序,測試通過即為合格。如果測試未通過,教師會通過查看代碼,判斷學(xué)生答題情況,給出適當(dāng)?shù)某煽?。機試是對實際問題的解決,學(xué)生通過測試會有較強的成就感,對學(xué)生有更多的激勵。能在機試中取得好成績的學(xué)生,實際編程能力也必然是比較優(yōu)秀的。

        2.3 實施改革的成效

        這種基于“計算思維”的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革,在北京林業(yè)大學(xué)2013級的C語言課程教學(xué)中得以實施,并取得了一些成效。從改革實踐來看,學(xué)生對C語言課程的學(xué)習(xí)興趣越來越濃厚,編程能力越來越強,獨立解決問題的能力也有所提高。統(tǒng)計結(jié)果表明,對于同樣難度的一份試卷,教改后,學(xué)生的平均成績提高了大約10分。

        3 基于“計算思維”的教學(xué)改革和展望針對C語言課程教學(xué)中以往存在的問題,我們以“計算思維”的理念為主導(dǎo),進行了改革嘗試,在內(nèi)容上由強調(diào)語法改為強調(diào)實踐,在課堂上由單向傳授改為教學(xué)互動,在考核上把傳統(tǒng)的筆試改為上機考試。實踐證明,這種由問題設(shè)計算法、由算法引導(dǎo)程序,強調(diào)算法設(shè)計、淡化語法細節(jié),重視實驗課并使用考試系統(tǒng)的教學(xué)模式更有利于培養(yǎng)學(xué)生的思考能力以及編程能力。

        除了C語言課程之外,北京林業(yè)大學(xué)計算機基礎(chǔ)系列課程還包括計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程、VB語言課程和數(shù)據(jù)庫課程等。對這一系列課程我們都進行了改革,挖掘“計算思維”的潛在影響,打破計算機僅是一種工具和技術(shù)的局限,在課程中培養(yǎng)學(xué)生的“計算思維”能力,使計算機基礎(chǔ)課程在釋放創(chuàng)新能力與創(chuàng)新思維中發(fā)揮了應(yīng)有的作用,也進一步提高了大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的質(zhì)量和水平。

        我們雖然已經(jīng)初步取得了一些成果,但基于“計算思維”的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的改革并未結(jié)束。在未來幾年,我們將在教學(xué)硬件環(huán)境發(fā)展的基礎(chǔ)上對大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程做進一步改革。比如,可以把諸如C語言這樣的程序設(shè)計課程改為在機房上課,這樣能更好地實現(xiàn)教師和學(xué)生的互動,也能使學(xué)生更大程度地得到練習(xí)。再比如,我們可以在課程學(xué)習(xí)、實驗和考試時引入在線評測系統(tǒng)或者和“計蒜客”網(wǎng)站合作,這樣不僅能有效督促學(xué)生以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,還能通過自動批改作業(yè)和試卷,大大節(jié)省教師的精力??傊@些改革能更好地貫徹“計算思維”的思想,最終在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中達到“普及計算機文化,培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力,訓(xùn)練計算思維能力”的總目標(biāo)。

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