李曉昀 陽小華 劉志明 馬淑萍 余穎

摘要：大學計算機作為現(xiàn)代大學通識教育基礎性課程之一，是培養(yǎng)大學生信息素養(yǎng)和科學思維方式的入門課程。文章從多樣性、相關性、一體性、結構性、有序性和動態(tài)性思維培養(yǎng)的角度出發(fā)。一一說明針對非計算機專業(yè)學生的程序設計課程教學內(nèi)容如何設計，如何將思維訓練融合到知識教學每個環(huán)節(jié)，潛移默化地對學生進行思維意識及思維技能的培養(yǎng)與訓練。

關鍵詞：程序設計；系統(tǒng)思維；思維訓練；多樣性；相關性；一體性

引言

現(xiàn)代教育是以培養(yǎng)具有自主思維、獨立解決問題能力及創(chuàng)新能力的人才為目標。培養(yǎng)人的科學思維能力已成為教育的核心內(nèi)容。知識教學轉(zhuǎn)向思維教學已成必然之勢。系統(tǒng)思維作為科學思維中的一種重要思維方式，一直以來都受到各類學科的重視。CNKI檢索顯示，近十年來，有關系統(tǒng)思維培養(yǎng)的文獻高達35萬篇，涵蓋了經(jīng)濟、哲學、醫(yī)學、語言學、建筑學等多個學科，平均每個學科有數(shù)千甚至上萬篇相關文獻。系統(tǒng)思維是將對象視為一個系統(tǒng)來思考，關鍵是要運用系統(tǒng)的概念。中國人民大學苗東升教授發(fā)表了一系列論文論述系統(tǒng)思維。他指出系統(tǒng)是由多個組成部分相互聯(lián)系形成的一個統(tǒng)一體，具有多樣性、相關性和一體性3個基本屬性，同時派生出整體性、有序性、動態(tài)性及不確定性等其他屬性。例如，交通控制系統(tǒng)是一個典型的復雜系統(tǒng)，以其中紅綠燈時長的設置為例，紅綠燈的時長并非每一個路口都一樣。交通燈時長設置不僅要考慮該路口各方向車流量，更要考慮整個大的系統(tǒng)內(nèi)不同時間點的車流量、周邊路況，甚至節(jié)假日、氣象條件等要素。

當然，非計算機專業(yè)學生不必開發(fā)如此復雜的系統(tǒng)，但即使是求解一個簡單實際問題，運用系統(tǒng)概念來分析、求解問題的思維方式卻是一樣的。程序設計課程的教學方式就是有意識地設計教學內(nèi)容，將思維訓練融合到知識教學的每個環(huán)節(jié)中，潛移默化地對學生進行思維意識及思維技能的培養(yǎng)與訓練。由于程序設計自身的特殊性，它對系統(tǒng)思維中多樣性、相關性、一體性、結構性、有序性和動態(tài)性這幾個方面的思維訓練有極大的幫助。

1多樣性思維培養(yǎng)

多樣性是系統(tǒng)思維的基本要求。系統(tǒng)多樣性包含兩個要素，一是應有多個組成元素，二是元素之間應有差異性。如果僅僅只有多個組成元素，彼此沒有明顯差異，則無法體現(xiàn)系統(tǒng)思維的價值。對學生多樣性思維的培養(yǎng)，要求所開設課程必須具備這兩個基本要素，而程序設計課程則恰恰完全符合多樣性的兩個要求。

以C語言程序設計為例。C語言有許多基本知識點，例如數(shù)據(jù)類型、程序結構、算法等，均從不同的角度體現(xiàn)了多樣性原則。C語言中最基本的概念是變量。變量根據(jù)存儲數(shù)據(jù)的不同定義為不同數(shù)據(jù)類型。生活中數(shù)據(jù)多種多樣，如整數(shù)、小數(shù)、字符，還有一些具有復雜的對象，例如學生個人信息、考試成績等，為處理這些不同類型的數(shù)據(jù)，C語言提供了多樣數(shù)據(jù)類型，如整型、實型、字符型、結構體、指針、數(shù)組及枚舉型等。在求解實際問題時，除了要分析清楚數(shù)據(jù)對象特征，還要了解各種數(shù)據(jù)類型之間的差異及其使用方法，并通過大量練習，掌握并靈活應用這些數(shù)據(jù)類型，這對于訓練學生多樣性思維有極大幫助。

另外，多樣性還體現(xiàn)在求解問題的算法設計中。通常解決同一個問題會有不同算法。算法設計是程序設計的核心。講解循環(huán)結構時，以求解1至100的和為例，引導學生思考不同算法。如直接求和：1+2+3+…+100；采用高斯計算法，即：（0+100）+（1+99）+（2+98）+…+（49+51）+50=（50×100）+50；采用等差數(shù)列求和公式，即：100（1+100）/2。分析三個算法的特點，引導學生學會利用已有知識，學會從多個角度分析問題。教學過程中，鼓勵學生打開思路、從不同的角度思考，采用不同的類型、結構實現(xiàn)，都能解決問題。同時，引導學生進一步分析各個算法的差異，不僅能夠鞏固知識點學習，也能夠加深學生對不同數(shù)據(jù)類型、程序結構優(yōu)缺點的認識，這有助于學生提高獨立思考能力、培養(yǎng)多樣性思維。

2相關性思維培養(yǎng)

系統(tǒng)的相關性是指系統(tǒng)中的多個元素必然是相互關聯(lián)、相互作用、相互交往的?？疾旄鱾€組成部分之間、變量之間的相互關系，這是系統(tǒng)思維的基本要求。

C語言是一門模塊化程序設計語言。在求解一個復雜問題時，一般采用逐步分解、分而治之的方法，即將一個大問題分解成若干相對較易求解的小問題，再分別進行求解。學生在編寫一個復雜程序時，是將整個程序的功能劃分為若干功能較為單一的程序模塊，即用函數(shù)實現(xiàn)每個單一功能。然后再將所有的函數(shù)模塊像搭積木一般，組合起來。因此，C語言程序中，函數(shù)才是程序的基本組成單位，也是相關性在程序設計中的典型體現(xiàn)。

函數(shù)有其獨立性，但卻不是孤立的。只有被其他程序調(diào)用的函數(shù)才具有生命力，這使得在學習函數(shù)時，不僅要分析函數(shù)功能的實現(xiàn)過程，更要著眼于函數(shù)與程序其他部分之間的調(diào)用、。被調(diào)用關系。對于調(diào)用函數(shù)而言，無須了解函數(shù)功能實現(xiàn)細節(jié)，但應了解如何使用函數(shù)的返回類型、函數(shù)名稱、形參的個數(shù)和類型。對于被調(diào)用函數(shù)而言，實參所有傳遞過來值（地址）的所有可能性，都應予以考慮，并定義有相應的反饋。由此可見，教學中，鼓勵學生理解這些相關知識、正確編寫調(diào)用與被調(diào)用函數(shù)，不僅是保證函數(shù)之間相互交往、相互作用達到預期效果最基本的要求；.同時，通過大量函數(shù)運用的練習，能夠很好地訓練學生在分析問題時運用系統(tǒng)思維中的相關性來思考、解決問題。

3一體性思維培養(yǎng)

系統(tǒng)思維中最重要的是每個系統(tǒng)所涵蓋的多個部分如何統(tǒng)一運行，服從統(tǒng)一規(guī)律，呈現(xiàn)出怎樣的“個性”。系統(tǒng)囊括對象多、卻無法構成統(tǒng)一體，則稱不上系統(tǒng)。只有按照特定方式關聯(lián)起來而形成統(tǒng)一體的才可稱之為系統(tǒng)。

程序設計課程中每一個程序的編寫。都是對一體性思維訓練的強化。同樣以函數(shù)為例，函數(shù)是c語言程序的基本單位，任何一個函數(shù)都有其獨立的功能。學生在編寫程序過程中，為了實現(xiàn)程序自身的整體性功能，或多或少都要用到函數(shù)，這要求學生必須遵循函數(shù)使用的統(tǒng)一規(guī)則，卻又根據(jù)不同函數(shù)的特點采用不同的函數(shù)調(diào)用方法；另外，同一函數(shù)在不同程序中又能呈現(xiàn)出不同的個性或作用。每一次程序編寫都要求學生具。有一個一體性層面的思維，來整體把握程序中各類函數(shù)的定義與調(diào)用，從而實現(xiàn)統(tǒng)一的目標。

4結構性思維培養(yǎng)

系統(tǒng)思維中的結構性是指系統(tǒng)內(nèi)部各組成要素之間的相互聯(lián)系、相互作用的方式或秩序，即各要素在時間或空間上排列和組合的具體形式。生活中的實際問題多種多樣，求解問題的方法亦不相同。

C語言提供了3種不同的程序結構來滿足求解問題所需，即順序結構、選擇結構和循環(huán)結構。3種結構體現(xiàn)了在求解問題時所需的各類方法特點。C語言中包含大量知識點，能夠訓練學生結構化思維方式。例如函數(shù)的使用，只有在對程序整體結構清晰、求解方法明確的前提之下，才能正確地完成函數(shù)的定義與調(diào)用，又如構造數(shù)據(jù)類型的學習。結構體是一種典型的構造數(shù)據(jù)類型，結構體中包含不同成員，這種方式能夠?qū)⒏鞣N不同類型的數(shù)據(jù)關聯(lián)起來，形成一種特殊的結構，能夠解決生活中許多現(xiàn)實問題。不具備程序整體結構性思維及相應的知識，就無法正確地編寫程序，無法完成課程任務。由此可見，在C語言的學習過程中，能夠不斷強化學生的結構化思維訓練。

5有序性思維培養(yǎng)

有序性是指系統(tǒng)中各要素之間有秩序的聯(lián)系。它是保證一個系統(tǒng)的基本特征，并維持一個系統(tǒng)生存與發(fā)展的關鍵。在現(xiàn)實系統(tǒng)中，系統(tǒng)有序性的表現(xiàn)多種多樣，不同系統(tǒng)的各要素之間也可能具有不同的關系，遵循不同的秩序。因此，對學生系統(tǒng)有序性思維的培養(yǎng)，體現(xiàn)在程序設計中，即要求學生能夠根據(jù)不同的現(xiàn)實問題，合理組織、使用程序設計語言中的各個要素。

事實上，有序性概念貫穿程序設計課程的整個教學過程，對許多知識點的學習以及每一次程序設計練習，都是對有序性思維的強化。首先，程序設計語言中最基礎的一個概念就是變量，對變量的學習就要求學生能夠理解變量的值在計算機內(nèi)存空間中的有序存儲。之后所學的數(shù)組、指針等，都在不斷地強化學生對數(shù)據(jù)存儲有序的概念。其次，對學生有序思維的培養(yǎng)不僅局限在直觀的物理有序上，更體現(xiàn)在邏輯有序的學習上。因為數(shù)據(jù)存儲不僅有物理有序，也包括邏輯有序。在學習結構體鏈表時，對鏈表的插入、刪除等操作，能夠讓學生加深對邏輯有序的理解。另外，任何一個程序，無論是簡單的還是復雜的，該程序都是按照一定秩序有序執(zhí)行的。當學生為解決不同問題而采用不同要素、結構來組織程序時，程序的執(zhí)行順序也會相應不同。

6動態(tài)性思維培養(yǎng)

動態(tài)性思維是用一種運動的、調(diào)整性的、不斷擇優(yōu)化的思維方式來求解問題。這種思維方式是根據(jù)不斷變化的環(huán)境、條件來改變自己的思維程序、思維方向，對事物進行調(diào)整、控制，從而達到優(yōu)化的思維目標。

在程序設計中，有大量概念體現(xiàn)了動態(tài)思維。例如，根據(jù)運算對象的類型設定不同類型的變量，內(nèi)存相應分配不同大小存儲空間。如char型分配1個字節(jié)，int型分配4個字節(jié)，double型分配8個字節(jié)，在多種類型數(shù)值進行混合運算時，其結果又能根據(jù)精度需求動態(tài)地向高精度類型轉(zhuǎn)換。又如循環(huán)結構中，循環(huán)變量值的變化是程序動態(tài)性的最佳體現(xiàn)。學生在單步調(diào)試時，能夠清楚地觀察到循環(huán)變量及相關變量值的每一步變化。如求解1至100的和，設循環(huán)變量為i，i的值將從起始值1逐一變化到100，同時，求和變量sum的值也將隨著i的變化而動態(tài)變化。再如在函數(shù)定義中形參的設定亦是訓練學生動態(tài)思維的重要知識點。每次調(diào)用函數(shù)時，函數(shù)所接收到的實參都是不同的。只有具有了動態(tài)性思維，才是真正理解了函數(shù)的實參和形參的概念。另外，指針類型的變量，能夠存儲不同地址數(shù)據(jù)，根據(jù)其值的不同，能夠動態(tài)地指向不同的地址等。由此可見，程序設計語言中存在大量的知識點，蘊含了動態(tài)性思維的需求，對學生動態(tài)性思維能力的提高具有極大激勵作用。

7結語

文中所舉之例僅是程序設計語言中較小部分，仍有大量知識點及算法設計思想蘊含著系統(tǒng)思維的應用。非計算機專業(yè)學生雖無須在程序設計能力上達到一個較高水平，但在學習過程中，算法設計及程序編寫的訓練，都在一定程度上培養(yǎng)了學生應用系統(tǒng)思維的能力。

理工、醫(yī)學、文法等各個學科對系統(tǒng)思維能力都提出了較高要求，大學計算機作為一門必修課，在教學方式、教學內(nèi)容等方面都應打破傳統(tǒng)的灌輸填鴨式教學模式，代之以思維教學為核心，以培養(yǎng)學生專業(yè)修讀所需系統(tǒng)思維能力為目標，同述還需要計算機基礎教師進一步探究，使