車敏+安利+張紅梅

（空軍工程大學 理學院，陜西 西安 710051）

摘 要：首先說明培養(yǎng)計算思維能力的重要性，然后針對軍隊院校課時少和信息資源相對不流通的特點，提出以培養(yǎng)學員計算思維能力為目標的資源優(yōu)化重組，搭建在線網(wǎng)絡(luò)課程資源，過程為主和結(jié)果為輔的評價機制，以參加競賽促教促學的系列改革措施。

關(guān)鍵詞：計算思維；資源優(yōu)化重組；在線網(wǎng)絡(luò)課程資源；程序設(shè)計大賽

1 計算機程序設(shè)計課程對培養(yǎng)學生計算思維的重要性

隨著國家信息化進程的加快，信息技術(shù)的發(fā)展正在改變?nèi)藗兊纳?、工作、學習、思維方式和價值觀。2010年《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中，強調(diào)把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)，加強以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎(chǔ)教學課程體系和教學內(nèi)容研究[1-2]。孫家廣院士在《計算機科學的變革》一文中明確指出（計算機科學界）最具有基礎(chǔ)性和長期性的思想是計算思維。中國科學院計算技術(shù)研究所研究員徐志偉總工認為計算思維是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式，就像識字、做算術(shù)一樣；在2050年以前，地球上每一個公民都應(yīng)具備計算思維的能力。例如，計算機科學對生物學的貢獻絕不限于其能夠在海量序列數(shù)據(jù)中搜索尋找模式規(guī)律的本領(lǐng)，而最終的希望是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法（自身的計算抽象和方法）能夠以其體現(xiàn)自身功能的方式表示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。計算機基礎(chǔ)教學不僅要加強學生對計算環(huán)境的認識，還應(yīng)該培養(yǎng)學生在計算環(huán)境下掌握問題求解方法，這是高校學生應(yīng)用計算機技術(shù)解決專業(yè)問題的重要基礎(chǔ)。另外，計算思維能力的培養(yǎng)還展現(xiàn)了計算機學科獨特的思維方式，為將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)問題奠定了基礎(chǔ)[3-4]。

對于軍隊院校來說，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程學時偏少和信息資源相對不流通是共性問題；同時授課對象也都是大學一年級的非計算機專業(yè)學生，其計算機基礎(chǔ)知識相對不足，理解計算思維也存在問題。如何在有限的學時中貫穿計算思維的思想，使學員在學習過程中對計算思維有更深刻的理解和體會，為今后的專業(yè)學習打下基礎(chǔ)，是值得探討的問題。

2 基于計算思維能力培養(yǎng)的教學模式

從面臨的實際問題出發(fā)，無論是從教師“教”的方面，如課堂教學設(shè)計、教學內(nèi)容及對象重組、案例精心選擇、實踐環(huán)節(jié)巧妙設(shè)計、在線網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)置、考核方式多樣化等，還是學員“學”的方面，如課前預習、課堂討論、章節(jié)練習、實踐演練、算法訓練、綜合應(yīng)用、參加競賽等環(huán)節(jié)，都應(yīng)開啟基于計算思維能力的培養(yǎng)模式。

（1）針對學員信息化水平良莠不齊和學時少的情況，為達到好的教學效果，在教學對象和教學內(nèi)容上都進行優(yōu)化重組。

教員可通過摸底考試檢測，把學員分為兩種級別并采用分級教學，對于程度好的學員，減少基礎(chǔ)知識講解，注重解決實際問題訓練，課堂更多采用討論和研討的模式，更傾向于發(fā)揮學員的主動性和創(chuàng)造性，讓學員以組為單位，更多地進行綜合問題的演練；對于程度相對差的學員，由于課時少的原因，在教學內(nèi)容上進行優(yōu)化重組。例如，對于難點內(nèi)容指針，首先提出問題——為什么要采用指針，指針變量的實質(zhì)是什么，這部分內(nèi)容設(shè)置在變量介紹部分；再到剖析問題——采用指針有什么優(yōu)點（數(shù)組采用指針引用，效率高），這部分內(nèi)容就設(shè)置在數(shù)組部分；最后實際解決問題——怎么正確使用指針（不同指針指向不同） 部分。通過如此循序漸進的模式，學員可以深刻體會到指針部分內(nèi)容如此設(shè)置的理由。

（2）引入競賽案例，旨在拓展思維。

在數(shù)組部分，常規(guī)的教學案例無外乎排序和查找算法的應(yīng)用，大部分學生對于這部分內(nèi)容不能更好地拓展。我們在實際教學中，引入大學生ACM競賽中很常見的大數(shù)計算實例，讓學生知道對于超過計算機數(shù)據(jù)類型無法表示的數(shù)據(jù)，計算機又是如何進行存儲和運算的；通過大數(shù)加減乘除的典型運算，幫助學生深刻地體會字符數(shù)組使用特點，同時對于常見迭代算法又是一次很好的應(yīng)用體現(xiàn)，讓學生感到計算思維是通過抽象和分解來處理龐雜的任務(wù)特性，最終真正明白“計算機不是什么神奇的魔法，教師才是真正的魔術(shù)師！”——英特爾公司董事會主席貝瑞特博士。實踐證明將競賽案例引入課堂，能很好地訓練學生的計算思維能力。

（3）設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，注重綜合應(yīng)用。

實踐環(huán)節(jié)應(yīng)突現(xiàn)趣味性和綜合性，如在分支結(jié)構(gòu)中安排計算快遞費用的程序進行計算思維訓練。教學方法通常是陷阱教學法，通過故意把典型的、容易出錯的代碼寫錯來設(shè)陷阱；另一種就是在算法優(yōu)化問題上設(shè)陷阱。教員通過設(shè)置這些陷阱吸引學生的注意力，然后引導學生思考，使其看到問題之外的問題、方法之外的方法以及沒有聯(lián)系的聯(lián)系。這一系列問題的設(shè)置旨在培養(yǎng)學生理解計算過程的嚴謹性、編寫程序的準確性和算法的高效性。這樣的環(huán)節(jié)設(shè)置更有助于他們理解計算機這個工具的特點以及計算思維的內(nèi)涵。

（4）針對信息資源相對不流通情況，搭建在線網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺。

搭建在線網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺對學員與教員溝通交流以及學員課后自主學習獲取課程信息是非常必要的。在線網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容共分為網(wǎng)絡(luò)教材、內(nèi)容講授、講授課件、上機實踐、編程訓練、綜合應(yīng)用、學習園地和程序人生八大模塊，主要功能如圖1所示。

這8個模塊的內(nèi)容中，前4個模塊是必學模塊，要參與課程的過程評價；后4個模塊是選學模塊，為拓展和深化知識應(yīng)用而設(shè)置。

（5）采取多樣化考核方式，以過程評價為主，以結(jié)果評價為輔。

對于程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的評價，我們綜合運用多種手段，形成多元化的評價機制，主要考核原則是加強過程評價，弱化結(jié)果評價。課前預習在網(wǎng)絡(luò)課程中有問題設(shè)置，學員必須回答基本問題；課堂上有問題討論得分環(huán)節(jié)，以激發(fā)學員主動性；課后無論是在線下還是在線上均有作業(yè)設(shè)置，章節(jié)考核有題庫支持。在實踐環(huán)節(jié)設(shè)置不同難度的問題，加強學員操作和調(diào)試能力；在綜合應(yīng)用環(huán)節(jié)，學員以小組為單位完成一個綜合項目，意在培養(yǎng)學員的創(chuàng)新和團隊精神。這些環(huán)節(jié)的問題都是學員必須完成的任務(wù)，它們是過程評價的指標。期末采用無紙化考試形式，在自編的考試系統(tǒng)上，學員隨機抽取試卷，閱卷有對應(yīng)的閱卷系統(tǒng)，編寫程序的題目必須全部運行結(jié)果正確才得分。過程評價占70%，結(jié)果評價占30%?？己朔绞蕉鄻踊庠诙卮賹W員注重平時知識的積累及綜合實踐，對于實踐性極強的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程，只有多次練習和實踐，才能更好地體會算法的精髓及思維能力的訓練。

3 以參加國內(nèi)外程序設(shè)計競賽為契機， 開啟“選拔—培養(yǎng)—競賽—反哺”人才培養(yǎng)模式

從新生入學后，教師就可以進行程序設(shè)計大賽知識的宣傳，以俱樂部形式組織有潛力的學員進行人才的選拔；選拔后，成員利用課余時間在俱樂部內(nèi)，由富有競賽經(jīng)驗的指導老師舉辦專題講座和進行競賽輔導，以完成人才的培養(yǎng)；在學校范圍內(nèi)積極開展計算機程序設(shè)計競賽、多媒體設(shè)計大賽等計算機學科競賽，同時引導學員積極參加“藍橋杯”計算機程序設(shè)計競賽、ACM程序設(shè)計競賽、中國大學生計算機設(shè)計大賽等國內(nèi)外知名的競賽；參賽后積極開展經(jīng)驗交流會，以反哺形式反饋到日常的教學改革中。通過此方式的人才培養(yǎng)，實現(xiàn)長期備賽、人才選拔、短期集訓、賽前輔導、賽后反哺等環(huán)節(jié)的全流程和可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 語

基于計算思維能力的教學模式改革，是空軍工程大學實際教學改革中所采用的實際措施。從近兩年改革實踐后的效果看，學員學習興趣和動手實踐能力顯著提高，在各類競賽中獲獎的人數(shù)越來越多；教員的執(zhí)教能力和水平也大幅提高，做到“教學相長”。目前，我國大部分高校已正式開始實踐探索基于計算思維的計算機課程改革，如上海交通大學、南方科技大學、西安交通大學、深圳大學、哈爾濱工業(yè)大學等[5]。以計算思維為核心的計算機課程教學改革是一項復雜的系統(tǒng)過程，絕非一件一蹴而就、一勞永逸的事情，需要我們不斷學習、研究、實踐、總結(jié)和優(yōu)化。

第一作者簡介：車敏，女，講師，研究方向為信息處理，cheminw@163.com。

參考文獻：

[1] 馮博琴. 對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J]. 中國大學教學， 2012（9）： 6-9.

[2] 譚浩強. 研究計算思維， 堅持面向應(yīng)用[J]. 計算機教育， 2012（21）： 45-49.

[3] 孫麗君. 圍繞計算思維培養(yǎng)的程序設(shè)計課程改革[J]. 計算機教育， 2013（5）： 29-31.

[4] 洪雄. 從程序設(shè)計大賽看計算機公共課程建設(shè)改革[J]. 重慶理工大學學報（自然科學）， 2013， 27（11）： 137-140.

[5] 陳國梁. 計算思維： 大學教育的振興， 科學工程研究的創(chuàng)新[R]. 深圳： 第八屆CCF中國計算機大會， 2011.

（編輯：宋文婷）