王鑫 李萬軍

摘 ? 要：計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為。本文歸納了計算思維在C語言程序設(shè)計中的體現(xiàn)，可歸納為抽象計算思維、自動化計算思維和并行計算思維三種。針對計算思維的特點，提出了C語言程序設(shè)計課程教授過程中提高計算思維的方法，有益于學(xué)生借助計算思維進行編程思維訓(xùn)練，對所學(xué)知識進行融會貫通，同時提高了課程教學(xué)改革的效果。

關(guān)鍵詞：C語言程序設(shè)計 ?計算思維 ?教學(xué)改革

中圖分類號：TP311 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0077-02

全球范圍內(nèi)的趨勢是，編程能力被視為未來社會的通用底層能力，是“新的素養(yǎng)”，甚至被稱為“新讀寫能力”（The new literacy），人人必須具備?，F(xiàn)在小學(xué)、中學(xué)生開始已經(jīng)開展適合的編程課程。

學(xué)編程的本質(zhì)是掌握計算思維。這是一種面向未來的核心認知能力。2006年3月，時任美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)（CMU）計算機科學(xué)系主任、現(xiàn)任美國基金會（MSP）計算機和信息科學(xué)與工程部（CISE）主任的周以真（Jeannette M.Wing）教授，在美國計算機權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上，首次提出了計算思維（Computational Thinking）的概念：“計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為。它包括了涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[1]。”

陳國良院士與李廉教授通過整合得出了3種較為典型的科學(xué)思維：也就是用觀察和整理為特性的實證思維、用推演為特性的邏輯思維、再者就是抽象與自動化的計算思維。在這3種方式中，計算思維屬于計算機類課程所主修的思維方式。

C語言作為當(dāng)今常用編程語言，在程序設(shè)計過程中注重培養(yǎng)邏輯，算法，數(shù)據(jù)，系統(tǒng)，解決問題，出錯調(diào)試，以及新的計算機技術(shù)等能力。

1 ?計算思維

計算思維的體現(xiàn)可歸納為抽象計算思維、自動化計算思維和并行計算思維三種。

1.1 抽象計算思維

抽象計算思維是計算思維的關(guān)鍵，主要體現(xiàn)在實際需求到程序語言的設(shè)計過程。是自己對于問題的抽象能力的練習(xí)，即從抽象問題到實際進行編碼或者設(shè)計程序解決問題的一個能力。面對一個問題，經(jīng)過思考后，最后將解決這個問題的思路用計算機能理解的方式表達出來，其中“問題”、“思考”以及“表達”是編程最關(guān)鍵的地方。

1.2 自動化計算思維

C語言程序設(shè)計中三大基本結(jié)構(gòu)，順序、條件和循環(huán)三種結(jié)構(gòu)支撐了所有程序。依托三個基本結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)所有程序自動化設(shè)計。三個結(jié)構(gòu)像蓋房子的磚塊，互相疊加累積完成整個程序。自動化程序設(shè)計過程中的邏輯訓(xùn)練，算法實現(xiàn)也是學(xué)生著重需要提高的部分。

1.3 并行計算思維

cpu間斷性的并行執(zhí)行多個任務(wù)，在并行的情況下效率才能保證。多個任務(wù)并行執(zhí)行的優(yōu)勢在于：降低資源消耗，提高相應(yīng)速度，提高任務(wù)的可管理性。學(xué)生往往習(xí)慣于順序程序執(zhí)行，當(dāng)復(fù)雜編程要求多線程設(shè)計時，在理解、設(shè)計及代碼實現(xiàn)上都存在很大困難。

2 ?提高計算思維的方法

2.1 驅(qū)動式方法提高計算思維能力

學(xué)生表現(xiàn)出的上課聽懂教材看懂，只是表面上比較膚淺的理解，老師在進行教學(xué)開始之初，有目的的引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編程。將C語言課程教授內(nèi)容中與專業(yè)課程及后續(xù)課程關(guān)聯(lián)很大的部分提前做好充分的課程準(zhǔn)備，針對計算思維加強對學(xué)生的鍛煉。在教學(xué)過程中圍繞提前準(zhǔn)備的教學(xué)問題，積極引導(dǎo)學(xué)生在C語言程序設(shè)計中合理應(yīng)用計算思維[2]。

2.2 應(yīng)用性方法提高計算思維能力

任何教學(xué)過程是教師與學(xué)生互動的過程，教學(xué)過程中任何環(huán)節(jié)都會影響教學(xué)質(zhì)量[3]。教師可以根據(jù)本校本專業(yè)的特色，結(jié)合學(xué)生的接受能力選擇合適的教材。教師在教授過程中使用與實際應(yīng)用關(guān)聯(lián)較大的例題，使用適合學(xué)生的教學(xué)方法，并且在課程進行過程中，根據(jù)接受程度，對教學(xué)方法進行動態(tài)改變，以實例展示的方式將計算思維融入其中，讓學(xué)生當(dāng)場學(xué)會應(yīng)用計算思維。

2.3 以項目為核心提高計算思維能力

教師引導(dǎo)學(xué)生完成課程實踐教學(xué)時，要以項目為中心，將課程教學(xué)中計算思維的提升作為教學(xué)的重要目標(biāo)。項目的選擇很重要，實際項目從難度及復(fù)雜度上一般不適合直接使用，教師需要對實際項目重新編排，組合，去繁，整合成適合學(xué)生的教學(xué)項目，但這個新項目又是很有實踐性的，使學(xué)生更感興趣[4]。使用計算思維設(shè)計C語言程序設(shè)計，課上及課下注重實際編程能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。借助算法的構(gòu)建和程序流程圖的使用，在應(yīng)用層進行綜合應(yīng)用訓(xùn)練。通過“任務(wù)驅(qū)動”，使所學(xué)的知識融會貫通，鍛煉學(xué)生分析和解決問題的能力，幫助學(xué)生提升工程實踐能力[5]。

3 ?教學(xué)實例

例題1：計算1！+2！+3！+...+20！

本例題有兩種解決方法，可以用兩層循環(huán)來完成，學(xué)習(xí)函數(shù)調(diào)用后，可以用函數(shù)遞歸方法解決，循環(huán)及遞歸思想是計算思維的重要一方面。教師應(yīng)該善于啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多維度思考問題的解決方法。

例題2：設(shè)計一個學(xué)生成績管理系統(tǒng)，學(xué)生信息的輸入部分程序設(shè)計。

隨著學(xué)習(xí)的深入，保存學(xué)生輸入信息的變量由普通多個浮點型數(shù)據(jù)到一維數(shù)組，到二維數(shù)組，最終設(shè)計成結(jié)構(gòu)體數(shù)組，逐漸增加難度，但也為問題的解決提供了更合理、更豐富的方案。學(xué)生輸入信息的變量改變在表1中。

4 ?結(jié)語

綜上所述，針對歸納總結(jié)的計算思維的特點，提出了C語言程序設(shè)計課程教授過程中提高計算思維的方法。在C語言程序設(shè)計過程中教師引導(dǎo)、學(xué)生逐步深入借助計算思維進行編程思維訓(xùn)練，對本課程以及其他課程的學(xué)習(xí)是非常有益的。

參考文獻

[1] Jeannette M Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[2] 范興亮.C語言程序設(shè)計課程中的計算思維探析[J].無線互聯(lián)科技，2017，4（8）：67-68.

[3] 趙桃林，楊民力，王育華.功能材料專業(yè)《化學(xué)電源》課程教學(xué)方法探討[J].河北理科教學(xué)研究，2017（1）：47-49.

[4] 顧麗紅，丁淑妍等.面向計算思維的蒙特卡羅C語言程序設(shè)計案例探究[J].計算機教育，2018（1）：105-111.

[5] 葉建龍.任務(wù)驅(qū)動法在C語言教學(xué)中的應(yīng)用[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，10（3）：132-136.