李唐輝

摘? 要： 計(jì)算思維是21世紀(jì)大學(xué)生應(yīng)該具備的素質(zhì)和能力，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)在計(jì)算思維的培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用。探究C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，融入計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，把計(jì)算思維的培養(yǎng)融入到教學(xué)中。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，融入計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式提高了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果，同時(shí)培養(yǎng)了計(jì)算思維能力。

關(guān)鍵詞： C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì); 計(jì)算思維; 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式; 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2019）05-77-03

Abstract： Computational thinking is a must-have quality and ability for college students of the 21st century. C language programming course teaching plays an important role in the cultivation of computational thinking. This paper explores the task-driven teaching mode with computational thinking on the basis of traditional teaching mode， in order to integrate the cultivation of computational thinking into the teaching. Compared with the traditional teaching mode， the task-driven teaching mode with computational thinking improves the learning interest and learning effect， and cultivates the computational thinking ability.

Key words： C language programming; computational thinking; task-driven teaching mode; teaching reform

0 引言

計(jì)算思維是所有大學(xué)生21世紀(jì)都應(yīng)該具備的素質(zhì)和能力，“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”是普通本科高校的一門(mén)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)大學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和培養(yǎng)計(jì)算思維的任務(wù)。

筆者發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：一是教學(xué)過(guò)程中主要由教師講解，學(xué)生處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài);二是教師講解完理論知識(shí)后由學(xué)生完成固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，沒(méi)有發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，其解決問(wèn)題的能力和主動(dòng)思考的能力沒(méi)有得到提高;三是教師在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中以語(yǔ)法和編碼為主，忽略了算法分析和思維能力的訓(xùn)練，學(xué)生的思路受到限制，不清楚該門(mén)課程在專業(yè)上的作用，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，導(dǎo)致教學(xué)效果不夠理想。

本文提出在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中融入計(jì)算思維的培養(yǎng)，是C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程改革的一個(gè)重要方向，也是這門(mén)課程教學(xué)的核心任務(wù)之一。

1 計(jì)算思維

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授首次提出了計(jì)算思維（Computational Thinking）。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)[1]。隨著這一概念的提出，立刻引起包括美國(guó)、英國(guó)各界的關(guān)注和支持，美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）2008年在網(wǎng)上明確公布將“計(jì)算思維”與“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程綁定在一起。在國(guó)內(nèi)，也掀起了計(jì)算思維培養(yǎng)的浪潮，2008年10月31日，我國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)在桂林召開(kāi)了關(guān)于“計(jì)算思維”與“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”專題學(xué)術(shù)研究會(huì)[1]。出席會(huì)議的近百位專家都來(lái)自于80多所高校，共同探討如何以課程為載體培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)W科的計(jì)算思維方法。

隨著信息科學(xué)與技術(shù)的不斷進(jìn)步和普及，特別是互聯(lián)網(wǎng)和Cyberspace應(yīng)用的不斷深化，計(jì)算思維將成為我們時(shí)代思維的主要方式和手段[4]。在21世紀(jì)，計(jì)算思維同“讀、寫(xiě)、算”一樣，成為素質(zhì)教育的一部分，是必須具備的基本技能[2]。然而，計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)比培養(yǎng)“讀、寫(xiě)、算”困難得多，思維的形成是一個(gè)長(zhǎng)期培養(yǎng)的結(jié)果[5]，不能一蹴而就，這就需要把計(jì)算思維的訓(xùn)練融入到教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)長(zhǎng)期的模擬訓(xùn)練，讓學(xué)生具備并提高計(jì)算思維能力。

2 融入計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)踐

融入計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式以學(xué)習(xí)者為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程必須與學(xué)習(xí)任務(wù)相結(jié)合，通過(guò)完成任務(wù)來(lái)激發(fā)和維持學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī)[3]。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式中，教師是主導(dǎo)，學(xué)生是主體，任務(wù)是核心。計(jì)算思維利用啟發(fā)式推理來(lái)分析問(wèn)題、找出解決問(wèn)題的方法和途徑。而C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程正好符合把計(jì)算思維融入到任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式中培養(yǎng)計(jì)算思維的條件。

計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合[1，3]。在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，把與專業(yè)相關(guān)的簡(jiǎn)單工程問(wèn)題引入到教學(xué)案例中，不僅學(xué)習(xí)了程序設(shè)計(jì)的基本語(yǔ)法，也體現(xiàn)了該課程在專業(yè)中的作用，同時(shí)通過(guò)解決工程問(wèn)題的過(guò)程訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維。順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的入門(mén)內(nèi)容，是學(xué)習(xí)后續(xù)復(fù)雜程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，學(xué)生初步學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)程序去解決問(wèn)題。下面是筆者就C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)，使用融入計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模型（TDTMCT）來(lái)實(shí)施教學(xué)的過(guò)程。教學(xué)過(guò)程分為以下六個(gè)階段。

⑴ 師生課前準(zhǔn)備

教學(xué)者進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，包括教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)任務(wù)和教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)，收集教學(xué)材料;學(xué)習(xí)者清楚教學(xué)內(nèi)容為順序結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)，在前期已經(jīng)完成數(shù)據(jù)類型和輸入輸出語(yǔ)句的學(xué)習(xí)，預(yù)習(xí)順序結(jié)構(gòu)程序的相關(guān)知識(shí)。

⑵ 設(shè)計(jì)任務(wù)

基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式中任務(wù)是核心，教學(xué)者使用計(jì)算思維的一系列方法設(shè)計(jì)課程任務(wù)，同時(shí)做好教學(xué)準(zhǔn)備。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容為順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)，結(jié)合前面的準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)任務(wù)：求建筑物的高度，具體描述為在工程測(cè)量建筑物高度時(shí)，首先測(cè)出建筑物在太陽(yáng)照耀下的影子長(zhǎng)度m，再通過(guò)測(cè)角儀測(cè)出影子末端與建筑物的仰角的角度a，根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算建筑物的高度。教學(xué)過(guò)程圍繞這個(gè)任務(wù)，教師引導(dǎo)學(xué)生把工程問(wèn)題逐步約簡(jiǎn)為數(shù)學(xué)問(wèn)題，分析出已知和未知的問(wèn)題、再確定如何求解。

⑶ 呈現(xiàn)任務(wù)

教師利用計(jì)算思維的方法把任務(wù)呈現(xiàn)給學(xué)生。先把問(wèn)題用圖示的方式給出來(lái)，讓學(xué)生把工程任務(wù)約簡(jiǎn)為數(shù)學(xué)問(wèn)題：已知直角三角形的一條直角邊長(zhǎng)度和鄰角，求另一條直角邊的長(zhǎng)度;再約簡(jiǎn)為三角函數(shù)公式：H=L*tag（a），就成了一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算問(wèn)題。呈現(xiàn)給學(xué)生的任務(wù)就成了：新建一個(gè)程序，輸入測(cè)量的影子長(zhǎng)度和仰角的角度，求建筑物的高度。 把任務(wù)呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者后，學(xué)習(xí)者根據(jù)任務(wù)進(jìn)行教學(xué)，建立小組（建議2人一組），確定任務(wù)并進(jìn)行分工。

⑷ 實(shí)施任務(wù)

在任務(wù)實(shí)施過(guò)程中，首先講演一個(gè)程序新建、構(gòu)成和基本結(jié)構(gòu);然后引導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)中哪些是已知信息（數(shù)據(jù)輸入）、完成什么樣的運(yùn)算（數(shù)據(jù)加工處理）、哪些是由計(jì)算機(jī)告訴用戶的結(jié)果信息（數(shù)據(jù)輸出）、具體如何實(shí)現(xiàn);再引導(dǎo)小組分析討論并完成程序的編寫(xiě)和調(diào)試，老師給出一組數(shù)據(jù)，一人用數(shù)學(xué)方式給出數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算，另一個(gè)同學(xué)用程序來(lái)得出結(jié)果，兩個(gè)同學(xué)比較看誰(shuí)是正確的，如果都是正確的看誰(shuí)更快，如果程序運(yùn)算的結(jié)果不正確，一起找出問(wèn)題并修改，直到正確為止;最后再給出另一組數(shù)據(jù)，兩位同學(xué)再分別用人工計(jì)算和用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算，再進(jìn)行比較，看誰(shuí)算得又快又準(zhǔn)。

⑸ 總結(jié)評(píng)價(jià)

在教學(xué)任務(wù)完成之后，運(yùn)用計(jì)算機(jī)思維的遞推方式對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行概括、交流、分享學(xué)習(xí)心得和程序編寫(xiě)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

⑹ 反思內(nèi)化

反思內(nèi)化過(guò)程是融入計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的核心環(huán)節(jié)，在完成上述過(guò)程后，通過(guò)思考、課后實(shí)踐等方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行思考、實(shí)踐，并在這個(gè)過(guò)程中自行歸納出對(duì)類似問(wèn)題的程序編寫(xiě)方法和實(shí)現(xiàn)步驟，完成知識(shí)到能力的轉(zhuǎn)化。通過(guò)反思內(nèi)化，學(xué)生對(duì)這鞏固部分知識(shí)，清楚這些知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域，會(huì)用這些知識(shí)去解決相關(guān)的問(wèn)題。

這只是一個(gè)融入了計(jì)算思維的順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的教學(xué)設(shè)計(jì)，利用基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模型TDTMCT，教學(xué)者與學(xué)習(xí)者圍繞任務(wù)這根主線進(jìn)行教與學(xué)。在教學(xué)者設(shè)計(jì)任務(wù)、呈現(xiàn)任務(wù)、實(shí)施任務(wù)、總結(jié)評(píng)價(jià)，學(xué)習(xí)者明確任務(wù)、完成任務(wù)、共享交流的過(guò)程中完成學(xué)習(xí)[3]。學(xué)習(xí)者用明確任務(wù)，運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式完成新知識(shí)的學(xué)習(xí)，并通過(guò)不斷的交流探究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，并通過(guò)最后的總結(jié)評(píng)價(jià)、反思內(nèi)化進(jìn)行評(píng)價(jià)和反思，完成學(xué)習(xí)的同時(shí)感受學(xué)習(xí)的快樂(lè)和成就。計(jì)算思維采用了抽象和分解來(lái)迎接龐雜的任務(wù)或者設(shè)計(jì)巨大復(fù)雜的系統(tǒng)，這與結(jié)構(gòu)化程序中的模塊化程序設(shè)計(jì)思路一致[1]，在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中可以很好的把融入計(jì)算思維教學(xué)模式應(yīng)用到教學(xué)中，在培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力同時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

把計(jì)算思維的理念融入到C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，把學(xué)生從枯燥的語(yǔ)法學(xué)習(xí)和規(guī)則學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移到用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問(wèn)題中，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)解決問(wèn)題或完成一個(gè)實(shí)際任務(wù)，提高了學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的成就感，學(xué)生自覺(jué)地用計(jì)算機(jī)思維來(lái)解決遇到的問(wèn)題，綜合素質(zhì)也有所提升。計(jì)算思維的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，如何更好的培養(yǎng)計(jì)算思維，還需要在教學(xué)中不斷的探索。

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