基于计算思维能力培养的程序设计基础课程研究与实践

郭兴凯 金英 马吉权

摘要：加强计算思维的培养是高校计算机专业课程教学中的主要目标。本文通过分析程序设计基础课程教学实践中存在的问题，提出将计算思维融入到程序设计基础课程教学中，以提高学生的专业学习兴趣和后续的专业学习能力。

关键词：计算思维；程序设计；基础教学实践

一、 引言

计算思维，是指科学家和工程人员在计算机、软件及计算相关工作中展现出的思维模式。美国卡内基梅隆大学教授周以真提出过关于“计算思维（Cpmputational Thinking）”的概念，即“计算思维是运用计算科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”，“其本质是抽象和自动化，即在不同层面进行抽象，以及将这些抽象机器化”。计算思维就是运用计算手段研究社会或自然现象及其规律的一种思维方式。

目前，计算机类课程教学普遍存在重视实践轻视设计的情况，更多地显示出思维和设计脱节的特点。理论思维主导的学生培养模式导致学生常用假设—推理的方法研究各类计算问题，常常不能系统地分析、观测数据，无法给出完善的验证实验方案。实验思维主导的学生培养模式导致学生往往只注重具体的实验结果，而忽略系统的整体架构和运行效率的优化。学生在学习程序设计课程中，只注重语句的编写和语句细节本身，而忽视算法中蕴含的思想。使得在程序设计中，不仅不能达到举一反三，甚至都不能达到举一反一的能力，长此以往无疑会影响学生的学习兴趣和专业学习能力。计算思维侧重于利用计算手段来协同理论和实践双方，从而达到提高学生分析和解决计算问题能力的目的。因此，本文是在培养复合型人才的背景下，研究在教学过程中如何能够培养提升学生的计算思维能力，如何能提高学生的学习兴趣和后续的专业学习能力。

二、计算思维在教学中的实践

（一）改革教学内容，提高学生的学习兴趣

计算机科学与技术及相关专业都有相关的专业基础课程，它们能够帮助学生迅速了解本专业的特点，提高专业学习的兴趣和能力。面对缺乏计算机专业知识的新生，在讲授程序设计基本知识和程序设计语言的入门知识时，要避免过多地强调语法细节。教师应该更多地结合具体实例，尝试着在课程内容中融入计算思维的思想，以此来提高学生对计算机专业知识的了解和兴趣。例如，在讲授选择结构程序设计中的经典案例三个数进行排序时，过去只关注代码的编写，从效果来看，少部分学生能够理解，但是大多数学生还是没有明白排序的基本原理，对理解利用数组对n个数进行排序的思想帮助不大。从计算思维的角度来看，排序的实质就是将每个数放在应该在的位置。在讲解该案例时利用流程图将算法的思想融入到课程内容中，说明三个数的排序经过两趟比较，是通过每趟两两交换的思想实现的排序。并且强调这就是冒泡排序的思想，从而导出n个数需要n-1趟比较，为以后数组排序的讲解做了很好的铺垫。

理论教学应在把握“以学生为主导、以教师为辅助”的思想下，重点讲解程序的流程和程序设计的关系，采取启发式、探索式等教学模式，激发学生独立思考的能力，加强对学生进行计算思维、算法是程序设计的灵魂、流程图是程序设计的基础等方面的教育，从此来提高学生的计算思维能力和程序设计能力。

（二）加强实验教学，提高学生的分析设计能力

程序设计基础作为一门专业基础课，具有较强的实践性。所以加强和改革实验教学方法和模式，是培养具有分析问题、解决问题能力和创新实践能力人才的重要手段。依据课程教学进度，通过分阶段、分层次布置不同的实验内容，来提高学生对理论知识的理解。针对不同的教学内容设计具有代表性的实验题目，帮助学生掌握基本语法知识及程序设计的基本方法，然后分阶段、分层次设计综合性的实验题目，使学生能综合利用所学到的知识，运用计算思维，编写出较复杂的设计类程序，提高分析和解决问题的能力。同时要求学生完成每一个综合实验时，都要遵循软件工程的思想来完成系统分析、系统设计、编码、调试、测试和撰写文档等各个阶段的内容，并形成实验报告。这样在实验中，一方面能够提高学生的程序设计能力，另一方面能提高其系统分析和系统设计的能力。

（三）丰富考核内容，增强学生的专业学习能力

刚进入大学校门的新生还停留在中学阶段的学习惯性中，不能尽快融入专业学习领域。首先体现在其在看书学习中很难抓住重点，其次在考试中还是习惯于关注考试的题型，而忽视考试的内容。以往的以试卷为主侧重于考查基本语法的考核方式，对专业学习能力的提高帮助不大。因此，必须要改变传统的考核方式，提升阶段性实验考核成绩在期末总成绩中的比重，通过在一定时间内，以实际上机编程解决问题的内容和难度来考核学生的学习效果，并根据事先设定的难度系数折合成相应的分数加到期末总分中。同时也对期末的试卷内容进行全面改革，取消侧重语法细节的选择和填空题型，代之以侧重能力考核的程序分析和程序改错加程序设计等题型。这种考核方式在提高学生对理论学习的专注度的同时，也培养了学生的学习兴趣和实际动手能力。实践证明，改革考核方式和内容提高了学生实际程序设计能力，激发了学生专业学习的兴趣。

三、 总结

程序设计基础是计算机科学与技术专业学生进入大学校门学习首先要面对的专业基础课。这门课程不仅要教授学生程序设计语言的基本知识，更重要的是传授学生计算思维的基本思想，培养学生实际编程以及分析和解决问题的能力，提高对计算机科学与技术专业知识的了解，为后续其他专业课程的学习打下一个坚实的基础。本文在程序設计基础课教学实践中，通过对教学内容、实验、考核等各个方面的改进与创新，更好地实现了教学目标，提高了学生学习的兴趣和思维能力。

参考文献：

[1] 战德臣，聂兰顺. 大学计算机-计算思维导论[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 杨俊生，张润.基于计算思维的“C程序设计”案例设计初探[J].工业与信息化教育，2013（6）：65-69.

编辑∕吕秀研