精心鑄精品 理念須先行

從2001年起我受系主任的委托承擔了“程序設計基礎”課的教學任務。這是給計算機系大一新生開的第一門涉及計算機的基礎課。當年我已65歲，在這之前我一直在講研究生的學位課“語音信號的數字處理”。

對我來說“程序設計基礎”是新課，當然有一定的難度。但從我的經歷看卻又比較容易上手，因為我有指導中國隊參加國際信息學奧林匹克近20年的經驗。盡管年過花甲，卻仍壯心不已，要做就要做好。我跟當時的系主任周立柱教授說，請他召集一個專家會討論一下課程改革方案和教學設計，記得王爾乾、林行良、唐龍、王誠等十多位教授參加了討論，給了我很大鼓勵和幫助。

干好一件事光靠熱情是不行的，特別是教學工作，需要有正確的教學理念和教學思想的指導。為此，我學習了教育心理學和有關創新學的書及一些資料，結合我在清華40年的教學實踐，認真研究課程的目標、定位、內容、教學方法等等。著重開展了兩個方面的改革：教學模式的改革和對學生學習評價方式的改革。第一年該課就取得了很好的教學效果，成為清華大學的精品課，學生給予很高評價，認為課程 “授課方式獨特新穎，深入淺出，啟發式教學，激發學生興趣，調動學生的積極性，有助于學生獨立思考能力的提高。”(引自清華大學2001年下半年教學評估結果查詢)

1教育理念最為重要

“大學者，非謂有大樓之謂也，有大師之謂也。”先輩大師為人為學都給我們做出了榜樣。回想50年前我在自動控制系求學和當助教時，多次聆聽鐘士模先生的教誨，深知要想搞好教學最為重要的是學習教育理念。

在新世紀，教育必須培養人的自我決定能力，而不是培養人們去適應傳統世界；重要的是要喚醒學生的力量，培養其自我性、主動性、抽象的歸納力和理解力。

在教育的目的和價值的總體看法上，可持續發展教育觀的核心是強調要將知識、能力、素質融會貫通于教育的全過程，要求受教育者要關心他人，學會合作、協調，將能力培養與素質教育擺到重要的位置上。認為具有較強能力和良好素質的人，必須掌握豐富的知識； 能力培養與素質教育要部分地通過知識的傳授來實施； 能力與素質在許多場合下是通過知識表現出來的。

作為教授，我們應該如何傳授知識，怎樣培養學生的能力？ 我以為應該推崇以探索為本的教學，努力將知識型教學改進為研究型教學，引導學生在不同級別的探索空間學習實踐，取得經驗，提高能力。

對理工科的大學生，能力是技能化知識的綜合體現。培養能力，要把知識運用的綜合性、靈活性與探索性作為重要內容。能力作為個性的個別心理特點，不是天賦的，而是在后天的教育與實踐中形成和發展起來的。能力是各種社會實踐的產物，只能在實踐活動中得到提高。能力須以豐富的知識作支撐。實踐是能力賴以生長的土壤。

學生的良好素質是知識和能力的升華。

素質教育是以尊重學生的主體作用、主動精神，注重開發人的潛能，形成人的健全人格為根本特征的教育。

我以為素質教育要求學生在學校里學會：“怎樣做人，怎樣做事，怎樣求知，怎樣健體。”

作為計算機系的教授還有責任傳承信息道德。所謂信息道德，是維護信息資源的真實性與信息處理的社會責任感，也是科學精神與人文精神的結合。信息道德水平體現著人格水平。信息教育過程也是提高思想道德情操，塑造健康人格的過程。

創造性思維活動的基礎是理論指導下的實踐，有目的的實踐。在實踐當中積累豐富的經驗，取得真知灼見。

創造性思維離不開工具。工具影響思維。“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習慣，從而也將影響著我們的思維能力。”(Edsger Dijkstra 1972年圖靈獎得主)計算思維是人類借助通用智力工具求解問題的一條途徑。涉及理解和運用計算機科學的基本概念、遞歸思想、抽象化、形式化、枚舉、搜索、啟發推理等。

創造性思維需要有科學的世界觀和方法論來導引。

探索性學習有助于創造性思維的培養。

從思想方法上要擺脫傳統偏見，思維定勢往往會妨礙無偏見地觀察和思考。敢于思考和善于思考應該是創造者的座右銘。

通過學習，我的感悟是：課程改革要以人為本，我們的責任是把學生潛能發掘出來。讓人人都能“自信、自立、自尊、自強”。

下面談談我對這門程序設計基礎課的重要性的認識。

程序設計強調數學基礎，這是因為“任何事物都是量和質的統一體，都有自身的量的方面的規律，不掌握量的規律，就不可能對事物的質獲得明晰的認識。數學是研究‘量’的科學，數學不斷地在總結和積累各種量的規律性，因而必然成為人們認識世界的有力工具。”數學文化是人類文化中最基本的文化，馬克思說：“一門科學只有當它達到了能夠成功地運用數學時，才算真正發展了。”電子計算機的出現標志著數學已進入了機器時代，數學文化的進步是信息時代科學技術發展的基礎。

程序設計是將數學應用于解決實際問題的技術，是讓計算機聽命于人的最直接的技術，也可以說是自己主宰自己的人腦延伸的技術。這樣的認識可能高度還不夠，因為在有了通用智力工具之后，人們會適應性地改變思維方式。學會計算思維是學生在信息社會大展宏圖的需要。因此，我提出程序設計是大學生的一個看家本領。不會編程的人，只能局限在別人劃定的圈內工作，對于那些劃在圈外，計算機能夠勝任，而你又渴望去做的工作，不會編程的人只能‘望圈興嘆’。“不能讓我們的孩子輸在起跑線上”。“我們有責任讓那些有理想有抱負有靈氣又肯吃苦的中國孩子在起跑時就能占有先機。”

以上是我通過學習在教育、教學方面的一些思想認識。也是我進行課程改革的思想與心理基礎。

2教學改革，選定目標，創出新路

教師是教學活動的直接組織者和實施者，在教學中發揮著極其重要的作用。要把課程改好，我認為最主要的是教師教育觀念的轉變。實踐證明，教學內容的選擇，教學方法的采用都會直接影響教學效果和教學目標的實現。

目前有些學校的程序設計課程仍停留在傳統的教學模式上，過于注重語句、語法和一些細節，基本上是以高級語言自身的體系為脈絡展開的，沒有把邏輯與編程解題思路放在主體地位上。如何分析問題和解決問題的思路講的很少，對學生編程的能力，上機解題的能力訓練不夠，更談不上在教學中引導學生研究和探索了。這樣就給后續課程及研究生階段的課題研究留下了很多麻煩。很多學生在學習這門課時感到枯燥難學，學過之后，又不能用之解決問題。

我個人的經歷有些不同，20年來一直在參與輔導中學生和大學生參加有關計算機的各種比賽，包括國際信息學奧林匹克和ACM世界大學生程序設計競賽，通過對這些編程能手成長過程的認真思考和研究，使我感到很有必要改變我們的課程教學模式，用先進的教學理念和方法培養一流人才。對這一問題，我和系領導談了自己的想法，他們非常支持。從2001年9月起，我承擔了程序設計基礎課的教學任務，并開始對程序設計基礎課程教學模式進行改革。

首先要分析傳統方法的毛病：

(1) 語句、語法講的太多、太細；

(2) 忽視基本問題的求解過程；

(3) 課程中算法意識淡薄；

(4) 不能激發學生的學習興趣；

(5) 教學目標存在問題。學了但不會用，有人很快就忘了。

我們把程序設計基礎的目標定位為：

(1) 借助程序設計的知識載體，傳授基本問題的求解過程和基本思路；

(2) 建立算法意識，培養良好的思維習慣；

(3) 從學科方法論上打基礎，培養計算思維能力和分析問題解決問題的能力。

我們認為學科教育必須走內涵發展道路，在課程中應該強調計算思維能力、抽象思維能力和邏輯思維能力，注重理性思維和理性實踐。在解決問題的實踐中訓練觀察能力、思維能力和實踐能力。

我們分析了教學設計中的幾個難點：

(1) 對“構造性”和“能行性”的把握。“構造性”和“能行性”是計算機學科的獨有的特點，在教學內容的選擇和教學方法的設計上都要顧及這個特點。

(2) 如何培養計算思維能力？引出什么問題、通過什么方式來培養計算思維能力。

(3) 抽象第一與動手編程實踐的關系。抽象第一是計算機學科教育的一個基本要求，涉及邏輯思維、形式化、構建數學模型和算法等等，如果不能顧及學生的認知規律，無視初學者的感受，可能就會難倒學生或嚇倒學生。正確處理好理論與動手編程實踐的關系是十分重要的。

(4) 盡量超越具體語言，又不能沒有上機的語言環境。

(5) 初學者的難點在哪兒？

(6) 怎樣激發學生的學習興趣？

針對難點和學生剛剛入學的實際，我們的做法是：

(1) 提出課程的定位是培養學生利用計算機編程手段分析問題和解決問題的能力

(2) 提出強化實踐的教學設計；

(3) 提出理性思維和理性實踐的導學要求；

(4) 提出“抱西瓜，不撿芝麻”的教學策略 ；

(5) 提出上課同時養成良好的編程習慣；

(6) 提出上機解題的考試方法；

(7) 提出創設進行因材施教的探索空間。

對程序設計教學模式進行改革，以強調動手實踐上機編程為切入點；以任務驅動方式，通過實例講授程序設計的基本概念，基本方法。重點放在思路上，即：在C/C++語言的環境下，針對問題進行分析，構建數學模型，理出算法并編程實現，同時要求養成良好的編程習慣，在此過程中培養學生的思維能力和動手能力，鼓勵學生探索、研究和創新。

在課堂教學中我們采用了如下的教學思路：

課堂教學思路

下面著重談教學方式與評價方式的改革。

(1) 教學方式的改革

① 強化實踐

鑒于程序設計課是高強度的腦力勞動，不是聽會的、也不是看會的，而是練會的。只有讓學生動手，他才會有成就感，進而對課程產生興趣，學起來才比較從容。因此，我們的基本思想是在理論指導下，讓學生動手、動腦，更多地上機實踐。因為學生只有在編寫大量程序之后，才能獲得真知灼見，感到運用自如。注重學生動手能力的培養是這門課和以往課程最大的不同之處。

② 鼓勵和引導探索式學習

按照建構主義的學習理論、學生作為學習的主體在與客觀環境(指所學內容)的交互過程中構建自己的知識結構。教師應引導學生在解題編程的實踐中探索其中帶規律性的認識，將感性認識升華到理性高度，只有這樣，學生才能舉一反三。在這一過程中教師起著很大的引導作用。

③ 突出重點

這門課授課的原則是要學生“抱西瓜”而不是“摘芝麻”，重點放在思路、算法、編程構思和程序實現上。語句只是表達工具，講一些最主要的，細微末節的東西根本不講。在教學設計中注重最大限度地調動學生的積極性，選擇少而精，又能引發興趣的典型問題，作為開篇，要求學生帶著問題學，積極思考，與教師互動，盡量當堂學懂。突出上機訓練，在編寫程序的過程中，提高利用計算機這個智力工具來分析問題和解決問題的能力。

④ 培養良好的編程習慣

在課上我們非常注意讓學生養成良好的編程習慣，即強調程序的可讀性、規范性；要求變量必須加注釋；程序構思要有說明；學會如何調試程序；盡量使程序優化；還要求對程序的運行結果作正確與否的判斷與分析。

⑤ 注重培養學生“自學、動手、應用、上網”的學習習慣

我們認為 在本科階段就應該注意培養學生的自學能力。很多東西完全是可以自學的，尤其是計算機。計算機是實踐性極強的學科，所學的內容和要實踐的東西是一個整體，所以可以自己動手來學，書上看不懂的在機器上動手試試，往往就弄懂了。上網是指充分利用網絡平臺，提高獲取信息、處理信息和交流信息的能力。

(2) 對學生學習評價方式的改革

考試是檢驗學生學習效果、評價學生學習業績的重要環節。考試作為“指揮棒”對教學目標、教學過程有著相當大的影響。我一直在思考如何進行考試改革，如何借助考試環節調動和激發學生自主學習的積極性、創造性等問題。

① 不紙上談兵，不考筆試，不考死記硬背的東西

開學之初，就向學生宣布考試方式—上機解題，判分也是由計算機來完成，對就是對，錯就是錯。我們平時比較注意對學生學習方式的引導，讓學生明白：理論很重要，要在理論指導下，動手動腦、有條有理地進行實踐。而實踐才能出真知，動手才能學到真本事。

② 利用資源，補充助教的不足

我系每年都有十多位保送生，他們都是計算機競賽方面的高手，是“國家集訓隊隊員”。與此相反，每年所招新生中有30%的學生沒有摸過計算機。我們把這些“高手”組織起來，給他們起名為“小教員”。在開學的第一天就把他們介紹給其他同學，并把他們分到各班，讓他們對該班同學的學習負起責任，幫助同學學習。這部分“小教員”真正發揮了作用，這樣既彌補了師資的不足，同時也使他們受到了鍛煉，增強了責任感和團隊精神。

3仍須努力，沒有最好，只有更好。

經過7年的實踐，我們感到在一些方面還要進一步努力。譬如：

要進一步加大學生訓練環節的力度；

要加強對基礎較差學生的輔導；

要建立一個因材實教的機制，創造條件，讓學生能有更廣闊的發展空間；

要建立平時的督促機制，讓每一個學生真正落實動手實踐；

要考慮與后續課程的銜接。

改革是沒有止境的，一流大學要有一流的課程，沒有最好，只有更好。