面向計算思維的程序設計課程改革與實踐

【摘要】目前，計算思維是當前國內外計算機界廣為關注的一個重要概念，也是當前計算機教育重點研究的課題。本文分析了程序設計課程教學存在的問題，提出了應用激勵機制、融入計算思維的程序設計課程教學改革方案。通過國二通過率實驗的對比，得出面向計算思維的程序設計課程改革與實踐是可行且有效的。

【關鍵詞】計算思維；教學改革；程序設計課程【中圖分類號】G623.5 【文獻標識碼】B【文章編號】2095-3089（2012）21-0013-02

1引言

近年來，計算思維的培養已成為國內外熱點。2006年3月，美國卡內基·梅隆大學周以真（Jeannette M. Wing）教授明確提出“計算思維能力將成為21世紀中葉每個人的基本能力”。她認為計算思維是每個人的基本技能，而不僅僅屬于計算機科學家，計算思維和閱讀、寫作及算術一樣，將成為21世紀每個人必須具備的基本技能 [1，2]。隨即這一概念被國內外計算機界、社會學界以及哲學界的廣大學者進行了廣泛的研究與探討。

針對計算思維培養問題，文獻[3]對以計算思維為基礎和以學科思想及方法為基礎的兩類計算機導論課程進行了分析比較。文獻[4]和文獻[5]分別探討了如何在編譯原理課程和人工智能課程中培養學生的計算機思維能力。2010年《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》的核心要點也強調“需要把培養學生的‘計算思維’能力作為計算機基礎教學的核心任務”。而程序設計作為大學非計算機專業的一門計算機基礎課程，理所當然應該融入對計算思維能力的培養，從而提高大學生的基本技能和信息素養。

2程序設計課程教學存在的問題

目前，在大學計算機基礎課程的教學中出現了一些問題，主要是“狹義工具論”的問題。這種思想認為計算機基礎教學就是教學生怎么將計算機作為工具使用，這樣不利于學生掌握計算機技術中最重要的核心思想和方法，因此這種認識對計算機教育非常有害。雖然“狹義工具論”不好，但在過去的一段時間里，在高校中確實存在這種傾向。

在實際教學過程中，每年都有相當多學生問：（1）學程序設計有什么用？（2）要不要通過國二考試？（3）這門課程與后續的專業課程是否有關？大部分教師會認真的回答并加以解釋，但由于“狹義工具論”等不良思想的影響，所以學生往往表現出三種傾向：（1）對程序設計不感興趣，經常逃課或迫于查課等壓力，雖然人在但心不在焉，坐在教室后睡覺或玩手機；（2）僅為獲得學分或取得國二證書，上課時按部就班完成老師布置的任務，并沒有深入理解和研究；（3）很感興趣，下課后查閱相關資料，接近計算機專業學生水平。第一種學生（比重約占30%），程序設計課幾乎沒有收獲；第二種學生（比重約占60%），程序設計課僅僅是獲得學分或取得國二證書；第三種學生（比重約占10%），程序設計課不僅是獲得學分或取得國二證書，更重要的是今后會利用程序設計的思維來解決一些實際問題，為后續課程的學習打下了良好基礎。

3采用激勵機制教學，培養計算思維

3.1 計算思維的重要性。 現在計算機的發展非常迅速，加上網絡的發展，新的知識大約每兩年就翻一番，如何讓學生在大一所學的知識，進入社會后不過時，這是教育工作者應該思考的問題。那么應該教給學生什么呢？這就是學習的能力和計算思維的能力。有了這種能力，學生進入社會后就能解決沒有想過或者目前沒有發生過的新問題，就可以以不變應萬變，因此必須加強學生計算思維能力的培養。

3.2 采用激勵機制教學，培養計算思維。 很多專家、學者、教授針對學生學不好的問題進行了積極的討論和研究。大部分人認為，在如今的社會背景下，應該首先引導學生，培養學生的興趣，從而培養他們分析問題、解決問題的能力。

再好再多的口號，抵不過現實的需要。雖然學生想過國二或想拿學分，這有點現實主義，但如果完全忽略學生的這種需要，哪怕再如何向學生強調計算思維的好處，恐怕也無濟于事。因此在程序設計的教學過程中，應該改革教學方式，結合激勵機制，從而更好地培養學生的計算思維。那么如何改革教學方式以及采用何種激勵機制呢？第一，改革考試制度，不靠期末考試一錘定音，加重平時上機成績的比重，及平時解決問題時的附加分。第二，以考代學，告訴學生，如果通過國二，可以免修程序設計這門課程，當然這個方案得學校配合，修改學生培養方案。

4 面向計算思維教學，提高國二通過率

前面已講述，課程教學的目標不僅是為了讓學生過國二，這只是結合學生的需要而采取的一種激勵機制，最終的目標是為了提高學生的計算思維。那么如何在程序設計課程教學中融入計算思維，從而提高國二通過率呢？本文以如何提高國二C語言的機試成績為例來闡述程序設計課程教學。

4.1 分析考綱，得出考點。 國二年年考，且經常修改考試大綱，像高考一樣，修改考綱的專家也是根據實際需要作的更改，因此教師和學生最好一起分析考綱，得出考點。為什么不是由教師單獨分析考綱，而是由教師和學生一起分析考綱呢？因為第一，教學不完全是應試教育，只為國二考試。第二，只有學生親自參與，并且通過教師的講解，學生才能深刻理解教學改革的作用和意義，從而激發他們的學習興趣，鍛煉并提高他們的思維能力。

4.2 舉一反三，加強編程能力。 曾經不只一位學生說過這樣的話“雖然上機只是100套題，但太難記了，我寧可記一百個歷史或政治問答題，也不想記計算機國二機試題”。雖然國二機試題答案的長度遠遠沒有一個歷史或政治問答題的答案長，為什么學生覺得非常難記呢，終其原因有兩點，第一，這些學生沒有理解題意，只是強記而并非理解性的記憶。第二，不會總結，不能舉一反三，他們每個題目都去背，類似的題目不總結，不思考。

根據參加過國二考試的學生反映，新思路出版的國二上機考試資料命中率高達99%，為此對這套資料的100套機試題進行了分門別類，從而得出結論：這100套題，其實不同類別題不到30套，因為很多題都是類似的，有的甚至僅僅是改了一個數據或參數。如有8套編程題考了兩個數據如何合并生成一個新的數據；有10多套編程題考的是求分數和；有近20套的填空題或改錯題或編程題考了字符串的重組問題等等。其實在教學過程中，應該針對每種不同的類型題目，重點講解一至兩道，其余的應該教會學生如何思考，啟發式教學，從而讓學生觸類旁通，達到舉一反三的效果。

4.3 分析歷年考題，找出高頻考點及失分點。 這點主要是針對填空題和改錯題，比如填空題經常會考賦初值、選擇或循環的條件，那么改錯題也經常考這些知識點，但往往會故意賦一個錯誤的初值，或把條件寫錯讓學生來改。因此在教學過程中，應該融入計算思維，在講解知識點的時候，不能只是照本宣科的講概念，而是提問讓學生思考，讓學生帶著疑問去學習，讓他們思考這些知識點可以解決哪些問題，在解決問題的過程中可能會犯哪些錯誤，尤其是把學生在實驗中犯的一些錯誤在課堂上作為實例講解，這樣學生就能感同身受，從而達到事半功倍的效果。

4.4 教學實踐效果分析。 作者統計了學校相同專業2010級學生（采用常規教學）和2011級學生（采用計算思維教學）的國二通過率，具體數據如表1所示。

表1 國二通過率對比表 %

學生年級筆試通過率機試通過率2010級35.237.32011級63.881.0從表1可以看出，2010級學生的筆試和機試通過率接近，都只有1/3左右；而2011級融入計算思維的教學改革后，學生國二的筆試成績和機試成績都有了顯著的提高。但是由于筆試試題里有30分的公共基礎題，且涉及的概念較多，因此筆試通過率比單純只考程序設計的機試通過率低一些，但這些都在合理的范圍之內。

5結語

計算思維無處不在，它作為一個問題解決的工具，處處都會被使用。計算思維是每一個人在現代社會中發揮職能所必須掌握的一種根本技能，因此教師應該在大學教育教學中培養學生的計算思維。而計算思維的培養不是通過一兩門課程的教學就能解決的問題，因此計算思維的培養應該貫穿于所有的課程教學中。自然，它應當有效的融入每一堂課中。

參考文獻

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

[2]周以真.計算思維[J].中國計算機學會通訊，2007，3（11）：111-116.

[3]董榮勝.計算思維與計算機導論[J].計算機科學，2009，36（4）：50-52.

[4]王挺，李夢君，周會平.對編譯原理課程教學中計算思維培養的探討[J].計算機教育，2009（21）：11-13.

[5]王甲海，印鑒.人工智能教學與計算機思維培養[J].計算機教育，2010（19）：68-70.