程序設計課程教學滲透計算思維的改革探索

董卓莉+肖樂

摘要：針對目前大學計算機通識平臺課程教學中“狹義工具論”的傳統思想限制學生思維能力發展的現狀，研究者分析了計算思維應用在程序設計課程教學中的難點，并結合翻轉課堂，從教學大綱修訂、課程資源建設和教學活動方案實施等方面探索一條新路。這條新路將計算思維能力培養作為教學改革的核心目標，它的推行與發展對學生有重要的意義。

關鍵詞：計算思維；程序設計課程；翻轉課堂；教學改革

一、教學現狀

長期以來，在高校非計算機專業的計算機基礎教育中，統治教與學雙方思想的是“狹義工具論”。近年，有關大學計算機基礎教育的教研活動非常多，眾多高校將“計算思維能力培養”作為計算機基礎教育的核心目標，要讓學生掌握計算技術中的核心思想與方法，使學生成為被社會需要的有價值的計算機人才。目前，諸多一線教師在教學實踐活動中積極探索并總結經驗教訓，堅持創新與教學改革。這些積極的探索雖然取得了一定的成績，但仍然沒有擺脫“狹義工具論”的影響，依然是傳統的“任務驅動式”教學的延伸，沒有體現計算機基礎教育要達到的核心目標。為此，研究者擬從教學大綱修訂、課程資源建設和教學活動方案實施等方面，探索將計算思維能力培養作為教學的核心目標的新路子。

二、改革思路及方案

計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等的一系列思維活動，其本質是抽象（Abstraction）和自動化（Automation）。國內諸多學者都對計算思維進行了比較深入的解讀，也取得了一定的成績。然而，將培養計算思維能力有效地落實到具體的教學過程依然存在較大的挑戰：其一，對非專業的學生而言，開設計算思維導論課程是否有必要；其二，構建基于計算思維培養的計算機基礎教學體系難度較大；其三，細化計算思維的培養目標到具體教學實踐活動中尚有難度，其難點包括怎樣將計算思維具體為能力特征點，教師如何以知識載體將特征點內化為思維能力等。如果能將這些挑戰與問題都解決掉，那么，對學生計算思維能力的培養是有重大作用與意義的。

（一）教學大綱中教學目標及任務修訂

針對以上問題，研究者通過建立“計算”的基本意識、了解“計算”的基本功能、掌握“計算”的基本方法、會用“計算”的基本工具和具備“計算”的基本能力等五個途徑，以《c語言程序設計》為例子，提出了改革思路和改革方向，以期能夠實現教學目標。

教學大綱中明確提出教學目標是使學生樹立問題建模和求解的基本意識（以c語言作為載體）；強調教師使學生初步理解“借助計算機來求解數學和工程問題的過程”：掌握將數學和工程問題轉化為程序設計問題的方法；要讓學生熟練掌握使用一種c程序的編譯工具（Visual Studio）用以調試c程序；由淺入深使學生初步理解計算思維的本質是對問題的抽象和執行流程的自動化。研究者認為，在教學大綱中強化對計算思維特征點的顯性描述，有助于指引教師將教學重點、難點及教學方向側重于思維能力的培養和訓練，有助于學生未來更長遠的發展。

（二）立體化的課程資源建設

隨著互聯網的發展與移動終端的普及，教學空間也必須向多元化的方向發展。研究者所在的教學團隊在多年的教學實踐中，通過多種形式切實挖掘了學生在學習過程中的難點，并結合近年專家學者對計算思維的描述，初步開發了一系列網絡音視頻教學資源，并初步投入使用。音視頻資源內容包括對重點算法的動畫展示、對經典程序調試和運行的演示等。一方面，學生可以通過手機掃描二維碼下載學習課程資源；另一方面，教師也可以掃描二維碼了解學生下載課程資源的學習情況。信息的互通與反饋機制為教師針對重點、難點教學內容開展翻轉課堂形式的教學活動提供了翔實的數據支撐，教師在后續的教學活動中可以有針對性地改善自己的方式。

（三）結合翻轉課堂的教學活動實施方案

傳統課堂中學生學習的主觀能動性不強，學生缺乏獨立思考和發現問題、解決問題的能力，教師在課堂上難以對教學內容展開深入的討論。為此，研究者引入翻轉課堂將傳統“課堂知識傳授+課下知識內化”的順序顛倒，針對程序設計與c語言內容，設計合理的、由淺到深的教學案例，采用在線學習的方式，讓學生根據個體情況自主選擇學習資源，課前完成基本知識傳授，將知識內化、提高的過程放在課堂上，由教師引導完成，具體的教學活動實施方案描述如上圖所示。實踐證明，實施翻轉課堂為教師開展計算思維能力培養和促進學生思維能力的發展贏得了寶貴的課堂時間，這有助于提高課堂效率、改善課堂教學效果并提升學生的計算思維能力。

三、結語與工作展望

對計算思維能力特征點的準確描述與之在教學活動中的滲透，從根本上培養了學生的計算思維能力，并提升了學生整體的思維能力，也響應了通識平臺教育助力提升大學生素質的要求。計算思維在大學計算機基礎教育中的改革實踐方興未艾，規范科學的教學體系、豐富的教學資源和良好的信息溝通渠道，將是眾多研究者下一步努力開展的工作目標。