基于計算思維的C語言程序設(shè)計教學(xué)研究

潘艷

【摘 要】隨著人工智能等計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和普及，擁有計算思維和編程實踐能力成為智能化時代的入場券，這對C語言程序設(shè)計課程的教學(xué)提出了挑戰(zhàn)。本文從課程中引入計算思維的必要性入手，重點從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實踐考核方式幾個方面進(jìn)行改革，以到計算思維培養(yǎng)的課程目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】計算思維；C語言程序設(shè)計；教學(xué)

一、引言

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出“在提高教育質(zhì)量方面，著力提升學(xué)生思想道德水平、社會責(zé)任感和法治意識，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神與能力，強化實踐動手能力。”對于計算機(jī)各相關(guān)專業(yè)開設(shè)的第一門專業(yè)課程C語言程序設(shè)計來說，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和編程的實踐能力是課程建設(shè)的方向和目標(biāo)。

二、計算思維的引入

隨著人工智能等計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用場合也不在局限于計算機(jī)學(xué)科，眾多的科學(xué)領(lǐng)域被冠以“計算”之名，如計算物理學(xué)、計算生物學(xué)、計算化學(xué)等。因此，擁有利用計算機(jī)這一工具，解決實際問題的計算思維能力，成為目前智能化時代的入場券。

計算思維是美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在2006年美國計算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》提出的。她認(rèn)為：計算思維是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。計算思維不僅是計算機(jī)學(xué)科的思維方式，是每個人都要掌握的一種解決實際問題的技能。

目前，計算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生普遍存在著思維固化、缺乏計算思維等問題，這是導(dǎo)致其創(chuàng)新能力薄弱的重要原因，這就對計算機(jī)課程教學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。C語言作為接近計算機(jī)硬件的一種語言，普遍被用于計算機(jī)各相關(guān)專業(yè)開設(shè)的入門課程，是理解計算機(jī)世界的有效途徑。因此，C語言程序設(shè)計課程有著不可替代的重要意義。

一直以來，很多院校仍將C語言程序設(shè)計課程定位在知識傳授上，C語言教學(xué)都是圍繞語法知識這個主線展開，雖然這種教學(xué)模式可以循序漸進(jìn)地把C語言的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想和知識傳授給學(xué)生，但是很難培養(yǎng)計算思維和創(chuàng)新能力。因此，在C語言程序設(shè)計課程的教學(xué)中，轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂嬎闼季S培養(yǎng)為核心的課程改革勢在必行。

三、基于計算思維的C語言程序設(shè)計課程的教學(xué)改革

（一）更新教學(xué)理念

在C語言程序設(shè)計課程教學(xué)改革中，首要轉(zhuǎn)變的是教學(xué)理念，必須從傳統(tǒng)重分?jǐn)?shù)的應(yīng)試教育轉(zhuǎn)變?yōu)橹啬芰Φ乃刭|(zhì)教育，從傳統(tǒng)的傳授知識為核心轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘囵B(yǎng)計算思維和創(chuàng)新能力為核心，從傳統(tǒng)的教師為中心，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為中心，尤其是網(wǎng)絡(luò)教育資源共享化的今天，必須從傳統(tǒng)的課堂教學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)主。要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷構(gòu)建自己的知識體系，養(yǎng)成主動的、不斷探索的、自我更新、學(xué)以致用和優(yōu)化知識的終身學(xué)習(xí)習(xí)慣。因此，在課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)的設(shè)計上以及教學(xué)方法的使用上，要遵從學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以學(xué)生感興趣的實際應(yīng)用問題為出發(fā)點，吸引其主動參與到教學(xué)活動，采用以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法為主，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主探究解決問題的所需要的知識和方法，從而形成分析問題、解決問題的計算思維能力。

（二）重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的以C語言的知識為主線的教學(xué)內(nèi)容組織方式重視語法知識的完整表達(dá)，側(cè)重語法帶動程序設(shè)計過程的理解，其一般順序為概述、基本語法規(guī)則、程序控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體和文件，這種形式，這使得語法的學(xué)習(xí)比較單調(diào)枯燥。尤其是基本語法規(guī)則的教學(xué)，實際應(yīng)用性不強，容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，這也是很多學(xué)生學(xué)不好C語言的重要原因。基于計算思維的教學(xué)內(nèi)容組織方式側(cè)重結(jié)構(gòu)和思想的深入理解帶動基本語法的理解，其一般順序為概述、簡單程序、程序控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組引入、函數(shù)思想、結(jié)構(gòu)體和鏈表的應(yīng)用和文件的應(yīng)用。重構(gòu)后的教學(xué)內(nèi)容將基本語法規(guī)則滲透到了各個知識點的教學(xué)過程中，并在教學(xué)過程中往往以有趣的或者實際問題為切入點，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，課堂上以問題求解為核心，引導(dǎo)學(xué)生主動探索問題的解決思路，最后幫助學(xué)生運用新知識實現(xiàn)此問題。例如：在分支結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容的組織上，設(shè)計基于交通測速儀實現(xiàn)超速記分系統(tǒng)的實際用提出問題，讓學(xué)生探索解決問題的思路和方法，介紹分支結(jié)構(gòu)的不同實現(xiàn)語句，同時嵌入了比較、關(guān)系運算符和條件運算符的使用，讓學(xué)生在解決實際應(yīng)用過程中掌握知識、應(yīng)用知識，最后引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)此超速記分系統(tǒng)，從而達(dá)到計算思維和實踐能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

（三）更新教學(xué)方法

傳統(tǒng)的C語言程序設(shè)計課程采用將知識和結(jié)論直接傳授給學(xué)生的講授式為主的教學(xué)方法，學(xué)生對知識的掌握是被動的行為，是一種間接的體驗，容易形成思維定式，限制了學(xué)生的想象力和創(chuàng)造能力，不適合學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。隨著大規(guī)模的大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）資源的開放和共享，基于問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)方法尤為適合當(dāng)前的情形，PBL以解決問題為中心，以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為主，強調(diào)教師的引導(dǎo)作用，把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的真實問題情景中，充分調(diào)用了學(xué)習(xí)的積極性和主動性，通過多種學(xué)習(xí)途徑，學(xué)生自主探究和合作來解決問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力，從而達(dá)到對計算思維、溝通合作能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

（四）完善考核方式

C語言程序課程是一門實踐性很強的課程，以往的教學(xué)過程中教師授課偏重語法，考核形式也以語法和語義的理解以及簡單程序設(shè)計進(jìn)行考核，一般采用閉卷筆試的形式為主，上機(jī)實踐考核為輔。這種考核方式使得學(xué)生重語法輕實踐，不能很好的檢驗學(xué)生的計算思維和實踐動手編程能力。因此，改變原有的考核方式具有積極的引導(dǎo)作用。采用類ACM競賽類型題或者基于某一需要解決的實際問題進(jìn)行上機(jī)實踐考核與解決具體實際問題的實踐項目開放式實踐考核的形式更適合C語言程序設(shè)計課程。

四、結(jié)語

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，擁有計算思維和編程實踐能力成為智能化時代的入場券，C語言程序設(shè)計課程作為第一門入門語言，自然肩負(fù)著從現(xiàn)實世界過渡到計算機(jī)世界，理解計算機(jī)世界的處理問題的思維方式——計算思維的重任。加之互聯(lián)網(wǎng)上大量的優(yōu)質(zhì)MOOC資源的開放和共享，促使我們不得不對現(xiàn)有的C語言程序設(shè)計的教學(xué)進(jìn)行改革。因此，必須將計算思維貫穿到C語言程序設(shè)計的教學(xué)中來，更新以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，以注重實踐為導(dǎo)向，對C語言教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全方位的重構(gòu)，通過多中教學(xué)方式和方法的使用，充分調(diào)用學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，從而提高教學(xué)質(zhì)量，以達(dá)到課程培養(yǎng)具有計算思維和實踐編程能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

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