简论教学方法从计算思维为导向研究型教学办法革新与实践

摘要：分析了“计算机程序设计基础”课程教学中所面临的主要问题，指出了课程的难点在于如何把实际问题形式化为机器能够处理的表达式，并从计算思维的培养视角提出了以“算法设计”为核心研究型教学方法。
关键词：计算机程序设计基础；主要问题；计算思维；算法设计；研究型教学方法
“计算机程序设计基础”是一门大学的公共基础课，是理工科学生的一门“看家本事”，只有打好程序设计基础，掌握好信息处理工具才能发挥超凡的创造能力。在信息化时代，在有了“人类通用智力工具”的条件下，用编程手段来解决人们遇到的各式各样问题的时候，需要一种新的思维方式──计算思维。计算思维是运用计算机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。 “思维是人类的灵魂”，失去了思维内涵的知识、操作和技能只能是僵化和刻板的，失去了思维，知识得不到激活、超越与创新。计算思维是激活与创新知识、操作技能的内在智慧，为了培养计算思维能力，课程重点应放在讲思路、讲如何对问题进行抽象。当然，一些基本的语句语法也需要讲解，但不宜多，更不宜喧宾夺主。对问题进行符合逻辑的科学分析，找出解决问题的形式化方法，并抽象到数学层次上去，这是课程最基础和最本质的教学目标。
1 面临的主要问题

1.1 学生普遍认为课程枯燥难学

“计算机程序设计基础”课程作为非计算机专业大学生的一门公共基础课程，对很多同学来说都是很困难的。以我们学校学生为例，共有来自56个民族成分的学生，其中，来自民族地区和西部地区的学生占81.26%，少数民族学生占65%，生源个体差异大，有的学生入学时刚刚接触计算机，有的学生还没见过计算机，所以一些学生一听课程名就有畏难情绪，不少学生对这门课程觉得枯燥乏味，感到用计算机解决问题的方式与其原有的思维方式不一样，需要更加有逻辑性、更加严谨，解决问题的方法也不是唯一的，再加上知识点又多，就更加不愿意学了。很多学生曾经问我：“我不是学计算机专业的，将来也不从事与计算机相关的工作，为什么还要学习这门课程？”这些观点和想法势必会影响到学生对这门课程的学习，也给我们老师的教学提出了新的挑战。

1.2 教师普遍埋怨课程学时不够

“计算机程序设计基础”这门课程的基础理论、基本知识量大面广，加上教学对象又为大学一年级非计算机专业的学生，老师在讲解时很容易陷入“传授知识”的境地，用大量的精力关注大量知识单元的教与学，实验教学也是主要针对知识单元设置相应的实验项目，侧重知识的验证，期中或期末布置一个综合性的大项目，让学生运用所学知识完成项目的设计。在多年的教学实践中，我们意识到这种教学方法存在的问题，一是在平时的教学中，学生只关注知识单元的理解和单一功能的实现，把本来具有前后联系的知识割裂开来，结果是学了后面忘了前面，等到期末做综合性大项目时缺乏整体观念而感到茫然，根本达不到期待的效果。二是由于课程内容较多，教师总想尽可能多的布置实验项目，形成一种以量取胜的导向，且总埋怨学时不够。三是实验项目的设置以实现单一功能为目的，重在训练学生理解所学的格式化命令运行的结果是什么，缺乏训练学生灵活应用知识的能力，仍然停留在一种操作技能性的能力培养层面，难以形成整体的逻辑思维，其结果只要题目稍作改变就不知所措。这种知识型的教学方式不可避免地会出现“学生难”、“教师难”的两难状况，最终埋怨学时不够也就不足为奇了，采用多媒体课件讲解、开发网络化的辅助教学平台等现代化的教学手段来提高课程教学的效率能在一定程度上缓解学时不足的矛盾，但并不是解决问题的根本所在。
2 以遵循认知规律和促进学生能力发展为导向更新教学观念
顺势而为、依性而行。学校教育重在育，育的本意是养、稍加引导，养着乃养育、培育、培养之谓也，育着，既教师，要顺势而为、依性而行，不依柳条柔之性、不顺柳条韧之势，箩筐是编不出来的[3]。这里说的性和势就可理解为学生学习计算机的文化基础和认知基础，顺和依就是要遵循认知规律。曾任北大校长的中国著名教育家蔡元培先生早就指出教育是帮助被教育的人，给他们发展自己的能力[4]。学生刚开始接触程序设计课程中的语句语法觉得难懂、没有兴趣，这时是仍然按照教材的顺序讲下去，还是以“学定教，顺势而为”？诚然，就程序设计课程而言，没有语句语法方面的基本知识是不能够编程序的，但是否一定要先讲了这些学生觉得枯燥无味的基本知识后才能往下讲？我们可以先抓住程序设计的核心──算法，先讲解算法的设计，明确利用计算机求解问题的思路和方法，然后根据算法实现的需要，让学生有目的地去选择相应的语句语法知识编写出程序，语句语法实际上是为算法服务的。计算机程序设计课程具备了科学性与工程性并重、理论与实践并举、构造性与抽象性并存的基本特征，特别是以形式化语言作为描述手段，使得抽象和逻辑成为其思考问题的基本方式[5]，抽象思维和逻辑思维是计算思维的主要方面，因此，以算法为核心的教学观念符合认知规律，有利于促进学生计算思维能力的发展。
3 以计算思维为导向的研究型教学方法
教学是需要设计的，切入点很重要。“兴趣是最好的老师”，在教学设计时教师要用心揣摩初学编程者的感受，认真研究难点究竟在哪儿，深入思考怎样才能让学生感兴趣，而不是被那些深奥枯燥的语句语法弄得眼花缭乱，一头雾水，兴趣索然，因此就必须打破原来的知识型教学的框架。我们认为，课程的难点在于如何把实际问题形式化为机器能够处理的表达式，而在形式化的过程中，算法设计是其中的核心环节，是解决问题的思路和方法，也是培养学生计算思维能力的首要环节，为此，我们将知识型教学方法改进为研究型教学方法，推崇以探索为本的学习，并确定了三个方面的教学目标：（1）借助知识载体，传授基本问题的求解过程和思路；（2）建立算法意识，培养良好的思维习惯和形式化方法；（3）从学科方法论上打基础，培养计算机思维能力和分析问题、解决问题的能力。在具体的教学过程中，我们重点采取了如下的教学方式。

3.1激发兴趣

教师在教案的编写方面，尽可能多地选取贴近日常生活和趣味性的问源于：毕业论文致谢格式www.618jyw.com
题让学生去思考和解决，消除初学者的神秘感和畏难情绪，使他们主动而有兴趣地付诸行动，这是学习的前提。

3.2鼓励探索

尊重学生不同的认知方式，鼓励学生根据自己的文化基础和兴趣爱好，从不同角度发现问题和分析问题，用不同的算法解决问题，用不同的程序实现算法。我们在课堂上讲授的实例有多种思路和解法，在平时的习题中，也有一些属于没有固定解法的提高题，让学生去探索好的解法，并及时组织课堂交流。

3.3养成习惯

对于任何问题，都要求学生按照下面的五个步骤去解决：（1）分析问题并将其抽象为数学模型；（2）设计算法；（3）编写程序；（4）调试程序；（5）运行程序和分析结果，提出改进意见，既训练学生上述五个方面的能力，又养成良好的程序设计习惯。
4 结语
计算思维能力的培养是目前大学公共计算机基础教育领域的一个热点话题，广大教育工作者都在积极进行探索，本文结合作者多年来从事计算机程序设计课程教学的经历和体会，分析了这门课程所面临的困难和问题，提出了以计算思维能力培养为导向的教学观念和教学方法，并在辽宁省计算机基础教育学会和学校教改课题立项的资助下进行了实践，取得了积极的效果。
参考文献：
杨叔子.面向工程打好基础全面发展[J].中国大学教学， 2006（7）.
吴文虎.我怎么讲好“程序设计基础”这门课[J].中国大学教学，2011（12）.
[3] 李全惠.谁才是学校真正的主人.中国教育报，201

2.7.10.

[4] 人格与技能的裂变.中国教育报，201

2.4.9.

[5] 蒋宗礼.以能力培养为导向，提高计算学科教育教学水平[J].中国大学教学，2008（8）.
作者简介：李宏岩（1972 —），女，讲师，辽宁沈阳人，大连民族学院计算机学院教师，研究方向：大学计算机教育。
备注：本文为2012年度辽宁省计算机基础教育学会教学改革研究项目“以算法为核心的程序设计课程教学内容与方法的改革”的部分研究成果。