基于计算思维的C程序设计公共基础课程

姜薇+杨文嘉

摘要：计算思维能力培养是高校计算机教育的重要任务。本文针对高校程序设计课程传统教学模式的问题，提出基于计算思维的C程序设计公共基础课程教学改革方案，对教学内容、教学方法、考核方式等方面的改革进行了探讨。

关键词：计算思维；程序设计课程；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）34-0260-02

C程序设计课程是高校计算机教育公共基础课程之一。对高校大学生来说，它不仅是语言技能的培养，更重要的是对学生创造性思维的信息素质培养过程，也就是培养学生实现问题求解的思维方式，即计算思维能力。程序设计课程的学习有两个重要方面：算法学习和编程实现。算法学习即学习问题求解的方法；编程实现是利用计算机编程实现算法，即理解计算机是如何实现算法的。C程序设计作为计算机教育的公共基础课程，应使学生在掌握C语言语法知识基础上，掌握问题求解的算法和实现算法的具体过程，具备运用C语言编写程序和解决问题的能力，同时培养学生严谨的程序设计习惯、科学的思维能力及较强的动手能力，这些都需要通过强化计算思维训练实现。基于计算思维的C程序设计课程目标就是要在教会学生计算机编程的同时，培养计算思维能力和解决实际问题的能力。

一、计算思维

计算思维、逻辑思维、实证思维是人类认识世界和改造世界的三种基本科学思维方式。逻辑思维又称理论思维，它以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。实证思维又称经验思维，以觀察和实验获取自然规律为特征，以物理学科为代表。计算思维又称构造思维，它以设计和构造为特征，以计算机学科为代表，通过算法过程的设计与实施解决问题。计算思维的概念是由美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授在2006年提出的。周以真教授认为，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、理解人类行为等一系列思维活动。

二、C程序设计课程教学现状和改革必要性

目前高校程序设计课程一般采用传统教学模式，即按照先介绍该语言数据类型及运算符、表达式，然后再介绍其语法规则，讲解例题，最后布置作业的模式来组织教学。这种以教师为中心的灌输式教学模式能较好地保证知识的系统性，但因知识枯燥，学生学习的积极性受到影响，在一定程度上束缚了学生思维的发展，学生实践能力不足，综合分析能力及创新能力薄弱，难以满足当今社会对人才培养的要求。近年来，计算思维能力的培养已经成为高校计算机基础教学改革的目标。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会提出了“大学计算机基础课程教学基本要求”，明确了以计算思维为导向的计算机基础教学改革方向，目的是通过梳理核心知识体系，改革教学内容和教学方法，将计算思维培养建立在知识理解和应用能力培养基础上[1]，以提升学生的计算思维能力。由于多年来我校的C程序设计课程教学内容主要以讲授C语言的语法规则为主，学生的计算思维能力普遍欠缺。因此，急需将C语言的编程基础和计算思维的培养结合起来，对C程序设计公共基础课程进行教学改革，以提高我校程序设计语言公共基础课程的教学质量，培养学生的编程能力、计算思维能力及应用创新能力。

三、基于计算思维能力培养的C程序设计课程教学改革

基于计算思维的C程序设计课程教学改革的重点在于突出算法设计和计算思维培养。因此，在教学过程中，我们围绕计算思维的培养对该课程的教学体系进行重新审视和定位，改革课程教学内容、教学方法、考核方式等，构建基于计算思维的C程序设计课程教学体系，将计算思维贯穿课堂教学、实验教学、创新活动、课程考核等教学过程的各个环节，激发学生学习热情，变知识的教学为思维的培养。

1.教学内容改革。程序设计课程中的许多知识为计算思维的培养提供了很好的诠释和生动的案例，体现了许多计算思维的核心思想，例如利用循环迭代求解、递归问题求解、利用函数模块化求解等，这些思想与方法有助于学生更加深刻地理解计算思维的本质和计算机求解问题的过程，因此程序设计课程是最适合培养学生计算思维的课程。C语言具有知识点多、概念复杂、规则繁多、使用灵活、自由度大、抽象度深等特点，而计算思维又涉及计算机语言的编程思路和基本方法，特别是对问题进行符合逻辑的科学分析，抽象到数学层次上，并进行算法设计、编程与调试。

2.教学方法改革。（1）引导学生理解计算思维的本质，树立计算思维的意识。计算思维的本质是抽象和自动化，抽象是为要解决的问题建立求解模型，自动化是通过设计算法和编写程序实现问题的自动求解过程。在课堂教学中，结合实际问题求解的过程，要引导学生理解计算思维的本质，掌握抽象和自动化解决问题的方法，树立计算思维的意识。（2）采用“案例驱动”的教学手段，调动学生学习积极性。在教学过程中，用任务、案例和问题调动学生学习的积极性，通过完成任务和解决实际问题来提高学生分析问题和解决问题的能力。（3）注重算法设计，提高学生计算思维的能力。掌握计算机求解问题的各类方法是培养学生计算思维的关键。以计算思维培养为核心的程序设计课程的重要任务之一，就是要在教学的过程中让学生学会程序设计的方法和各类问题求解的算法，加深对计算机自动化处理问题的思想与方法的理解。C程序设计课程有许多典型算法，例如排序、查找、判断素数、求勾股数、求水仙花数、字符加密等，针对具体问题。（4）尊重学生个体差异，培养计算思维的多样化。由于不同的学生会使用不同的学习方法和思维方式，教师应尊重每位学生的个体差异性，鼓励学生从不同角度认识问题，并用不同的方式表达算法，用不同方法实现问题求解，同时教师给予适当的评价。例如，百钱百鸡问题，鼓励学生用三重循环和二重循环两种算法编程，然后对两种算法进行比较，让学生认识到采用二重循环可以大大减少循环次数，提高算法的性能。（5）将实验教学与计算思维相结合，提高学生动手实践的综合能力。实验教学是提高学生的基本技能、应用能力和创新能力的重要环节。在C程序设计实验教学过程中，将实验内容与计算思维培养相结合，在实践中注重培养学生良好的编程习惯，强调先进行算法设计再编写程序，通过加强算法设计，提高学生的计算思维能力和解决问题能力。（6）鼓励学生参加创新活动，培养计算思维和创新能力。为了培养学生创新意识和创新能力，提高学生计算思维能力和综合运用所学知识解决实际问题的能力，通过鼓励学生参与大学生科研训练计划、大学生科研参与计划、大学生创新行动计划等创新活动和科研项目，多途径培养学生的计算机应用能力、计算思维能力和创新能力。

3.考核方式改革。为了加强过程管理，全面考核学生的学习效果和综合应用能力，近年来我校确立了以计算思维能力培养为导向的C程序设计课程考核内容和考核方式。考核内容由以往重点考核C语言语法知识转变为更加注重考核学生的算法设计能力和解决实际问题的能力。考核方式采取过程性评价、阶段性评价和终结性评价相结合的方式。C程序设计课程考核分为理论考核和实验考核，理论成绩由平时成绩（占15%）、期中考试成绩（占15%）、期末考试成绩（占70%）按比例合成，实验成绩由平时成绩（占30%）、期中考试成绩（占20%）、期末考试成绩（占50%）按比例合成。

计算思维能力培养是当前高校计算机基础教学的主要目标和改革方向。C程序设计课程是高校计算机教育的重要基础课程。通过基于计算思维的C程序设计公共基础课程教学改革，可以使学生在掌握C语言语法规则的基础上，培养学生计算思维能力和创新能力，从而进一步提高计算机程序设计公共基础课程的教学质量。

参考文献：

[1]教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会.大学计算机基础课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2016.

[2]郭福亮，崔良中，李永杰，周钢.基于计算思维能力培养的计算机基础教学改革探索[J].计算机工程与科学，2014，36（A2）：162-164.

[3]丁金凤，李英梅，徐建山，盛琳阳.基于计算思维的程序设计类课程教学实践[J].计算机教育，2012，（15）：65-68.