滕劍鋒 王玉鋒 王 猛 劉二林

（濟寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，山東日照276826）

隨著計算機應(yīng)用范圍的不斷擴展，程序設(shè)計類課程不僅是計算機相關(guān)專業(yè)的必修課程，也是廣大非計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程。以醫(yī)學(xué)專業(yè)為例，教育部在2011年下文，明確了包括程序設(shè)計基礎(chǔ)在內(nèi)的多門課程作為必修的計算機基礎(chǔ)課程。2010年7月，在西安舉行的首屆“九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)課程研討會”旗幟鮮明地把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[1]。

國際上廣泛認同的計算思維定義來自卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真（Jeannette Wing）教授。周教授認為，計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[2]。計算思維的理念古已有之，只是2006年周教授首次把該概念清晰歸納。計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。其與“理論思維”（以數(shù)學(xué)為代表）、“實驗思維”（以物理學(xué)為代表）一起，并稱3大科學(xué)思維[3]。

1972年圖靈獎得主Edsger Dijkstra曾說：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力?！笨梢姡季S是通過工具來體現(xiàn)和影響的。計算思維的培養(yǎng)不是孤立進行的，不是依靠另外開專門課程講授的，而是在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算機的過程中培養(yǎng)的[3]。學(xué)習(xí)程序設(shè)計類課程是培養(yǎng)“計算思維”的有效途徑之一。

1 程序設(shè)計類課程與“計算思維”

長久以來，程序設(shè)計類課程教學(xué)中往往忽視對計算思維的培養(yǎng)，偏重對編程語言語法細節(jié)的講授，將程序設(shè)計課簡單的等同為“編程”課，導(dǎo)致諸如“Hello World”難度的例子貫穿授課過程的始終[4]。其僅僅為演示語言的細節(jié)而設(shè)計，制約了學(xué)生能力的進一步提高。一些教師意識到了這個問題，提出了諸如“案例教學(xué)法”之類的教學(xué)理念，將大型應(yīng)用系統(tǒng)案例引入到程序設(shè)計類課程中，一定程度上消除了教學(xué)和企業(yè)需求之間的差距[5]。但是，在教學(xué)實踐中也發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)方式并不是萬能的。主要體現(xiàn)在：

1）“案例教學(xué)法”在高級的開發(fā)平臺（例如Java或.Net）教學(xué)中相對適用，但在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程（一般講授C語言）中并不適用。所以，針對程序設(shè)計類課程，需要根據(jù)語言或平臺，靈活的選用教學(xué)理念；2）“案例教學(xué)法”將重點放到了整個案例功能的最終實現(xiàn)上，導(dǎo)致學(xué)生往往忽視細節(jié)部分設(shè)計的高效性、科學(xué)性，不能將算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多課程的知識有機融合進來，最終影響了整體的執(zhí)行效率。

計算思維的養(yǎng)成，恰好能夠很好地解決這個問題。由此也可見，培養(yǎng)計算思維也不是推倒重來，而是在珍惜多年來行之有效的經(jīng)驗和成果的前提下增加對計算思維的培養(yǎng)。主要思路如下：在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中，將計算思維作為貫穿課程教學(xué)的理念，不孤立介紹語法細節(jié)，而是將算法貫徹始終，逐步深入；在程序設(shè)計后續(xù)課程中，將“案例教學(xué)法”與“計算思維”的理念相互滲透，互為補充。

1.1 程序設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)

我們認為，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)應(yīng)該突出體現(xiàn)使用編程解決特定問題的方式，即程序設(shè)計方法。另外，在這門課程的教學(xué)實施中要特別注重實踐，要使學(xué)生通過實踐確實感受和領(lǐng)悟計算機問題求解的基本方法和思維模式。就課程性質(zhì)而言，程序設(shè)計基礎(chǔ)課有利于訓(xùn)練計算思維能力和動手解決問題的能力。當(dāng)今社會的有識之士提出：既然計算機已經(jīng)成為“人類通用智力工具”，那么計算思維對每個學(xué)生都有普遍意義，而不僅囿于計算機專業(yè)[6]。

《China Computing Curricula 2002中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002》中說：“從問題的抽象描述到具體實現(xiàn)，以及從研究對象的表示形式到相應(yīng)的處理方法，都要求本學(xué)科的工作者具有較強的計算思維能力，而計算思維能力在較大的程度上是以思維方式的數(shù)學(xué)化為支撐的。所以，學(xué)生在思維方式的數(shù)學(xué)化上受到良好的訓(xùn)練是非常重要的。”[7]由此可見，對學(xué)生在程序設(shè)計課上進行數(shù)學(xué)抽象化的訓(xùn)練是培養(yǎng)“計算思維”，進而掌握程序設(shè)計方法的重要環(huán)節(jié)。計算思維能力在很大程度上是以思維方式的數(shù)學(xué)化為支撐的，在程序設(shè)計基礎(chǔ)課上通過教師講授和學(xué)生自己上機實踐，來體會一個實際問題是怎樣變?yōu)橛嬎銠C能夠求解的問題，這個過程蘊含著計算思維要素。

就數(shù)學(xué)抽象而言，它是針對現(xiàn)實世界的量的關(guān)系和空間形式進行的。計算思維中的抽象與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)相比更為復(fù)雜和實用，抽象的好壞和是否能夠?qū)嵱?，要看計算機能否快速地自動化地完成人們預(yù)想的計算任務(wù)。計算機解題過程是抽象和自動化過程，就步驟而言，主要是：1）對問題進行抽象得到數(shù)學(xué)模型；2）研究解決數(shù)學(xué)模型的算法；3）選擇與算法相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；4）程序編碼；5）調(diào)試運行；6）結(jié)果分析。

在整個步驟過程中，構(gòu)造問題很重要，它是切入點，擔(dān)負著激發(fā)興趣，引出思路的重要使命，同時，它還必須具有普遍性，具備舉一反三的可能。

教學(xué)具體舉措：1）在教學(xué)中盡量選用有典型數(shù)學(xué)模型背景的示例，例如漢諾塔問題、人鬼渡河問題等，不再采用單純?yōu)榱搜菔菊Z法而設(shè)計的初級例子；2）以賽代練，鼓勵學(xué)生參加算法類程序設(shè)計比賽，例如ACM程序大賽、百度之星、TopCoder、Google Code Jam等，以培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生的計算思維能力。

1.2 程序設(shè)計后續(xù)課程教學(xué)

對于程序設(shè)計的后續(xù)課程，如果還把重點僅僅放在“計算思維”的培養(yǎng)上，那就等于是在簡單地重復(fù)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)工作，達不到提高的效果。較為合理的做法應(yīng)該是秉承行之有效的“案例教學(xué)法”理念，將程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中培養(yǎng)出來的計算思維能力，應(yīng)用到案例的實現(xiàn)過程中，豐富案例教學(xué)法的內(nèi)涵。

教學(xué)具體舉措：1）以賽代練，由鼓勵學(xué)生參加算法類比賽，轉(zhuǎn)為參加軟件應(yīng)用類比賽，例如齊魯軟件大賽、全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽等；2）在軟件整體功能實現(xiàn)的前提下，關(guān)注軟件中算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的高效與優(yōu)化。

2 教學(xué)效果

對于專業(yè)基礎(chǔ)課來說，在以往的教學(xué)過程中，編程語言語法的教學(xué)是非常重要，但也是非?？菰锏?，很多學(xué)生正是因此有了厭煩情緒導(dǎo)致學(xué)習(xí)掉隊。通過教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)，較之以往，加入蘊含數(shù)學(xué)的趣味問題之后，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯有所提高，更為重要的是通過這樣的例子，不自覺地提高了學(xué)生的算法邏輯思維能力，同時使學(xué)生掌握了基本的編程語法，課程掉隊的學(xué)生比例顯著降低，有效地實現(xiàn)了既定教學(xué)目標。

對于后續(xù)課程來說，在以往的教學(xué)過程中，學(xué)生往往理解不清各門專業(yè)課程的關(guān)系，忽視，乃至曲解課程的前后銜接關(guān)系，無法建立起正確的、整體的知識框架。經(jīng)過了相應(yīng)的教學(xué)改革后，學(xué)生的知識體系趨于完整而清晰，并能夠有意識地將算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等融入自己的開發(fā)系統(tǒng)中，能較熟練地形成實際解決方案。在齊魯軟件大賽、全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽中我院學(xué)生取得全省一等獎和全國二等獎的好成績。

3 討論

我們應(yīng)特別關(guān)注學(xué)生多種思維能力的培養(yǎng)，尤其要重視創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練及創(chuàng)造性思維方法的掌握，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。在培養(yǎng)計算思維的過程中，教師也需要警惕另外一個極端，那就是只重視思維，而忽視了編程語言，否則，計算思維就成了無源之水。培養(yǎng)計算思維不是目的，我們的最終目的是要提高學(xué)生的綜合能力。合理的根據(jù)課程內(nèi)容，在程序設(shè)計類課程的不同階段選用不同的教學(xué)方法、理念，是提高教學(xué)質(zhì)量的一條有效途徑。

[1]楊玉良.深入實施通識教育 培養(yǎng)未來社會中堅[J].中國高等教育，2010，46（19）：4－5.

[2]Wing JM.Computational thinking[J].Communications of ACM，2006，49（3）：33－35.

[3]譚浩強.研究計算思維，堅持面向應(yīng)用[J].計算機教育，2012，10（21）：45－49.

[4]王玉鋒，孔繁之.基于計算思維的計算機教學(xué)研究[J].計算機教育，2013，11（13）：57－59.

[5]滕劍鋒.Java課程改革的研究與實踐[J].計算機教育，2012，10（23）：87－89.

[6]吳文虎.我怎么講好“程序設(shè)計基礎(chǔ)”這門課[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011，30（12）：10－12.

[7]中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究組.China Computing Curricula 2002中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002：27.