陳浩強(qiáng) 吳紅燕 許龍珠 梁振

摘要：文章以培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的方法策略為出發(fā)點(diǎn)，提出了以問題為主導(dǎo)的計算機(jī)程序設(shè)計課堂教學(xué)思想。這種教學(xué)思想著重訓(xùn)練學(xué)生圍繞問題展開學(xué)習(xí)的思維模式，培養(yǎng)學(xué)生在面對問題、分析問題、解決問題和預(yù)防問題的決策能力和行動能力。文章對以問題為導(dǎo)向的教學(xué)思想在實(shí)際教學(xué)中可能出現(xiàn)的問題提出了一些建議和措施。對教學(xué)過程中幫助學(xué)生構(gòu)建良好的知識應(yīng)用能力有非常重要的意義，為計算思維的“落地”實(shí)施提供了一個思路。

關(guān)鍵詞： 計算思維;計算機(jī)程序設(shè)計;教學(xué)思想

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）26-0123-02

Abstract：In order to train students' ability of computing thinking， this paper puts forward the problem-based classroom teaching idea of computer programming. This kind of teaching thought focuses on training students' thinking mode of learning around problems， and cultivating students' decision-making ability and action ability in facing， analyzing， solving and preventing problems. This paper puts forward some suggestions and measures for the possible problems in the practical teaching of the problem-oriented teaching thought. It is of great significance to help students build a good knowledge application ability in the teaching process， and provides a way for the "landing" implementation of computing thinking.

Key words：computational thinking; computer programming; teaching thought

計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是教育部規(guī)定的公共基礎(chǔ)課，無論是否計算機(jī)專業(yè)都必須開設(shè)，是大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)系列中的核心課程，主要講授程序設(shè)計語言的基本知識和程序設(shè)計的技術(shù)與方法[1]。

隨著計算機(jī)和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，高校公共課計算機(jī)程序設(shè)計課程面臨的情況也發(fā)生了較大的變化。學(xué)生們已經(jīng)不再是普遍零基礎(chǔ)的狀態(tài)，對于計算機(jī)的陌生感和新鮮感也越來越少。雖然學(xué)生對計算機(jī)技能的掌握還有較大的差異性，很多的學(xué)生能快速掌握常用軟件的技能技巧，于是也越來越傾向于把計算機(jī)程序設(shè)計課作為純粹的考試課程。甚至有不少對計算機(jī)領(lǐng)域不甚熟悉的老師們也愈加傾向于把計算機(jī)課程當(dāng)作是純粹的工具軟件學(xué)習(xí)[2]。

本文從問題出發(fā)，針對學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行了以問題為教學(xué)核心的一些嘗試，獲得了不錯的效果。

1 以問題為主導(dǎo)的教學(xué)思想

當(dāng)前高校計算機(jī)相關(guān)課程的教學(xué)，已經(jīng)從單純的知識學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向以計算思維為總的培養(yǎng)目標(biāo)[3]。作者認(rèn)為計算思維的培養(yǎng)，就是在通過程序設(shè)計解決問題的過程中進(jìn)行最為恰當(dāng)。計算思維的能力體現(xiàn)也應(yīng)該是落實(shí)在解決問題上[4]。從“問題”這一思路來看，程序設(shè)計課程的最大特色就是“基礎(chǔ)知識—分析問題—解決問題”得到了非常充分的體現(xiàn)。這個過程需要根據(jù)已有知識對問題建立模型并多層次、多角度分析。從思維模式方面看，程序設(shè)計也是一個在不斷重復(fù)的思考訓(xùn)練的過程，非常接近計算思維的重要特點(diǎn)。[2]從這個角度看，程序設(shè)計相關(guān)的課程更加適合對計算思維進(jìn)行一系列有效訓(xùn)練。

作者從“問題”這個關(guān)鍵點(diǎn)入手進(jìn)行了課程設(shè)計，把問題作為教學(xué)的主導(dǎo)關(guān)鍵詞。在以問題為主導(dǎo)思想的教學(xué)活動中，強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、總結(jié)問題，在總結(jié)問題的環(huán)節(jié)還會不斷強(qiáng)調(diào)“預(yù)防問題”的重要性[5]。通過科學(xué)的、不斷重復(fù)的編程解決問題思考訓(xùn)練，能使學(xué)生深刻體會計算機(jī)程序設(shè)計解決問題的特點(diǎn)，從而進(jìn)一步形成計算思維。

在以“問題”為主導(dǎo)的教學(xué)實(shí)踐過程中，作者在基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)前，先把實(shí)際項目的具體問題需求拋出給學(xué)生思考和討論，讓學(xué)生明確地意識到，接下來的基礎(chǔ)知識都是在為解決這些問題做準(zhǔn)備。中間穿插的例題，都可以被認(rèn)為是大問題分解出來的一個個小問題，是基礎(chǔ)知識在問題中的體現(xiàn)。這些問題同樣可以按照 “問題提出-問題分析-問題實(shí)施-問題總結(jié)”這一流程展開。學(xué)習(xí)完成這些例題（問題）后的總結(jié)中，可以按實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中大的軟件項目的一部分帶入思考，也可以把人文思政相關(guān)的內(nèi)容穿插導(dǎo)入。

比如以程序設(shè)計課程中常見的問題“求一維數(shù)組最大值、最小值”為例。

可以先請同學(xué)們描述一下平時生活中有哪些類似的場景，自己是如何解決這個問題的，然后把這個問題解決的過程細(xì)化，分解成一個個步驟（子問題）：先把第一個數(shù)作為“最大值”，再把后面的數(shù)據(jù)和這個“最大值”逐個比較，如果某一個數(shù)比“最大值”還要大，那就把目前為止真正的最大值作為“最大值”記錄下來，直到最后，就能得到最大值;

那么解決問題就需要逐個訪問數(shù)組的每一個元素、需要一個保存“最大值”的變量、需要在逐個訪問數(shù)組元素的時候進(jìn)行比較，根據(jù)需要修改“最大值”，最后還需要輸出這個最大值。最大值能夠求解出來，最小值同樣可以以類似的步驟求得。接著就可以把這些子問題的解決方案，按程序設(shè)計語言的語法規(guī)則進(jìn)行描述得到代碼，運(yùn)行測試。

在總結(jié)的時候，要求同學(xué)們回顧整個問題得到解決的過程，反復(fù)查看各個子問題以及它們是如何被組合在一起的。

主導(dǎo)思想進(jìn)行了一系列調(diào)整，例題就變得充實(shí)起來，可以把相關(guān)的系列基礎(chǔ)知識以點(diǎn)帶線連成一片。既能讓學(xué)生體會到基礎(chǔ)知識在解決實(shí)際問題中的有效作用，也能把相關(guān)的思考分析過程、調(diào)試技術(shù)在問題過程中的作用充分展示。在總結(jié)回顧問題的過程里，還可以利用程序設(shè)計自頂向下的設(shè)計特點(diǎn)讓學(xué)生體會到全局—局部思考方式。進(jìn)一步可以引入日常工作、生活中可能遇到的類似事例，讓課堂變得輕松活躍。

面向問題的教育教學(xué)總體目標(biāo)是希望學(xué)生面向任何問題，能根據(jù)現(xiàn)有知識合理地解決它的一系列子問題，然后逐個攻克這些子問題，從而完成這個大問題。換句話說，就是讓學(xué)生能夠具備獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并且可以把這種能力靈活運(yùn)用到日常生活中去。

2 教學(xué)中可能出現(xiàn)的問題

在作者開展以“問題”為主導(dǎo)的教學(xué)活動以來，也遇到了一些問題，主要包括以下幾個方面。

2.1 可能會造成以教師為主導(dǎo)的情況

這個問題是因為“問題”的全過程都需要老師進(jìn)行鋪墊、引導(dǎo)和展開，老師就是事實(shí)上的主導(dǎo)。要想緩解這個問題，需要教師根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗充分利用當(dāng)前主流的MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)手段，需要老師按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律安排教學(xué)。老師要努力讓學(xué)生也能積極參與進(jìn)教學(xué)環(huán)節(jié)，盡量避免老師臺上講，學(xué)生木然聽的情況。作者就經(jīng)常設(shè)計互動環(huán)節(jié)，對于無法回答的學(xué)生，也可以請他們邀請“外援”給出相應(yīng)問題的“線索”。這也是一個“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷[6]”中的重要部分，是學(xué)生開始時懼怕，但事后又覺得喜聞樂見的。

2.2一個普通的問題，可能會變得“復(fù)雜”起來

當(dāng)問題、子問題一個個被提出、展開和總結(jié)的時候，問題就會變得比較“復(fù)雜”，對教學(xué)時間占用較多;甚至引起部分學(xué)生對問題的懼難心理。

這是以問題為主導(dǎo)的教學(xué)圍繞著問題精講的特點(diǎn)，解決思路是適當(dāng)安排知識的先后邏輯，抓大放小?；A(chǔ)知識可以少講、在實(shí)際問題中講，甚至可以不講，也可以以作業(yè)的方式布置給學(xué)生，老師盡量在“問題”（應(yīng)用例題）中講解基礎(chǔ)知識的用法和特點(diǎn)。

為了不讓“問題”場景變得過于復(fù)雜，授課參考材料的安排應(yīng)該盡可能以學(xué)生實(shí)際使用的教材為基礎(chǔ)進(jìn)行展開，這樣的安排也有利于同學(xué)們課余學(xué)習(xí)和深入思考。

另外，作者也特別強(qiáng)調(diào)把問題變成“故事”的思考方式：解讀問題可以變成講故事、分析問題可以變成講故事、解決問題也可以變成講故事、查閱程序代碼也一樣可以變成講故事。作者在介紹問題的全程，盡可能用樸素自然的語言去描述，中間盡可能穿插該問題在生活中的類似場景，從而把“問題”分析過程變得比較形象化。

除了老師自己按“講故事”的方式描述問題，作者還要求學(xué)生在遇到問題的時候要盡可能第一時間使用“講故事”的思考方式，以有邏輯的、形象化的故事代替嚴(yán)謹(jǐn)卻稍顯枯燥的邏輯推理。只要“故事”講得好、講得通，就是比較容易長久留存在記憶里的信息，程序設(shè)計也就不再那么“復(fù)雜”和“枯燥”[7-8]。

基于這個“講故事”的思考方式，結(jié)合程序設(shè)計解決問題的特點(diǎn)，作者常常把程序設(shè)計課比喻為“刑事偵查”課，深得學(xué)生們的贊同。

2.3 只有美好的過程，考核怎么辦？

這個解決也同樣可以適用“問題”為主導(dǎo)的教學(xué)思路，那就是把各種考核也當(dāng)成是一個個問題，按照“問題”的解決四步推進(jìn)，先把這個問題分解為一個個子問題：怎么考、考什么、要不要考好、怎么才能考好、需要準(zhǔn)備哪些、怎么推進(jìn)……能提出合適的子問題，那就可以一步步解決了。

而且，事實(shí)上當(dāng)前各大高校積極不斷地深耕教學(xué)改革，已經(jīng)充分考慮到過程考核占比的問題，不少高校的計算機(jī)程序設(shè)計課程考核已經(jīng)優(yōu)化培養(yǎng)方案，適當(dāng)提高了過程考核的比重。即使過程考核占比不足的情況下，教師也能制定一個過程占主導(dǎo)的平時成績策略，讓課堂教學(xué)過程更具有吸引力。

3 結(jié)束語

本文提出的以問題為主導(dǎo)的程序設(shè)計課程教學(xué)思想，著重把精力放在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題并進(jìn)行一系列總結(jié)分析。事實(shí)上，以問題為導(dǎo)向的教學(xué)過程本身，也是計算思維的一種應(yīng)用。是把培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的這個目標(biāo)作為了問題，在平常的教學(xué)活動中充分利用比較成熟的教學(xué)思想、教學(xué)技術(shù)和教學(xué)手段朝著完成這個目標(biāo)進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計。

以問題為主導(dǎo)的計算機(jī)程序設(shè)計課程教學(xué)活動以對學(xué)生多次重復(fù)進(jìn)行思維訓(xùn)練的方式讓學(xué)生逐漸養(yǎng)成習(xí)慣，以求達(dá)到本能情況下就能拿來使用的目的，這與計算思維的運(yùn)用特點(diǎn)不謀而合。[4]以問題為主導(dǎo)的程序設(shè)計課堂教學(xué)活動可以讓計算思維這一目標(biāo)以比較自然的方式往前推進(jìn)，又便于融入人文思政元素，不失為一種切實(shí)可行的教學(xué)思路。本文是在作者在多年軟件開發(fā)經(jīng)驗、不斷進(jìn)行計算思維訓(xùn)練的基礎(chǔ)上形成的一些想法，也在實(shí)際教學(xué)活動中進(jìn)行了一部分實(shí)踐嘗試和探索，希望能對高校計算機(jī)程序設(shè)計課程的教學(xué)提供些許思路。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】