以計算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)改革

呂俊+陸淑娟

摘 要：為了培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，提出在C語言程序設(shè)計教學(xué)中推進任務(wù)驅(qū)動和遞進式教學(xué)模式，引入微課、翻轉(zhuǎn)課堂和討論群等多樣化教學(xué)手段，改革課程評價方式，主動、有意識地將計算思維培養(yǎng)融入教學(xué)，達到提升學(xué)生信息素養(yǎng)和創(chuàng)新實踐能力的目的。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：計算思維；C語言程序設(shè)計；翻轉(zhuǎn)課堂；微課；課程評價

DOIDOI：10.11907/rjdk.161471

中圖分類號：G433

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0213-03

0 引言

《C語言程序設(shè)計》是計算機類公共基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)非計算機專業(yè)學(xué)生在計算環(huán)境下進行問題求解的思路、方法，使學(xué)生能用計算機學(xué)科獨特的思維方式來解決專業(yè)領(lǐng)域和實際生活中碰到的各種問題，為將來創(chuàng)新性解決專業(yè)問題奠定基礎(chǔ)。本課程教學(xué)中，學(xué)生普遍感覺課程難于理解，導(dǎo)致教學(xué)效果欠佳，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）課程教學(xué)側(cè)重于語法規(guī)則，忽視了計算思維的培養(yǎng)與訓(xùn)練。學(xué)生即使掌握了所有語句規(guī)則，在解決實際問題時仍會感到茫然，無從下手，沒有達到課程設(shè)置的目的和要求。

（2）傳統(tǒng)教師講學(xué)生聽的授課方式，整個學(xué)習(xí)過程中學(xué)生處于被動接受的狀態(tài)，學(xué)習(xí)積極性不高。聽完課后按照教師設(shè)定的模式完成上機實驗，導(dǎo)致解決問題獨立思考能力不強。

（3）過度強化等級考試。為提高考試通過率，會以考點作為教學(xué)目標，通過大量習(xí)題鞏固，導(dǎo)致學(xué)習(xí)思路狹窄，學(xué)完課程后不知道如何用程序設(shè)計方法解決專業(yè)問題。

（4）在高校教學(xué)改革的大趨勢下，計算機類課程課時普遍都在壓縮，要在規(guī)定的課時內(nèi)完成相同的教學(xué)任務(wù)，往往會加大學(xué)時信息量，學(xué)生在課堂上囫圇吞棗，根本來不及消化所學(xué)內(nèi)容。

（5）由于地域差別，入校時學(xué)生的計算機基礎(chǔ)參差不齊。傳統(tǒng)的教學(xué)組織無法顧及學(xué)生個體差異，往往導(dǎo)致基礎(chǔ)好的學(xué)生沒吃飽，基礎(chǔ)差的學(xué)生沒吃到。

1 教學(xué)組織

計算思維是指運用計算機科學(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等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的系列思維活動[1]。在信息社會中，計算思維是人類進行問題求解的有效工具，每個人都應(yīng)該掌握并學(xué)會使用。同濟大學(xué)的龔沛曾教授等[2]將計算思維培養(yǎng)進一步細分為計算思維意識、計算思維方法和計算思維能力3個維度，為程序設(shè)計課程教學(xué)提供了更為明確的指導(dǎo)。

筆者學(xué)校C語言課程教學(xué)改革從計算思維培養(yǎng)的角度出發(fā)，以應(yīng)用為背景，通過對實際案例的思考分析，借助任務(wù)驅(qū)動模式和遞進式教學(xué)法將知識點串接起來，形成邏輯清晰的脈絡(luò)和主線，加深對C語言的理解和駕馭能力，提升分析問題和解決問題的能力。課程重點是培養(yǎng)學(xué)生從計算機的角度去抽象問題，思考解決問題的方法和步驟，主動用計算思維去解決問題，有意識地應(yīng)用在專業(yè)問題中。

在教學(xué)組織上，采取漸進式分層次教學(xué)法，整個課程教學(xué)分為3個階段：①建立程序設(shè)計思想：學(xué)生能從計算思維的角度分析解決問題的方法，并轉(zhuǎn)化為程序；②強化程序設(shè)計方法：通過大量閱讀、分析程序，熟悉語法細節(jié)，明確編程意圖，使學(xué)生熟練掌握常用的算法和程序設(shè)計方法；③應(yīng)用能力拓展：通過對問題的分析構(gòu)建算法，使學(xué)生具備一定的獨立解決問題能力，并根據(jù)實際要求在多種方法中找出較優(yōu)解決途徑。

2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

2.1 理論教學(xué)設(shè)計

生活中的計算思維無處不在，但人們的計算思維活動是無意識的。在C語言程序設(shè)計教學(xué)中，要注意將無意識的計算思維變成有意識的、系統(tǒng)的計算思維，將知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榛谥R的思維傳授[3]。C語言程序設(shè)計課程雖然從一開始就涉及到大量的語法規(guī)則細節(jié)，但在具體講解時應(yīng)將生活中的活動和現(xiàn)象作為切入點，通過案例分析，積極引導(dǎo)學(xué)生思考解決問題的辦法。程序設(shè)計教學(xué)應(yīng)以發(fā)現(xiàn)問題→分析問題→尋求多種解決方案→各種解決方案對比→實現(xiàn)解決方案作為授課思路，讓學(xué)生成為問題的解決者而不僅僅是程序設(shè)計員[4]。

在C語言課程教學(xué)中，以任務(wù)驅(qū)動進行教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的有效手段。根據(jù)計算思維培養(yǎng)的3個層次，可分為入門、鞏固、提高和創(chuàng)新4個階段[5]，教師通過階梯式引導(dǎo)教學(xué)，學(xué)習(xí)者根據(jù)問題解決思路進行學(xué)習(xí)、鞏固和提高，實現(xiàn)由簡單到復(fù)雜的自然過渡。如講到循環(huán)時，可以設(shè)計這樣幾個問題逐步引導(dǎo)學(xué)生理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的使用：

①5+5+5+5+5；②1+2+3+4+5；③1*2*3*4*5（5?。?；④1！+2！+3！+4！+5！

在由單重循環(huán)過渡到多重循環(huán)的教學(xué)內(nèi)容中，可以引導(dǎo)學(xué)生按照圖1順序逐步打印圖形：

通過以上方法，不僅使學(xué)生在完成任務(wù)的互動中掌握了語法結(jié)構(gòu)，而且通過思考的方式讓學(xué)生明確問題的分析過程和處理問題的計算思維方式，培養(yǎng)解決問題的能力。

2.2 實驗教學(xué)設(shè)計

C語言是一門實踐性很強的課程，實驗教學(xué)在整個教學(xué)過程中占有重要地位。通過實驗教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生將理論學(xué)習(xí)中形成的解決問題思路轉(zhuǎn)化為機器實現(xiàn)，逐步養(yǎng)成計算思維能力。上機之前，要求學(xué)生寫下求解問題的步驟并畫出關(guān)鍵算法的流程圖，不僅可以幫助學(xué)生明確解決問題的思路，而且可以在編寫程序時不會出現(xiàn)邏輯混亂和大的結(jié)構(gòu)性錯誤。在確定解題思路的基礎(chǔ)上再由C語言的語法規(guī)則對應(yīng)到具體的實現(xiàn)語句上，形成最終上機調(diào)試程序。程序設(shè)計語言是一種確定性的符號系統(tǒng)，學(xué)生在編程中產(chǎn)生的任何問題都會在編譯、鏈接和運行的過程中表現(xiàn)出來，根據(jù)錯誤現(xiàn)象找到導(dǎo)致錯誤的原因可以使學(xué)生逐步形成理性的邏輯思維、嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣和科學(xué)的實證精神。

綜合程序設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，選取與日常生活相關(guān)的ATM取款機、班級通訊錄和大數(shù)據(jù)計算等問題，由學(xué)生在兩周時間內(nèi)根據(jù)自己的興趣任選一設(shè)計程序，既可以鞏固C語言語法知識，又鍛煉了綜合運用C語言程序解決問題的能力。

3 基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法

翻轉(zhuǎn)課堂是在信息技術(shù)支持下，將課堂教學(xué)和課下作業(yè)的內(nèi)容、形式和目的進行翻轉(zhuǎn)。教師將教學(xué)內(nèi)容錄制為教學(xué)視頻，輔助學(xué)生在課下完成預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。課堂則變?yōu)榻處焸€別輔導(dǎo)、師生互動討論和解決問題的場所[6]。

C程序設(shè)計知識點繁雜、概念抽象，因此微課教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂非常適合C程序設(shè)計教學(xué)。學(xué)習(xí)視頻中不僅要有預(yù)習(xí)的課程內(nèi)容，還要將C語言中難于理解的語法、程序構(gòu)建和程序分步執(zhí)行過程錄制成視頻，便于學(xué)生反復(fù)觀看。視頻可以采用真人授課或PPT播放課件，也可以采用Prezi等簡報軟件制作動態(tài)教學(xué)演示。錄制視頻可以按片段化呈現(xiàn)方式，將教學(xué)單元按照一個知識點或一個問題進行分解，時間一般控制在8分鐘以內(nèi)。學(xué)生可以利用碎片時間進行學(xué)習(xí)，從任一起點反復(fù)觀看，更好地做到分層次教學(xué)。教學(xué)視頻后面緊跟4～5個小問題，幫助學(xué)生及時進行檢測，對學(xué)習(xí)情況作出判斷[7]。

翻轉(zhuǎn)課堂從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，學(xué)生可以完全按照自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)，其效果遠優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)。翻轉(zhuǎn)教學(xué)這種主動學(xué)習(xí)的方式有利于計算思維的訓(xùn)練與形成，是培養(yǎng)計算思維很好的教學(xué)方式。

4 開展線上和課內(nèi)討論

為了在教學(xué)過程中實時進行輔導(dǎo)和組織預(yù)習(xí)，跟蹤學(xué)習(xí)進程，鼓勵學(xué)生提出學(xué)習(xí)中遇到的問題。筆者組織學(xué)生建立了C語言課程QQ群，將所授班級學(xué)生加入群內(nèi)進行課程討論，作為課堂教學(xué)的有效補充。學(xué)生不僅可以利用生活中的碎片時間觀看微課視頻，還可以將學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的問題隨時進行討論。以往只有答疑課才能得到解決的問題，在群里就可以得到老師或同學(xué)的快速響應(yīng)，真正成為學(xué)生手邊的24小時課堂。筆者篩選出一些與程序設(shè)計以及目前計算機熱點技術(shù)相關(guān)的知識在群里分享，學(xué)生可以有選擇地閱讀。

為了讓大部分學(xué)生都能參與到討論中，將學(xué)生在群內(nèi)討論的活躍程度體現(xiàn)在平時成績中，通過這種方式大大增強了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和探究意識，持續(xù)提升學(xué)生學(xué)習(xí)計算機和C語言的興趣，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

開展小組討論是活躍課堂氣氛，提高學(xué)生課堂參與度的重要手段。討論小組一般根據(jù)學(xué)生上課時的座位隨機劃分，一般以相鄰或前后座位的3～5名同學(xué)作為一個小組，選出一位組長負責(zé)討論活動的組織和討論結(jié)果的提交。C語言中關(guān)于選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計、遞歸函數(shù)的調(diào)用執(zhí)行過程以及結(jié)構(gòu)體的定義、鏈表的插入和刪除等內(nèi)容都可以組織學(xué)生進行討論。在實驗教學(xué)中也可以采取分組的教學(xué)形式，以3～4位同學(xué)組成一個實驗小組，就實驗中的解題方法和調(diào)試問題進行討論和互助，鼓勵學(xué)生盡量自己解決問題。

5 注重課程評價方式

以往的C語言課程只在期末進行統(tǒng)一考試，這種形式不利于學(xué)生持續(xù)穩(wěn)定的學(xué)習(xí)。我們對C語言的課程評價在學(xué)習(xí)的不同階段以不同形式進行考核，增加了平時成績的比重，使平時成績和期末考試成績各占總評成績的50%。具體做法是保留原來的期中和期末考試，增加單元測驗、隨堂測驗、課堂討論和網(wǎng)上討論成績。單元測驗一般采用上機考核形式，測驗內(nèi)容為基本語法規(guī)則的應(yīng)用、程序調(diào)試和小程序的編寫，考核學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況。隨堂測驗要求學(xué)生課前指定的時間內(nèi)按要求編寫程序，經(jīng)過批改評分，逐一指出程序中的語法和邏輯錯誤，強化程序設(shè)計能力。教師根據(jù)檢查結(jié)果及時調(diào)整教學(xué)計劃和教學(xué)方法。討論則根據(jù)課堂討論和線上討論的活躍度評定成績。完成課程教學(xué)內(nèi)容后，還增加了對問題求解能力的綜合編程考核，要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)，給出求解思路，并編寫程序解決給定的問題。學(xué)生最終成績由上述成績綜合評定，客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果。

6 結(jié)語

在《C語言程序設(shè)計》課程中，通過理論教學(xué)和實驗教學(xué)改革，引入微課、翻轉(zhuǎn)課堂和討論群等多元化的教學(xué)手段，以及課程評價方式的改革等舉措，提升教學(xué)效果。筆者所授課程班級連續(xù)兩年該門課程通過率100%，并有部分學(xué)生在全國或江蘇省計算機等級考試中取得了優(yōu)秀成績。在學(xué)期末的綜合程序設(shè)計中，大部分學(xué)生都游刃有余地完成了設(shè)計任務(wù)，并嘗試在程序界面、系統(tǒng)運行效率和算法上進行改進和提高。實踐證明，通過主動、有意識地將計算思維培養(yǎng)融入到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，不僅有利于學(xué)生理解程序設(shè)計的方式和方法，還有利于學(xué)生運用計算機學(xué)科的獨特思維來求解專業(yè)問題，對提高學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)造性地解決問題起到了積極作用。

參考文獻：

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）