程序设计课程教学渗透计算思维的改革探索

　　摘要：针对目前大学计算机通识平台课程教学中“狭义工具论”的传统思想限制学生思维能力发展的现状，研究者分析了计算思维应用在程序设计课程教学中的难点，并结合翻转课堂，从教学大纲修订、课程资源建设和教学活动方案实施等方面探索一条新路。这条新路将计算思维能力培养作为教学改革的核心目标，它的推行与发展对学生有重要的意义。
　　关键词：计算思维；程序设计课程；翻转课堂；教学改革
　　一、教学现状
　　长期以来，在高校非计算机专业的计算机基础教育中，统治教与学双方思想的是“狭义工具论”。近年，有关大学计算机基础教育的教研活动非常多，众多高校将“计算思维能力培养”作为计算机基础教育的核心目标，要让学生掌握计算技术中的核心思想与方法，使学生成为被社会需要的有价值的计算机人才。目前，诸多一线教师在教学实践活动中积极探索并总结经验教训，坚持创新与教学改革。这些积极的探索虽然取得了一定的成绩，但仍然没有摆脱“狭义工具论”的影响，依然是传统的“任务驱动式”教学的延伸，没有体现计算机基础教育要达到的核心目标。为此，研究者拟从教学大纲修订、课程资源建设和教学活动方案实施等方面，探索将计算思维能力培养作为教学的核心目标的新路子。
　　二、改革思路及方案
　　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的一系列思维活动，其本质是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。国内诸多学者都对计算思维进行了比较深入的解读，也取得了一定的成绩。然而，将培养计算思维能力有效地落实到具体的教学过程依然存在较大的挑战：其一，对非专业的学生而言，开设计算思维导论课程是否有必要；其二，构建基于计算思维培养的计算机基础教学体系难度较大；其三，细化计算思维的培养目标到具体教学实践活动中尚有难度，其难点包括怎样将计算思维具体为能力特征点，教师如何以知识载体将特征点内化为思维能力等。如果能将这些挑战与问题都解决掉，那么，对学生计算思维能力的培养是有重大作用与意义的。
　　（一）教学大纲中教学目标及任务修订
　　针对以上问题，研究者通过建立“计算”的基本意识、了解“计算”的基本功能、掌握“计算”的基本方法、会用“计算”的基本工具和具备“计算”的基本能力等五个途径，以《c语言程序设计》为例子，提出了改革思路和改革方向，以期能够实现教学目标。
　　教学大纲中明确提出教学目标是使学生树立问题建模和求解的基本意识（以c语言作为载体）；强调教师使学生初步理解“借助计算机来求解数学和工程问题的过程”：掌握将数学和工程问题转化为程序设计问题的方法；要让学生熟练掌握使用一种c程序的编译工具（Visual Studio）用以调试c程序；由浅入深使学生初步理解计算思维的本质是对问题的抽象和执行流程的自动化。研究者认为，在教学大纲中强化对计算思维特征点的显性描述，有助于指引教师将教学重点、难点及教学方向侧重于思维能力的培养和训练，有助于学生未来更长远的发展。
　　（二）立体化的课程资源建设
　　随着互联网的发展与移动终端的普及，教学空间也必须向多元化的方向发展。研究者所在的教学团队在多年的教学实践中，通过多种形式切实挖掘了学生在学习过程中的难点，并结合近年专家学者对计算思维的描述，初步开发了一系列网络音视频教学资源，并初步投入使用。音视频资源内容包括对重点算法的动画展示、对经典程序调试和运行的演示等。一方面，学生可以通过手机扫描二维码下载学习课程资源；另一方面，教师也可以扫描二维码了解学生下载课程资源的学习情况。信息的互通与反馈机制为教师针对重点、难点教学内容开展翻转课堂形式的教学活动提供了翔实的数据支撑，教师在后续的教学活动中可以有针对性地改善自己的方式。
　　（三）结合翻转课堂的教学活动实施方案
　　传统课堂中学生学习的主观能动性不强，学生缺乏独立思考和发现问题、解决问题的能力，教师在课堂上难以对教学内容展开深入的讨论。为此，研究者引入翻转课堂将传统“课堂知识传授+课下知识内化”的顺序颠倒，针对程序设计与c语言內容，设计合理的、由浅到深的教学案例，采用在线学习的方式，让学生根据个体情况自主选择学习资源，课前完成基本知识传授，将知识内化、提高的过程放在课堂上，由教师引导完成，具体的教学活动实施方案描述如上图所示。实践证明，实施翻转课堂为教师开展计算思维能力培养和促进学生思维能力的发展赢得了宝贵的课堂时间，这有助于提高课堂效率、改善课堂教学效果并提升学生的计算思维能力。
　　三、结语与工作展望
　　对计算思维能力特征点的准确描述与之在教学活动中的渗透，从根本上培养了学生的计算思维能力，并提升了学生整体的思维能力，也响应了通识平台教育助力提升大学生素质的要求。计算思维在大学计算机基础教育中的改革实践方兴未艾，规范科学的教学体系、丰富的教学资源和良好的信息沟通渠道，将是众多研究者下一步努力开展的工作目标。

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