信息类本科生计算思维能力的培养与应用实践

摘要：计算思维强调问题求解的操作过程和机器实现。本文提出在信息类本科生低年级时培养计算思维训练的多种途径，并将计算思维能力应用于专业课程的学习及实践中。

关键词：计算思维；实践环节；算法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0132-02

一、引言

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涵盖计算机科学的广度的一系列思维活动。计算思维同我们的阅读、写作能力一样，是人类的基本思维方式。这种思维方式运用计算机科学的基础概念和方法对问题进行描述、建模、求解。它是一种具有普适性的科学思维方法。那么，如何在课堂上运用课本的知识点提高学生的计算思维能力，使得计算思维成为计算机学科学生的一种思维习惯；如何在学生的四年大学学习期间，持续不断地培养学生的计算思维，使学生能够运用计算思维的方法进行问题的分析和思考是我们应该考虑的关键问题。我们在信息类本科生的培养过程中，在这方面进行了一些有益的探讨并取得一定的成效。

二、在低年级阶段培养学生的计算思维能力

（一）在程序设计类课程及算法设计类课程的教学中，采用基于任务驱动及算法多样化训练的计算思维培养方法

在教学过程中，我们一直重视培养学生计算思维的多样性。任务驱动的教学方法及算法多样性训练可以激发学生的思维活动，强化计算思维训练。

1.采用基于任务驱动的教学方法。为了将计算思维的培养和课堂教学有机的融合，我们在教学过程中综合采取任务驱动教学、整班教学与小组教学、多媒体教学与网络教学等多种方法开展教学，充分发挥各种教学方法的优势，积极采取多种途径帮助学生在算法课程的教与学中有意识地加强计算思维的能力。运用任务驱动教学法的教学形式是：提出任务师生共同分析完成任务的方法和步骤适当讲解或自学或协作学习完成任务实践交流或归纳。而传统的教学形式是：基本概念介绍举例解释巩固型独立练习小结评讲上机练习。在这个过程中，学生的学习基本上是被动的。采用任务驱动教学法，在课堂教学中，首先，教师提出一个需要完成的具体任务，与学生共同分析解决该问题所需的知识、方法和步骤，围绕具体任务进行适当的概念教学和举例讲解，或引导学生来独立完成，也可以合作完成。目的是通过完成任务，让学生掌握学习内容，学会学习，培养综合能力。在这个过程中，教师要参与一些学生的讨论去发现问题，个别的问题个别回答，带有普遍性的问题在全班回答或讲解。教师要引导学生掌握教学内容，适时交流，发现新思路，推广新思路，鼓励创新。教师进行比较、评讲、归纳，或由计算机执行，学生从中得出结论，共同进步。采用任务驱动教学法进行教学，教师的教和学生的学都是围绕如何完成一个具体任务进行的。教师教学思路清晰，学生学习目的明确，学习就变成了学生的主动行为，更容易掌握学习内容。

2.尊重学生不同的认知方式，重视算法多样化训练。算法多样化的本质是尊重学生不同的认知方式，在教学过程中由于学生认知方式的差异，必然会导致算法多样化。教师应该尊重每位学生的个体特征，鼓励学生从不同角度认识问题，用不同方式表达算法，用不同方法实现问题求解。同时，教师给予适当的评价，尊重学生不同的认知方式。在教学过程中，教师不但要倡导算法多样化，还要引导学生对算法进行反思和进一步探索，从而达到简化并优化算法的目标。将一个计算任务用多种思路、多种算法进行求解，可以发展学生计算思维的灵活性。算法多样化让学生可以用自己喜欢或能够理解的算法，通过交流、评价得到计算结果。

（二）尝试以上机实验为重点的计算思维教学模式

程序设计及算法设计都是实践性学科，上机实验是培养学生计算思维能力的重要手段，是程序设计课程教学的核心。

1.实验内容分层次。按照难度不同将实验内容分成了概念基础实验、应用基础实验和应用提高实验三种类型。我们将概念基础实验设计为验证性实验，如某种数据结构的表示和实现并将此种数据结构封装为一个类，并要求所有的学生都必须实现；应用基础实验，则是利用已实现的某种算法或数据结构实现的一个简单应用；应用提高实验，是利用已实现的某种或某几种数据结构实现的一个综合应用。后面两种类型的实验又分设若干实验题，每个实验题都设有难度系数。我们要求每个学生必须完成概念基础实验和一道应用基础实验题，选做一道提高实验题，所选应用基础实验题和提高实验题的难度将作为成绩评定的一个依据。

2.增强实验内容的趣味性和综合性。计算任务的趣味性、综合性等能够增强实验内容的难度，从而强化计算思维训练。大学生一般对新鲜事物好学、好问并富于幻想，他们初遇计算任务时往往兴致盎然，幻想编写程序。但在传统教学中，计算机教学缺少趣味性和综合性，进而导致同学们没有学习兴趣。所以，设计实验内容尽量要生活化、趣味化。

（三）教师通过指导大学生的科技创新的项目来激发学生的学习兴趣，培养学生的计算思维能力

大学生的科技创新的项目旨在进一步推动高等教育教学改革，促进人才培养模式和教学方法的创新，鼓励和支持大学生尽早参与科学研究、技术开发和社会实践等创新活动，不断提高大学生的创新精神、创业精神和实践能力。教师通过指导学生的科技创新项目，以现实中的实际项目为驱动，进一步激发学生的学习兴趣，并在实际的项目中，深入培养学生的计算思维能力，让学生在边做、边思考、边学习的过程中养成良好的计算思维。

（四）学校通过举办校级的“ACM程序设计大赛”等激发学生对程序设计的兴趣，从而培养学生的计算思维能力

我们已经成功地和学生会联合举办了多届ACM程序设计大赛，学生对该比赛的热情还比较高，说明这些学生对程序设计和算法设计有比较浓厚的兴趣，我们的培养模式有一定的成效。

三、在专业课程的学习及实践中进一步加强计算思维能力的培养及应用

1.专业课阶段的学习，进一步加强学生的实践能力培养，将计算思维能力应用于专业课程的学习及实践中。低年级阶段的学生计算思维能力的培养，在课程教学中加强学生的实践能力，取得较好的效果。在专业课的学习阶段，《数据库原理》、《软件工程》等课程，进一步加强学生的实践能力。例如，《数据库原理》教学，增加SQL语言的编程练习，增加上机考试，增强数据库课程设计的实践能力要求。《软件工程》教学，在讲授软件开发过程中，利用学生已有的计算思维基础，进一步要求学生在整个课程中完整地开发一个独立的软件系统，从而增强对其实践能力的要求。

2.将大学生的科技创新的成果应用到教学实践中，加强课程的趣味性，激发学生的学习兴趣。随着课程的逐渐深入，学生掌握的知识体系越来越完整，越来越深入，已经可以参与更多、更广范围的科技创新活动。在专业课学习阶段中，我们将一些大学生自己开发的科技创新的成果应用到教学实践中，让学生在课程教学中体验自己所学、所用的成果，从而激励更多学生的学习兴趣。同时，将这些成果作为教学案例应用到《数据库原理》、《软件工程》等课程的教学中，学生的学习兴趣大大加强，并对这些项目提出了很好的改进建议。

四、结论

计算思维的培养不是通过一两门课程的教学就能够解决的，而是应该贯穿于整个专业课程的教学中。因此，计算机专业的教师应当从计算思维的层面看待所授的课程，梳理和提炼课程中所蕴含的计算思维的概念、方法和思路；有目的、有意识地从各个角度培养学生的计算思维能力，以期学生能够利用这种思维方式自主解决实际问题，并在解决实际问题中锻炼自己的能力。

参考文献：

[1]陈杰华.程序设计课程中强化计算思维训练的实践探索[J].计算机教育，2009，（20）：84-85.

[2]张玉华.“数据结构”分层次实验教学的探索与实践[J].计算机教育，2009，（2）：108-110.

作者简介：叶文（1966-），女，浙江丽水人，硕士研究生，副教授，研究方向：计算机基础、数据库技术教学及研究。