计算机程序设计与计算思维培养分析

【摘要】传统教学模式下，学生都是被动地接受知识，这在一定程度上阻碍了学生思维的发展，也限制了学生的综合分析能力与创新能力。计算思维培养是计算机教学的基本目标之一，本文首先介绍了用计算思维分析和解决问题的方法，再结合程序设计课程的特点，在理论和实践教学中举例说明。最后，提出几点改革建议。

【关键词】计算思维；语言编程；算法

1前言

目前，国内外在程序设计课程中采用的教学模式多数是以高层次的编程语言开始的，教学重点主要集中在编程语言语义语法的讲解上。由于教学方式单一，程序设计思想简单，学生只能被动接受知识，学习过程中也很少涉及自主分析问题和解决问题，因此，学生们普遍对学习编程没有兴趣。这在一定程度上导致了学生编程能力、创新能力和实践能力的下降，如何才能在教导学生的同时将计算思维的概念融入到程序设计语言当中已经成为一个热点话题。

2计算思维

计算思维的概念最早是在2006年由美国卡内基梅隆大学周以真教授在“ACM”通信中提出的。周教授认为:计算思维是运用计算机科学的基本概念来分析解决问题、进行系统设计、以及理解人类行为和其他活动，它涵盖了计算机科学的思维广度［1］。通过分析我们知道计算思维是每个人所具有的，是人特有的思维方式，而不是思维的机器，它是概念性的思维，而不是程序性的思维，它是每个人的基本技能，而不是计算机科学家的一部分。计算思维主要是通过在时间和空间上运用大量的数据来加速计算，例如，它可以被设计在内存和外存中使用。在数据压缩和解压缩程序中，它可以用作时间和空间的平衡开销［2］。计算思维以预防、保护和冗余、容错、纠错模式的思维系统来来恢复最坏情况的。例如，对于一个“死锁”来说，计算思维可以通过学习探索如何同步时间来避免“竞争条件”的情况［3］。计算机科学在我们的日常生活中扮演着重要的角色，不仅如此，人们还常用计算机科学来解决日常生活中遇到的各种问题，改善我们的生活习惯，以及与他人沟通的方式方法［4］。计算思维则是用来寻求答案的启发式推理(格罗，2007)。

3计算思维与教学手段相融合

目前，在大学计算机课程中“程序设计”是一门计算机基础课程，它主要面向非计算机专业的大学生。我们要将计算思维融入现有的教学手段中，对非计算机专业的学生来说，学习的目的不再是一味的编程做程序员，而是要学习计算机分析、解决和处理问题的方式方法。我们不但要教给学生如何编写程序、传输代码，更重要的是，还要教给学生学习如何设计算法。

4理论教学中计算思维能力的培养

在理论教学中，我们应该将重点放在学生编程思维的培养上，适当调整或简化枯燥繁琐的语义语法规则，增加学生专业相关的计算机前沿知识。此外，还应该多设计一些和学生生活相关有吸引力的例题，提高学生编程兴趣。例如，当我们讲解指针的概念时，我们可以引入福尔摩斯如何获得沃森爵士房间号码的故事，这可以使学生更好的理解指针是如何指向一个变量地址的。在这里，我们演示高年级学生的作品，如“贪吃蛇”、“小猫钓鱼”、“读心术”等，用这种“案例驱动”的教学模式激发学生的学习兴趣，从应用实例开始，逐层深入，循序渐进，让学生能够通过编写趣味程序来加强对计算的理解能力。通过构建教学模块相结合的贴近专业教学模式，结合教育心理学，可以提高学生学习的积极性，提升学生的计算思维能力。在理论教学过程中要锻炼学生用计算思维方法来分析解决问题，例如，在C语言循环结构程序设计中提到的“猴子吃桃”案例，我们可将计算思维的概念融入到解题方式中，引导学生使用一个递归的方法来解决。适当调整教学手段，培养学生从后向前推断的逆向思维，这样学生就可以充分理解递归算法和递归调用的整个过程。这不仅使学生掌握了递归调用的方法，而且还锻炼了学生的逆向思维的行为习惯。

5实验教学中计算思维能力的培养

在实验教学中，我们将重点实验和独立实验相结合。重点实验要求教师在实验课上对学生进行分组协作，在小组讨论和设计创新实验的问题上，为了培养提高学生的计算思维能力，我们鼓励学生自己动手解决问题，当遇到难点问题时，可以通过师生互发邮件或网络教学平台等方式来解决问题。在设计独立实验时，教师应该对自己班级的每个学生都有较为深入的了解。大学生都是来自五湖四海，每个人对计算机的认识是有差异的，对于不同专业不同层次的学生，我们应该鼓励学生从不同的角度来认识问题，通过不同的方式来描述问题法，用不同的方法来解决问题。教师的正确引导至关重要，对于不同层次的学生教师应给予适当的、科学的评价，只有这样才能培养学生的思维能力、思维的多样性和创新能力。正常的实验教学只能提供有限的学时，这对学生计算思维能力的培养还远远不够。我们可以在课下通过课后练习、认识实习和培训课程来提高学生的思维能力。在认识实习过程中，学生需要将所学知识串连起来，自主设计实验流程，这在一定程度上培养了学生逻辑抽象能力和自主创新能力。

6结语

我们试着用上面的方法来讲授程序设计语音课程。经过一个学期的学习，学生的编程实践、学习兴趣、学习效果等方面都有很好的改变，这大大提高了学生的计算思维能力。计算思维具有很强的创新能力，计算思维发展的最高目标是计算思维能力的创新。创新思维在创新中的应用，这仍然是非常困难的。探索新的教学理念和手段是每个教师的神圣使命，在今后的教学实践过程中要不断探索和实践，争取将教学质量提高到一个新的水平。

参考文献:

［1］张金玲．论高校计算机基础教育改革的机遇与挑战［J］．教育理论与实践，2016(06)．

［2］张敏．以计算思维为导向的程序设计课程教学案例设计探析［J］．陕西教育(高教)，2015(12)．

［3］杨建磊．关于我国大学计算机基础课程教学中“计算思维能力培养”的研究［D］．兰州:兰州大学，2014．

［4］龚沛曾，杨志强，朱君波，高枚．以计算思维为切入点的计算机基础课程联动改革与实践［J］．中国大学教学，2015(11)．

作者：胡智鹏 单位：吉林市北华大学信息技术与传媒学院