非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計課程探究
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摘要：程序設(shè)計是大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)重要的計算機(jī)類課程，其中計算思維的培養(yǎng)是非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計課程的主要目的。文章針對非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計課程中存在的問題，提出了基于螺旋式的教學(xué)模式下，以階段性項目設(shè)計為主體的程序設(shè)計課程中計算思維的培養(yǎng)方案。該研究通過對各階段課堂的合理安排與優(yōu)化，讓學(xué)生在掌握編程技能的同時能更好地理解計算思維。
關(guān)鍵詞：程序設(shè)計；計算思維；非計算機(jī)專業(yè)；螺旋式；項目設(shè)計
0引言
計算機(jī)程序設(shè)計作為大學(xué)通識教育的重要課程，其主要目的不僅僅是使得大學(xué)生能夠掌握計算機(jī)的基本知識，熟悉編程技能，更重要的是培養(yǎng)大學(xué)生具備計算的思維方式[1]。不同于傳統(tǒng)基于邏輯的理論思維和基于實證的實驗思維，計算思維以從抽象到設(shè)計、從構(gòu)造到編程實現(xiàn)的計算方式對問題進(jìn)行基于構(gòu)造思維的研究[2]。隨著計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對自然現(xiàn)象與規(guī)律的研究越來越依賴于相應(yīng)的計算模式[3]，如：計算物理、計算仿真等等。然而，常規(guī)的計算機(jī)程序課堂往往只注重于對學(xué)生編程技能的培養(yǎng)，特別是在針對非計算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計通識課程中，由于課時緊張，基礎(chǔ)相對薄弱，要培養(yǎng)學(xué)生的計算思維方式就顯得任重道遠(yuǎn)。螺旋模式的教學(xué)是將整個課程合理地設(shè)置為若干個階段，以特定的學(xué)習(xí)目標(biāo)為契機(jī)，將每一階段學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)建立在另一個階段的分析與整合之上，從整化零，又由零歸整。在簡單的學(xué)習(xí)與復(fù)雜的整合間反復(fù)進(jìn)行，前一階段是后一階段的基礎(chǔ)，后一階段是前一階段的發(fā)展，螺旋向上，逐步達(dá)到既定目標(biāo)[4]。計算思維的培養(yǎng)無法一蹴而就，也無法通過簡單的程序設(shè)計案例的教學(xué)與實踐達(dá)到目標(biāo)，其需要通過對能體現(xiàn)計算思維的問題或項目進(jìn)行不斷分析、整合，在反復(fù)向上的學(xué)習(xí)過程中激發(fā)學(xué)生興趣，理解計算思維的含義。在綜合分析學(xué)生學(xué)情與課程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究在面向非計算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計課程（以c語言為例）中，以項目化、模塊化為向?qū)?，利用螺旋模式的課程發(fā)展方式，層層引導(dǎo)，最終實現(xiàn)對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。
1螺旋模式下的計算思維培養(yǎng)
由于非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生面臨所在的專業(yè)課程多，程序設(shè)計學(xué)習(xí)時間緊，且學(xué)習(xí)時間呈現(xiàn)碎片化等問題。在以項目化、模塊化為向?qū)ВM(jìn)行螺旋式教學(xué)時，項目的設(shè)計需要符合學(xué)生學(xué)習(xí)所處階段的難度，并且模塊量不宜太大，以能在3到5次課完成為宜。以下，以程序流程控制的教學(xué)階段為學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計相關(guān)項目及功能模塊，對螺旋模式下的計算思維培養(yǎng)課堂方式進(jìn)行闡述與分析。
1.1結(jié)合計算思維的項目設(shè)計與模塊分解
在結(jié)合計算思維的教學(xué)過程中，為充分發(fā)揮螺旋式的課程體系與方式，當(dāng)課程處于程序流程控制的教學(xué)階段時。這是一個簡單的“猜數(shù)字”與“猜大小”的游戲項目，該項目既符合螺旋式的教學(xué)方法，也有助于在設(shè)計過程中逐步理解計算思維，同時，該項目具備一定的娛樂性和實用性，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為更好實現(xiàn)螺旋式教學(xué)，首先，對項目進(jìn)行功能模塊的分解與說明，主要包括如下模塊。⑴登錄模塊：用于用戶登錄，只有登錄成功才能進(jìn)入功能界面，有3次密碼輸入機(jī)會，如果3次密碼輸入錯誤，結(jié)束程序。⑵選擇模塊：給出3個選項，選“1”進(jìn)入“猜數(shù)字”模塊，選“2”進(jìn)入“猜大小”模塊，選“3”則“退出程序”，選擇其他數(shù)字提示“輸入錯誤”并重新輸入。⑶猜數(shù)字模塊：這是一個簡單的猜數(shù)字游戲，隨機(jī)產(chǎn)生一個[10,99]之間的整數(shù)，用戶猜測該數(shù)字，共5次機(jī)會，每次的猜測會提示“太大”、“太小”或“猜對了”。⑷猜大小模塊：隨機(jī)產(chǎn)生一個[1,6]之間整數(shù)，1~3表示“小”，4~6代表“大”，用戶猜測隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)為“大”或“小”，并顯示結(jié)果。
1.2螺旋式課堂設(shè)計與階段分解
在體現(xiàn)計算思維的螺旋式教學(xué)過程中，核心是如何進(jìn)行課堂的計算思維化設(shè)計以及各階段間的螺旋式關(guān)聯(lián)。針對上述設(shè)計的項目及模塊，本節(jié)進(jìn)行相關(guān)的課堂設(shè)計與分析。該項目的設(shè)計是基于流程控制的教學(xué)階段，對于該項目，將其分解為三個課堂子階段，分別為項目架構(gòu)及解析、模塊分解與實現(xiàn)、項目整合及總結(jié)，各子階段間互為基礎(chǔ)與提升，體現(xiàn)螺旋式的課堂方式。在進(jìn)行課堂設(shè)計時，采用理論與實踐的交叉模式，便于學(xué)生掌握編程技能的同時，積極探索，主動思考，理解計算思維。在第1個子階段中，首先對問題進(jìn)行抽象化，以計算思維方式對項目整體框架和流程進(jìn)行系統(tǒng)的分析。將問題進(jìn)行抽象化處理，并且在功能模塊選擇中引入if或switch選擇語句。該階段主要以理論分析為主，適當(dāng)結(jié)合實踐操作。在第2個子階段中，將各功能模塊單獨提取并實現(xiàn)。在各功能模塊的實現(xiàn)中會使用選擇及循環(huán)結(jié)構(gòu)，該階段以實踐為主，其中適當(dāng)講解語法。在最后一個子階段中，結(jié)合第1、2個子階段內(nèi)容，將已實現(xiàn)的功能模塊進(jìn)行整合，該部分要以實踐操作為主；此外，對項目進(jìn)行總結(jié)，主要要求體現(xiàn)計算思維相關(guān)內(nèi)容，該部分以理論為主。
2總結(jié)
在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)全方位普及的時代，計算思維的培養(yǎng)是面向非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計課堂的主要目標(biāo)，但是傳統(tǒng)的小案例或大項目的教學(xué)方式并不能很好的實現(xiàn)計算思維的培養(yǎng)方向。本文的研究中，探索在課程的設(shè)計與實施過程中，以螺旋式的教學(xué)方法為基礎(chǔ)，對各學(xué)習(xí)階段的設(shè)計，要設(shè)計出能較好體現(xiàn)計算思維的項目，并合理設(shè)計課堂，優(yōu)化教學(xué)方案。通過對課堂與階段項目的合理安排，使學(xué)生在掌握編程技能的同時理解計算思維。
參考文獻(xiàn)(References):
[1]鄭紅波,鄭浩,秦緒佳.非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計類課程之計算思維培養(yǎng)[J].中國信息技術(shù)教育,2017.8:89-92
[2]WingJM.ComputationalThinking[J].CommunicationsoftheACM,2006.49(3):33-35
[3]陳杰華.程序設(shè)計課程中強(qiáng)化計算思維訓(xùn)練的實踐探索[J].計算機(jī)教育,2009.20:84-85
[4]郭艷燕,周世平,賀利堅等.信息化平臺下的程序設(shè)計課程混合式教學(xué)[J].計算機(jī)教育,2017.6:74
作者：盧文偉 夏其表 單位：浙江農(nóng)林大學(xué)信息工程學(xué)院
