程序設計課程中計算思維能力培養

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了程序設計課程中計算思維能力培養范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

【摘要】程序設計課程是培養計算思維的最佳知識載體,在研究和分析計算思維的基礎上，提出了課程中培養計算思維的方法，包括普及計算思維概念、引導學生正確認識計算思維、設計綜合案例引導學生理解計算思維等，激發學生的學習興趣，培養學生程序設計能力和計算思維能力。

【關鍵詞】計算思維；程序設計；能力培養

1引言

科學思維是指在人類科學活動中所使用的思維方式。人類認識世界和改造世界有三種思維方式：以推理和演繹為特征的邏輯思維，以觀察和歸納自然規律為特征的實驗思維，以抽象化和自動化為特征的計算思維[1]。2005年美國總統信息技術咨詢委員會(PITAC)在《計算科學：確保美國競爭力》一文中提出：雖然計算本身是一門學科，但是其具有促進其他學科發展的作用。21世紀科學上最重要、經濟上最有前途的研究前沿都有可能通過熟練掌握先進的計算技術和運用計算科技而得到解決。報告建議將計算科學長期置于國家科學與技術領域中心的領導地位。隨后，美國、英國、澳大利亞等多個國家都將計算思維作為其信息技術課程的重要內容，國內也提出了將計算思維納入高中和大學的核心素質培養要求。可見，培養學生的計算思維已成為大勢所趨。程序設計課程作為非計算機專業學生的所必修的一門計算機基礎課程，其內容最能夠體現語言級的問題求解方法[2]，是培養計算思維最好的載體，因此，如何在程序設計教學中有意識地培養學生的計算思維，提高學生應用計算機知識分析和解決問題的能力，成為了迫切需要解決的問題。

2計算思維

2006年，美國卡內基•梅隆大學的周以真教授(J.M.Wing)在計算機權威雜志ACM上，對計算思維（ComputationalThinking）進行了明確的定義。她指出[3]：計算思維涉及運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計和理解人類行為，它涵蓋了反映計算機科學之廣泛性的一系列思維活動。是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，將一個看來困難的問題重新闡述成一個我們知道怎么解決的問題。計算思維如同閱讀、寫作、算術一樣，應當是信息時代的每個人都具有的一種思維方式，并不是只有計算機科學家才有。計算思維的核心是抽象和自動化。抽象是省略不必要的細節、把重要的部分抽離出來的過程，它關注對象的本質特征；自動化指的是計算在物理系統自身運作過程中的表現形式，什么能被有效地自動化是計算學科的根本問題[4]。計算是抽象的自動化，自動化隱含著需要某類計算機去解釋抽象。計算思維是借助通用智能工具求解問題的一種方法，涉及理解和運用計算機科學的基本概念、遞歸思想、抽象化、形式化、枚舉、搜索和啟發推理等[5]。培養計算思維可以讓學生合理選擇合適的工具來分析、解決現實世界中的復雜問題。計算思維并不是現在才出現的，自古已有萌芽，隨著計算工具的發展而發展，如算盤就是一種沒有存儲設備的計算機，提供了一種用計算方法來解決問題的思想和能力[6]。計算思維是受過良好訓練的科學家面對問題時所采用的一種思維方法，曾經是只屬于少數人的專利，隨著現代計算機的迅速普及，計算作為一種智力活動的門檻被打破，計算思維不再是少數人的專屬，而是成為所有人都應當擁有的、不可或缺的思維方式。現代計算機的出現強化了計算思維的意義和作用。

3課程中計算思維能力的培養

3.1普及計算思維的概念

讓學生認識到計算思維，才能更好地學習和利用它。羅賓•威廉姆斯在《寫給大家看的設計書》中開篇提到的約書亞樹的例子，作者在看到書中約書亞樹的照片時，覺得樹長得很奇怪，自己從未見過這么奇怪的樹木，然后走出家門后，仔細觀察，發現周圍到處都是，幾乎家家都種植著這種樹。如果沒有認識到它，你就會忽略它的存在，一旦能夠說出什么東西的名字，就會很容易注意到它，你就會掌握它，擁有它，使它在你的控制中。事實上，學生在學習和使用計算機的過程中都在不斷地培養著計算思維，只不過它是隱性的，若有若無地存在著，很難去識別和表述，現在要讓它變成顯性的，讓學生明確地意識到計算思維的存在。在教學內容中加入計算思維的相關知識，讓學生認識到計算思維，這樣在學習計算機知識的過程中會更容易體會到其中隱藏的思維方法，有利于計算思維的培養。課程的教學內容包括語言知識、程序設計和計算思維三個部分，以程序設計為主，語言知識和計算思維為輔。程序設計包括問題分析、數學建模、算法設計、編寫代碼和編譯調試等階段，重點講授程序設計的思想和方法。程序設計中所涉及的基本算法包括累加、連乘、窮舉、迭代、遞歸、查找與排序等，在教學過程的不同階段，分別引入這些算法，結合具體的程序語言和實例，進行講解和練習，并注意上升到思維的高度，讓學生關注解決問題時所涉及到的計算思維。語言知識則以程序設計語言必須具備的功能為主，包括基本的語法要素和程序流程控制，其他的都忽略掉，避免學生陷入到繁雜的語言語法規范中去。計算思維部分包括核心概念、計算思維過程階段要素、內涵和特征等內容。

3.2幫助學生正確認識計算思維，激發學生的學習興趣

學生對于程序設計課程的認識存在誤區，認為只有未來要做程序員的工作，才有必要學習編程，所以在學習的時候動力不足，遇到困難時很容易放棄或退縮。要讓學生認識到，學習程序設計課程，不僅僅是學習程序語言和具體的算法，還可以培養學生解決問題的思路和策略，也就是其中蘊含的計算思維。具體的知識是會遺忘的，但是形成的思維能力卻不會遺忘，而且會潛移默化地應用到工作和生活的各個方面?！叭绻藗兺袅怂麄冊趯W校里所學到的每一樣東西，那么留下來的就是教育?！睂W習中最終“剩下的”是能力素質，是教學過程中最有價值的東西，其中包括：認識、方法、邏輯、思維、價值、道德、倫理以及觀察、研究能力等等。對于程序設計課程來說，最終“剩下來”的就包含計算思維。計算思維是一種解決問題的方法論，可以從計算機領域擴展到所有學科，包括科學、技術、工程、數學，甚至是繪畫、音樂等藝術領域，近些年來在很多領域中具有突破性的研究都與計算有關。而且，計算思維還可以應用到生活的各個方面，用于解決現實世界中的各種難題。讓學生正確認識計算思維的作用，會促進學生的學習積極性，能夠有意識地培養計算思維能力，反過來還可以促進程序設計能力的提升。

3.3設計綜合性案例

學生對于語法知識的學習沒有問題，能夠很好的學會語法知識，也夠讀懂程序，但是卻不會寫，特別是遇到一個新的問題，不知道如何開始著手，因此教學的重難點應放在分析問題、算法、編程構思和程序實現上面，尤其是分析問題的思路。設計綜合性案例，從對案例的分析開始著手，利用抽象、分解、約簡等計算思維方法將復雜的問題一步一步轉化為最簡單的問題，然后著手解決。而在上機實踐時，采用由簡單到復雜的方式，要求學生從最小問題求解，然后過渡到復雜問題。讓學生體驗問題求解的過程，引導學生研究其中的規律，掌握利用計算思維求解問題的步驟和方法。

4結束語

知識、能力和素質是創新的基礎，在程序設計課程的學習中，學生能夠很好地掌握知識，能力方面有所欠缺，計算素質（包括計算思維）方面最為不足。在以往的教學中比較注重知識和能力的培養，而只有把知識、能力與素質三者緊密結合起來，并貫穿在整個教育過程中，才能培養出高質量的人才[6]。因此，主動地、有意識地將計算思維培養融入程序設計課程中去，不僅有利于學生提高程序設計能力，更有利于學生用計算機學科的思維方式來解決現實問題，培養學生的計算思維能力和解決實際問題問題的能力。從實踐結果來看，學生對于課程學習的積極性有了明顯提高，自主學習能力、學習效率和學習效果得到了改善。

參考文獻：

［1］李廉.計算思維———概念與挑戰［J］.中國大學教學，2012.

［2］何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養［J］.中國大學教學，2010.

［4］陳國良，董榮勝.計算思維的表述體系［J］.中國大學教學，2013.

［5］吳文虎.精心鑄精品，理念需先行［J］.計算機教育，2008.

［6］譚浩強.研究計算思維，堅持面向應用［J］.計算機教育，2012.

作者：方芳 單位：衢州學院電氣與信息工程學院