以“计算思维”为导向的程序设计入门类课程改革探索.doc

以“计算思维”为导向的程序设计入门类课程改革探索 　　摘要：为了避免程序设计入门课程教学容易忽略的“思想”和“方法”问题，提出引入基于流程图可视化软件Raptor作为程序设计工具，详细阐述“Raptor流程图+算法设计”教学模式的优势，最后总结教学实践体会，说明教学效果。 　　关键词：Raptor；程序设计；计算思维 　　1 背景 　　数学思维强调的是数与形的逻辑关系、演算推理能力，计算思维则是强调问题求解的操作过程和机器实现。在信息技术快速发展和广泛应用的当今社会，计算思维已不知不觉地体现在社会生活各个方面，成为了现代社会不可缺少的基本技能。在教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会的推动下，通过各高校的教学改革实践以及各种论坛的广泛交流，目前已经形成了基本共识，即：大学计算机基础课程的核心价值就是培养学生的计算思维。要想以培养学生计算思维能力为核心，就要使计算思维如同逻辑思维一样，学生在这种思维指导下学习，不仅是掌握计算机科学知识，而且要让计算思维成为每个学生应具备的基本能力。既然是每个学生都必须掌握的思维能力，该如何培养学生具有这种思维方式？又该如何让学生学会用计算思维的方式思考问题和解决问题？这显然不是某门课程能独立做到的，它需要渗透到每一门课程中，把这种抽象的思维方式融入到学生的生活和今后工作中。 　　长久以来，各高校都将“C语言程序设计”作为新生一入学后必须掌握的一门程序语言设计，其目的是为了教会学生程序设计的“思想”和“方法”，能够运用其思想和方法来解决实际问题。但通过多年的教学实践发现：学生刚开始学习时，兴趣十足，愿意花费很多时间来研究与学习，但随着后续学习过程中语法的增多和算法设计的增大，学生不得不将课程学习的重心从程序设计方法转移到语法规则上，忽略程序设计的思想和方法，久而久之，学生面对这些烦琐的语法时就失去了对程序设计的学习兴趣，无形中在他们的大脑中就形成了程序设计课程难、学不会等印象，导致了C语言程序设计课程教学效果的下降。 　　这就必须改革教学内容和教学方法，试着探索在程序设计中抛开烦琐的语法规则，真正体现程序设计的“思想”和“方法”，实现学习程序设计的目的就是让学生学会解决问题，让计算思维成为学生应具备的基本能力。为此，我校率先在2014级开设了“Raptor可视化程序设计”课程，将Raptor作为程序设计工具，让学生从简单易懂的程序流程图人手，学习程序设计的“思想”和“方法”，将学生学习重心放到程序设计的本身上，强调对问题的求解与实现方法，这样不仅能激发学生的学习兴趣，还有利于学生思维方式和思维能力的培养。在此基础上，提出以“Raptor流程图+算法设计”为教学改革思路，从基本问题到综合问题不断逐步深入，通过利用“发现问题一分析问题一寻求多种解决方案一多种方案比较优化”的“任务驱动式问题求解”的训练方法，从而实现解决实际问题的教学模式。 　　根据以上思路，以“计算思维”为导向的程序设计课程教学目标应集中体现在以下方面： 　　（1）知识能力：没有烦琐语法的程序设计，课程强调程序设计的“思想”和“方法”，在知识能力目标上，要让学生首先掌握程序设计基本概念，然后是程序设计的思想、设计方法、调试方法。 　　（2）技术能力：学习程序设计的目的就是为了解决各种实际问题，能够将实际问题以抽象化和程序化的形式表示出来，在教学过程中不仅要注重对学生分析问题、抽象问题能力的培养，更要注重对问题求解与数学建模、算法优化等能力的培养。 　　（3）创新能力：突出计算思维能力的培养是程序设计教学的教育价值，因此应倡导算法思维的多样化，不仅能培养学生的实践能力，还能培养学生的创新能力。 　　2 基于流程图的可视化软件Raptor 　　Raptor是一种基于流程图的可视化编程工具，它具有以下特点： 　　（1）由各种相互连接的图形符号构成可执行的流程图，最大限度地减少了程序语言的语法理解。 　　（2）操作简单，学生只需要通过拖拽操作就可将不同图形符号放置到所需要的位置上，工具软件就可以自动将这些不同图形符号连接在一起，形成一个完整的流程图。 　　（3）简单易懂，由于流程图与自然的思维过程相近，能够比较简单地让学生掌握和理解程序的设计与算法。 　　Raptor除了具有流程图特色外，还具有其他诸多重要特点，例如，计算操作的原子化和算法的执行步骤统计等，为算法设计、算法优化、算法复杂性分析提供了有力的实验或验证手段。 　　3 “Raptor流程图+算法设计”教学模式 　　融入计算思维的程序设计课程的教学内容要以“程序设计”为中心，从基本问题到综合问题逐步深入，通过利用“发现问题一分析问题一寻求多种解决方案一多种方案比较优化”的“任务驱动式问题求解”的训练方法，来实现实际问题的解决，从而达到提