计算思维培养在C++教学中应用与实践.docVIP

计算思维培养在C++教学中应用与实践 　　摘 要 本文通过理工科C++教学的实际情况，探索如何在教学中培养学生的计算思维能力及根据C++面向对象的特点，运用求同存异与对比的方法，培养学生的创造性思维和开放性思维。并采用小组团队形式，通过项目实践达到课程的培养目标。 　　关键词 计算思维 C++教学 问题求解 　　中图分类号：G424 文献标识码：A 　　0 引言 　　“C++程序设计”是一门非常重要的计算机基础课程，学生安排在大一第二学期学习，虽然本校学生理工科基础好，求知欲强，学习认真，但大部分班级不少学生反映听不懂，为什么初学者总感到这是一门很难学的课程，关键所在需要实现思维方式的转换。程序设计程的重要性不是体现在一般意义上的语言或语法学习，更要体现在引导学生进行问题求解思维方式的转换——即计算思维能力的培养。只有突破了这个难点，学生才有可能真正理解编程思维方式。计算机解题的核心是算法设计，而算法设计需要具备良好的数学素养。数学具有运用抽象思维去把握实际的能力，应用数学知识去解决实际问题时的建模过程是一个突出主要因素的科学抽象过程。进行抽象和形式化就需要学习和掌握常用的计算思维方式。如何在C++教学中，培养学生的计算思维能力，使课程变得学生易学，教师易教，我们在三年的C++程序设计的课程教学中做了一些有益的探索与实践，取得了很好的效果。 　　1 计算思维的重要性 　　计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养，这点是勿需质疑的，什么是计算思维？通俗地理解就是构造和模拟，强调能行，并采用使自动方式。如上所述的计算思维其实一直隐藏在我们的教学之中，计算学科的教学其实也就是关于计算思维的教学，但是我们在以往的教学没有将这种思维的特征明显地表示出来，学生并没有真正理解其思维方式，学完课程后所掌握的只是一些语法和基本的算法。 　　因此，C++教学中我们力求改变这种状态，我们认为要培养学生的计算思维能力，首先要让学生知道什么是计算思维以及计算思维的重要性。二十一世纪科学上最重要的、经济上最有前途的研究前沿都有可能通过熟练掌握先进的计???技术和运用计算科学而得到解决，从而强调了计算科学的重要性。我们在讲授C++程序课程的第一堂课，就提出计算思维的概念，并用学生身边的实例来描述计算思维运用的广泛性，并强调学习程序设计课程是培养计算思维的重要内容。通过第一堂课的学习，同学们对计算思维的产生了极大的兴趣，不少同学原先对程序设计课程抱有消极的学习态度，认为不做程序员学不学关系不大，现在认识到计算思维不单单涉及到计算机学科，计算思维对其他学科同样有着深远的影响。比如计算生物学改变着生物学家的思考方式：纳米计算改变着化学家的思考方式，量子计算改变着物理学家的思考方式，计算驳议理论改变着经济学家的思考方式等等。同学们课后通过上网查资料，分析归纳完成了计算思维在本学科的应用小文章。 　　2 程序设计中计算思维的培养 　　对于非计算机专业的学生，学习程序设计的目的是学习计算机分析和解决问题的基本过程和思路，程序设计课程的内容能够体现语言级的问题求解方法。 　　以前我们在程序课程中采用传统的教学方法，特别容易陷入语言的语法学习中，常常花大量的课堂时间去讲解语法的格式与功能，没有从解决问题的思路入手，因此学生把语句格式与功能记下来后，对编程仍然无从下手，学生体会不到编程的意义与乐趣。因此要改变这种状况，必须走出这个误区。C++程序课程虽然是语言课，但不是为了学习语言，而是要培养学生编程解决实际问题的能力，并通过语句的学习来掌握这种能力。 　　在C++教学的组织中，我们将计算思维贯穿在整个学习的内容中，以提出问题入手，引导同学思考处理问题的思维方法，然后应用C++语言编写程序以解决问题，替代传统的先讲语法、命令格式最后为了掌握语法来讲解程序的教学方式。 　　（1）计算思维的本质是抽象与自动化，计算思维的抽象体现在完全使用符号系统，一个程序通常由标识符、常量、变量、语句、函数等构成。例如我们在讲解C++数据类型时，提出问题：现实生活中有哪些信息可以用计算机来管理？而所有的这些信息，在计算机里是以什么样的数据形式来表达？人类世界是一个有类型的世界，而在计算机世界里显然不能全盘照搬过来，那么解决的方案就是“抽象”；C++的基本数据类型抽象成两类：数值类型和字符类型。程序是如何执行的？这就涉及到自动化的问题，计算思维的自动化是存储程序的工作原理，即计算机按照程序编写的步骤自动执行。 　　（2）计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个困难的问题演化成如何求解它的思维方法。为了解决一个大的问题，可以把它分成两个或多个更小的问题； 分别解决每个小问题； 然后把各小问题的解答组合起来，即可得到原问题的解答。小问题通常与原问题相似，可