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摘要：計算思維近年來在計算機領域和教育領域備受關注，計算思維能力是每一個現(xiàn)代人必備的基本能力。以算法為核心的C程序設計是計算思維能力培養(yǎng)的最佳土壤，文章以系統(tǒng)方法的視角分別從課程目標、課程內容、教學方法、教學資源以及教學評價5方面深入探討計算思維能力的培養(yǎng)問題，旨在為計算思維能力培養(yǎng)提供思路和建議。

關鍵詞：計算思維；思維教學；C程序設計；問題求解

1背景

自2006年3月美國計算機科學家周以真教授提出計算思維這一概念后，作為三大科學思維之一的計算思維就在計算機領域和教育領域引起廣泛關注。計算思維成為每一個現(xiàn)代人必備的能力。計算機領域是計算思維教育的主要陣地，C程序設計凸顯了解決問題的算法特性，成為計算思維理念的最好體現(xiàn)。以C程序設計課程為載體培養(yǎng)計算思維能力是有益的嘗試。在CNKI文獻檢索平臺以“程序設計”和“計算思維”為篇名，精確檢索出與高校程序設計課程相關的4篇核心文獻。文獻[1]重點探討程序設計實驗教學中計算思維能力培養(yǎng)的思路；文獻[2]以ACM/ICPC程序設計競賽為切入點探討計算思維在競賽中的體現(xiàn)、應用及培養(yǎng)問題；文獻[3]側重分析C程序設計課程中計算思維本質的體現(xiàn)，并在教學內容、教學方式、考核內容方面給出計算思維培養(yǎng)的建議；文獻[4]則從教育游戲的視角論述在程序設計課程中“輕游戲”對培養(yǎng)計算思維能力的影響。這些研究雖然從不同維度做了有益探索，但是少有運用計算思維的系統(tǒng)方法全面論述C程序設計課程教學中培養(yǎng)計算思維的問題。

2計算思維概述

2.1計算思維的官方解讀

計算思維的概念是由曾任美國卡內基•梅隆大學計算機系主任的周以真教授提出的。她認為，計算思維（computationalthinking）是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[5]。對于計算機科學的基礎概念，王榮良教授從計算裝置、計算載體、計算過程、計算資源4個維度描述計算機最基礎的知識和最基本的方法[6]40。計算裝置是指實現(xiàn)計算的硬件設備；計算載體是指實現(xiàn)計算的對象；計算過程指算法，即解決問題的方法與步驟；計算資源指實現(xiàn)計算所需的軟件資源。綜上所述，計算思維可簡單地理解為用計算機基礎知識和基本方法求解問題（將系統(tǒng)化設計和人類行為理解均歸為問題求解范圍）的一系列思想活動，其核心是問題求解的方法與思路。計算思維是一個不斷發(fā)展的概念，在信息化時代指的是用人的思維駕馭以計算設備為核心的技術工具來解決問題的一種思維方式。

2.2計算思維的本質

計算思維的本質是抽象和自動化[7]12。思維是一種思想活動，是抽象的，而計算思維則更抽象。計算思維中的抽象需要用特定嚴格的符號標記去描述、表示并使其形式化，進而達到機械化執(zhí)行即自動化的目的，而自動化是計算思維特有的屬性，它要求被自動執(zhí)行的對象一定是形式化的。由此可見，抽象與自動化是相互影響又彼此共生的一對孿生姐妹，兩者關系如圖1所示。程。開發(fā)學生的創(chuàng)造性潛能，培養(yǎng)和提升學生的創(chuàng)新思維與能力是我國素質教育的根本宗旨。在幫助學生了解信息技術基本知識和技能的基礎上，更加注重學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)與提升，應是我國計算機教育的根本出發(fā)點和歸宿[7]14。培養(yǎng)計算思維能力是培養(yǎng)和提升學生創(chuàng)新能力的有效方法和途徑。具備計算思維的人，能夠運用邏輯推理、歸納總結等方法分析論證；能夠運用系統(tǒng)方法分析問題和解決問題；能夠采用分而治之的方法將復雜問題模塊化和簡單化；具有創(chuàng)新意識，善于將自己的創(chuàng)意想法或待解決的問題轉換成計算機可以識別的形式，讓計算機去做那些復雜繁瑣的任務。

3以計算思維能力培養(yǎng)為導向的C程序設計課程目標設計

教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會提出大學計算機基礎教學4方面的能力培養(yǎng)目標：對計算機的認知能力、應用計算機解決問題的能力、基于網(wǎng)絡的學習能力和依托信息技術的共處能力[9]。這4個能力目標中“應用計算機解決問題的能力”恰好反映了計算思維的核心要素——問題求解。課程目標集中體現(xiàn)課程的整體價值，是一門課程的核心所在?；凇皯糜嬎銠C解決問題的能力”的目標，借鑒基礎教育課程改革的三維目標，教師可將C程序設計課程目標分為知識與技能、過程與思維、綜合應用與創(chuàng)新3個維度，具體內容見表1。知識與技能、過程與思維、綜合計算思維雖然以抽象和自動化為本質內容，但計算思維絕不是計算機的思維，而是人的思維、人的思想，它在解決問題方面具有非常重要的作用。2.3計算思維能力培養(yǎng)的意義自古至今，所有的教育都是為了人的發(fā)展。人之發(fā)展，首在思維，因此培養(yǎng)人的科學的思維能力必然是教育的核心內容[8]。著名科學家錢學森說過，教育工作的最終機理在于人腦的思維過應用與創(chuàng)新三維課程目標是面向不同層級的能力要求，是逐漸上升發(fā)展的。

4以計算思維能力培養(yǎng)為導向的C程序設計課程內容設計

課程內容體系是課程的集中反映，也是課程的載體和基礎。依據(jù)上述提出的不同層級的三維目標，教師可將課程內容分為3個不同模塊，具體見表2。課程內容模塊化和結構化一方面便于學生對內容理解得更深入、更透徹，為系統(tǒng)學習搭好框架；另一方面與三維目標相吻合，便于課程目標的實現(xiàn)。

5以計算思維能力培養(yǎng)為導向的C程序設

計課程教學方法選擇教學方法是否豐富多樣，是一門課程能否達標的關鍵。融入計算思維，主要就是教學方法改革[11]。C程序設計是一門實踐性很強的課程，教學方法的選擇要以學生為中心，以培養(yǎng)學生計算思維能力為核心目標，以教學內容為依據(jù)，以“雙主教學”理念為指導，以信息技術的利用為手段和方式。文獻[11]中指出“計算思維不是內容的改變，不是工具的改變，而只是教學方法、方式的改變。啟發(fā)式教學最能體現(xiàn)這種改變：引導學生思考，使之看到問題之外的問題、方法之外的方法、沒有聯(lián)系的聯(lián)系，這就是計算思維”。王榮良教授在《計算思維教育》中提到，在計算機學科領域，滲透計算思維的教學方法有探究式教學法、任務驅動式教學法和實驗教學法[6]102-129。除此之外，案例教學法和項目教學法也是程序設計課程中經(jīng)常采用的教學方法。新型的翻轉教學模式在程序設計課程中也有其用武之地，因為它能為學生提供充足的課堂操練時間，這對于強調實踐操作且學時不充分的C程序設計課程來說無疑是雪中送炭。無論采用哪種教學方法，只要在教學過程中注重計算思維方法的滲透和引導，強調問題求解的思路，就是培養(yǎng)計算思維能力。

6以計算思維能力培養(yǎng)為導向的C程序設

計課程教學資源選擇教學資源是課程內容的載體，也是教學內容廣度和深度的體現(xiàn)，包括教材與教輔資源兩種類型。

6.1教材的選擇

教材是課程內容體系的集中體現(xiàn)。對于高等教育而言，教材并不是教學內容的全部和唯一，它僅僅是課程學習的一個主要參考資料。教師應該在多種教材中選擇自己所需的內容框架，并在此基礎上形成自己的內容體系。雖然目前還沒有關于計算思維能力培養(yǎng)的程序設計教材，但是關于思維教學和計算思維的著作相繼問世，如斯滕伯格的《思維教學——培養(yǎng)聰明的學習者》、陳國良院士的《計算思維導論》、王榮良教授的《計算思維教育》、陸朝俊教授的《程序設計思想與方法：問題求解中的計算思維》、夏耘等編著的《計算思維基礎》，這些為一線教師實踐計算思維方法指引方向，提供思路。教師可以上述的三大內容框架為依據(jù)，以C程序設計教材為基礎，以計算思維和思維教育為核心，設計一套自成體系的特色鮮明的參考教材。

6.2教輔資源的設計與開發(fā)

教輔資源既是教材的補充，又是鞏固和提升學生能力的一種教學資源。教輔資源類型豐富多樣，可以是紙質版或電子版的學習資料、練習冊、課件、微課程、模擬系統(tǒng)、在線課程甚至網(wǎng)絡學習平臺等。在培養(yǎng)計算思維能力的C程序設計課程中，教輔資源的選擇、設計、開發(fā)除了與教學內容和教學方法相關，還要突出問題求解的方法與思路。

7以計算思維能力培養(yǎng)為導向的C程序設

計課程教學評價設計教學評價是衡量一門課程是否達標的一種手段，是檢驗學生學習效果的重要教學環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生能力的過程。教學評價若按評價功能劃分，可分為診斷性評價、過程性評價和總結性評價；若按評價性質劃分，則分為定性評價和定量評價。C程序設計課程常采用期末閉卷考核方式，這種考核方式只能考查學生對于理論知識的掌握情況，無法考核學生的解決問題能力和創(chuàng)新能力，往往會導致學生高分低能。在注重實踐和計算思維能力培養(yǎng)的C程序設計課程教學中，教師應采用多元化的評價機制，將定性與定量結合，使過程與結果并重，既注重學生的平時表現(xiàn)如努力程度、積極狀態(tài)等，又考慮學生的學習成果如項目完成情況、創(chuàng)新程度等。依據(jù)前面提到的三維目標和三大內容模塊，教師可開展分階段、分層次的三級考核，即基礎考核―算法考核―綜合考核。

8結語

思維是人類區(qū)別于動物的特有屬性，通過思維獲取的知識才是真正的知識。思維訓練學習的并不是思維，而是如何思維得好，讓這種思維能力運用得當[12]。以問題求解為核心的計算思維是每一個現(xiàn)代人必備的基本素質，也是創(chuàng)新人才選拔的一項重要指標。開展計算思維教育的宗旨是提升學生求解問題的能力和創(chuàng)新能力，使之更好地學習、工作與生活。計算思維能力培養(yǎng)是教育領域的一大挑戰(zhàn)，這條路難走但也要堅持走下去，相信在眾多專家和一線教師的努力下會結出豐碩的果實。

作者:李艷坤 單位:唐山師范學院

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