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非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程探究

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非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程探究

摘要:程序設(shè)計(jì)是大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的計(jì)算機(jī)類課程,其中計(jì)算思維的培養(yǎng)是非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的主要目的。文章針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程中存在的問(wèn)題,提出了基于螺旋式的教學(xué)模式下,以階段性項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主體的程序設(shè)計(jì)課程中計(jì)算思維的培養(yǎng)方案。該研究通過(guò)對(duì)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(shí)能更好地理解計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞:程序設(shè)計(jì);計(jì)算思維;非計(jì)算機(jī)專業(yè);螺旋式;項(xiàng)目設(shè)計(jì)

0引言

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)作為大學(xué)通識(shí)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(jì)算機(jī)的基本知識(shí),熟悉編程技能,更重要的是培養(yǎng)大學(xué)生具備計(jì)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(shí)證的實(shí)驗(yàn)思維,計(jì)算思維以從抽象到設(shè)計(jì)、從構(gòu)造到編程實(shí)現(xiàn)的計(jì)算方式對(duì)問(wèn)題進(jìn)行基于構(gòu)造思維的研究[2]。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)自然現(xiàn)象與規(guī)律的研究越來(lái)越依賴于相應(yīng)的計(jì)算模式[3],如:計(jì)算物理、計(jì)算仿真等等。然而,常規(guī)的計(jì)算機(jī)程序課堂往往只注重于對(duì)學(xué)生編程技能的培養(yǎng),特別是在針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)通識(shí)課程中,由于課時(shí)緊張,基礎(chǔ)相對(duì)薄弱,要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)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(gè)課程合理地設(shè)置為若干個(gè)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(gè)階段的分析與整合之上,從整化零,又由零歸整。在簡(jiǎn)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(jì)算思維的培養(yǎng)無(wú)法一蹴而就,也無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)案例的教學(xué)與實(shí)踐達(dá)到目標(biāo),其需要通過(guò)對(duì)能體現(xiàn)計(jì)算思維的問(wèn)題或項(xiàng)目進(jìn)行不斷分析、整合,在反復(fù)向上的學(xué)習(xí)過(guò)程中激發(fā)學(xué)生興趣,理解計(jì)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(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程(以c語(yǔ)言為例)中,以項(xiàng)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(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

1螺旋模式下的計(jì)算思維培養(yǎng)

由于非計(jì)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(jì)學(xué)習(xí)時(shí)間緊,且學(xué)習(xí)時(shí)間呈現(xiàn)碎片化等問(wèn)題。在以項(xiàng)目化、模塊化為向?qū)?,進(jìn)行螺旋式教學(xué)時(shí),項(xiàng)目的設(shè)計(jì)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(jì)相關(guān)項(xiàng)目及功能模塊,對(duì)螺旋模式下的計(jì)算思維培養(yǎng)課堂方式進(jìn)行闡述與分析。

1.1結(jié)合計(jì)算思維的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與模塊分解

在結(jié)合計(jì)算思維的教學(xué)過(guò)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(shí)。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的“猜數(shù)字”與“猜大小”的游戲項(xiàng)目,該項(xiàng)目既符合螺旋式的教學(xué)方法,也有助于在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐步理解計(jì)算思維,同時(shí),該項(xiàng)目具備一定的娛樂(lè)性和實(shí)用性,有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為更好實(shí)現(xiàn)螺旋式教學(xué),首先,對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行功能模塊的分解與說(shuō)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(huì),如果3次密碼輸入錯(cuò)誤,結(jié)束程序。⑵選擇模塊:給出3個(gè)選項(xiàng),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(cuò)誤”并重新輸入。⑶猜數(shù)字模塊:這是一個(gè)簡(jiǎn)單的猜數(shù)字游戲,隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)[10,99]之間的整數(shù),用戶猜測(cè)該數(shù)字,共5次機(jī)會(huì),每次的猜測(cè)會(huì)提示“太大”、“太小”或“猜對(duì)了”。⑷猜大小模塊:隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)[1,6]之間整數(shù),1~3表示“小”,4~6代表“大”,用戶猜測(cè)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(jì)與階段分解

在體現(xiàn)計(jì)算思維的螺旋式教學(xué)過(guò)程中,核心是如何進(jìn)行課堂的計(jì)算思維化設(shè)計(jì)以及各階段間的螺旋式關(guān)聯(lián)。針對(duì)上述設(shè)計(jì)的項(xiàng)目及模塊,本節(jié)進(jìn)行相關(guān)的課堂設(shè)計(jì)與分析。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是基于流程控制的教學(xué)階段,對(duì)于該項(xiàng)目,將其分解為三個(gè)課堂子階段,分別為項(xiàng)目架構(gòu)及解析、模塊分解與實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)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(jì)時(shí),采用理論與實(shí)踐的交叉模式,便于學(xué)生掌握編程技能的同時(shí),積極探索,主動(dòng)思考,理解計(jì)算思維。在第1個(gè)子階段中,首先對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象化,以計(jì)算思維方式對(duì)項(xiàng)目整體框架和流程進(jìn)行系統(tǒng)的分析。將問(wèn)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(yǔ)句。該階段主要以理論分析為主,適當(dāng)結(jié)合實(shí)踐操作。在第2個(gè)子階段中,將各功能模塊單獨(dú)提取并實(shí)現(xiàn)。在各功能模塊的實(shí)現(xiàn)中會(huì)使用選擇及循環(huán)結(jié)構(gòu),該階段以實(shí)踐為主,其中適當(dāng)講解語(yǔ)法。在最后一個(gè)子階段中,結(jié)合第1、2個(gè)子階段內(nèi)容,將已實(shí)現(xiàn)的功能模塊進(jìn)行整合,該部分要以實(shí)踐操作為主;此外,對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié),主要要求體現(xiàn)計(jì)算思維相關(guān)內(nèi)容,該部分以理論為主。

2總結(jié)

在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)全方位普及的時(shí)代,計(jì)算思維的培養(yǎng)是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)課堂的主要目標(biāo),但是傳統(tǒng)的小案例或大項(xiàng)目的教學(xué)方式并不能很好的實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)方向。本文的研究中,探索在課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中,以螺旋式的教學(xué)方法為基礎(chǔ),對(duì)各學(xué)習(xí)階段的設(shè)計(jì),要設(shè)計(jì)出能較好體現(xiàn)計(jì)算思維的項(xiàng)目,并合理設(shè)計(jì)課堂,優(yōu)化教學(xué)方案。通過(guò)對(duì)課堂與階段項(xiàng)目的合理安排,使學(xué)生在掌握編程技能的同時(shí)理解計(jì)算思維。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]鄭紅波,鄭浩,秦緒佳.非計(jì)算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計(jì)類課程之計(jì)算思維培養(yǎng)[J].中國(guó)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(jì)課程中強(qiáng)化計(jì)算思維訓(xùn)練的實(shí)踐探索[J].計(jì)算機(jī)教育,2009.20:84-85

[4]郭艷燕,周世平,賀利堅(jiān)等.信息化平臺(tái)下的程序設(shè)計(jì)課程混合式教學(xué)[J].計(jì)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