在程序設(shè)計(jì)課程中引入“計(jì)算思維”的實(shí)踐.doc

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1、在程序設(shè)計(jì)課程中引入“計(jì)算思維”的實(shí)踐摘要：介紹了“計(jì)算思維”提出的背景，并針對國內(nèi)高校講解程序設(shè)計(jì)的教學(xué)方法，提出了把“計(jì)算思維”引入“程序設(shè)計(jì)思想與方法”課程，對課程內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)等進(jìn)行了全方位改革與試驗(yàn)。通過與同行交流，取長補(bǔ)短，不斷創(chuàng)新。關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；程序設(shè)計(jì)；課程內(nèi)容；實(shí)踐環(huán)節(jié)一、“計(jì)算思維”的背景介紹2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系周以真(jeannettem.wing)教授在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊communicationsoftheacm上提出了“計(jì)算思維”(computationalthinking)的概念和詳

2、細(xì)定義?！坝?jì)算思維”就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解。它吸取了問題求解所采用的一般數(shù)學(xué)思維方法、現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評估的一般工程思維方法以及復(fù)雜性、智能、心理、人類行為的理解等的一般科學(xué)思維方法。因此，它涵蓋了包括計(jì)算機(jī)科學(xué)在內(nèi)的一系列思維活動(dòng)(但是計(jì)算思維本身卻并不是計(jì)算機(jī)科學(xué)的專屬)。需要指出的是：“計(jì)算思維”不是俠義的計(jì)算機(jī)編程，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)基本概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。大學(xué)應(yīng)以學(xué)生“計(jì)算思維”的培養(yǎng)為核心，使“計(jì)算思維”如同實(shí)證思維、邏輯思維一樣，成為每個(gè)學(xué)生應(yīng)該具備的基本科學(xué)

3、思維能力。學(xué)生在接受這種思維指導(dǎo)下的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練后，可以學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)知識，也可以學(xué)習(xí)其他專業(yè)的知識。畢業(yè)后可以從事諸如醫(yī)學(xué)、法律、商業(yè)、政治以及其他類型的科學(xué)和工程工作，甚至藝術(shù)工作。為了面向所有專業(yè)的大學(xué)新生開設(shè)一門被稱為“怎樣像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思維”的課程，美國麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)、普渡大學(xué)等著名高校紛紛設(shè)置了面向全校的以問題求解為核心的“計(jì)算思維”通識課程。在以“計(jì)算思維”為指導(dǎo)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方面取得了顯著的成效。二、以“計(jì)算思維”為導(dǎo)向的程序設(shè)計(jì)課程的建設(shè)和實(shí)踐針對國內(nèi)高校講解程序設(shè)計(jì)的教學(xué)方法，我們系提出了把“

4、計(jì)算思維”引入“程序設(shè)計(jì)思想與方法”課程的建議，并得到了學(xué)校和學(xué)院的理解和支持。在此基礎(chǔ)上，我們提出了探索講授一門真正重點(diǎn)是程序設(shè)計(jì)“思想”和“方法”的課程，而不拘泥于僅僅講授一門程序設(shè)計(jì)語言及其應(yīng)用的想法。也就是說，改革目前的程序設(shè)計(jì)課程思路，以“發(fā)現(xiàn)(接受)問題一分析問題一尋求多種解決方案一對各種解決方案比較選優(yōu)一實(shí)現(xiàn)解決方案”的“問題求解驅(qū)動(dòng)式程序設(shè)計(jì)”訓(xùn)練方法，盡可能逼近解決實(shí)際問題的模式。此外，從典型(基本)問題和綜合(復(fù)雜)問題兩個(gè)層面，揭示領(lǐng)域相關(guān)和領(lǐng)域無關(guān)各種問題的本質(zhì)，并有針對性地講授不同計(jì)算機(jī)制解決問題的方法。同時(shí)，我們也強(qiáng)

5、調(diào)可以用不同開發(fā)工具(環(huán)境)來解決問題。為了講授課程，我們只選擇了其中最合適的開發(fā)工具(環(huán)境)之一進(jìn)行介紹和用于實(shí)踐環(huán)節(jié)。比如python語言在美國作為各專業(yè)學(xué)生第一個(gè)教學(xué)程序設(shè)計(jì)語言得到了各專業(yè)學(xué)生的好評。除了課程內(nèi)容講授，實(shí)踐環(huán)節(jié)也是非常重要的一環(huán)?？梢圆捎脗€(gè)人回家作業(yè)、個(gè)人小作業(yè)和小組大作業(yè)相結(jié)合的組織方法，使學(xué)生利用課程所學(xué)的知識，既提高個(gè)人獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，又提高個(gè)人通過團(tuán)隊(duì)合作集體解決問題的能力。根據(jù)以上的思路，我們在學(xué)院國際化試點(diǎn)班進(jìn)行了課程改革試驗(yàn)。其目標(biāo)是：(1)在程序設(shè)計(jì)思想方面，使同學(xué)們通過這門課程的學(xué)習(xí)之后，

6、能夠理解計(jì)算在解決科學(xué)問題中的作用，重視計(jì)算作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)工具，探索不同算法在效率和性能方面的影響，理解實(shí)用的基本程序設(shè)計(jì)原則，基本理解不同程序設(shè)計(jì)語言解決實(shí)際問題的可能性和基本理解計(jì)算的限制和不可解問題等。(2)在程序設(shè)計(jì)方法方面，培養(yǎng)學(xué)生能夠分析和抽象問題，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)針對科學(xué)問題的有效軟件解決方案，有效地使用通過函數(shù)說明所描述的軟件庫，理解基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用和功能，完成有明確使用目標(biāo)的程序并適當(dāng)?shù)乜梢暬浣Y(jié)果，閱讀和改寫已存在的程序等。這門課程采用全英語的教學(xué)模式(包括課堂教學(xué)、討論、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和答辯等環(huán)節(jié)以及所有的教學(xué)材料和試卷)，其中

7、2／3的時(shí)間(34學(xué)時(shí))用于課堂教學(xué)，1／3的時(shí)間(17學(xué)時(shí))用于實(shí)踐環(huán)節(jié)(具體的教學(xué)安排見下表)。在教學(xué)中，我們主要介紹了“計(jì)算思維”的基本概念，講解了程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法。包括：1　以python作為開發(fā)工具，通過授課和程序演示，使學(xué)生能更好地理解和運(yùn)用“計(jì)算思維”求解問題的思想和方法，并能夠編寫一些簡單的但可解決實(shí)際問題的程序，以提高學(xué)生應(yīng)用“計(jì)算思維”方法求解問題的興趣。2　在課堂教學(xué)中還引入討論，使同學(xué)們能更好地理解將“計(jì)算思維”融入不同學(xué)科和領(lǐng)域問題求解中的重要性。3　讓學(xué)生自行了解要解決問題的背景知識，尋找合適的工具和構(gòu)件庫，

8、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和獨(dú)立實(shí)踐的能力。4　通過若干個(gè)人回家作業(yè)和5個(gè)個(gè)人小作業(yè)的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力，并在實(shí)踐中不