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計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的內(nèi)容改革論文
摘要：提出以程序設(shè)計(jì)課程為研究對(duì)象，以培養(yǎng)計(jì)算思維能力尤其是系統(tǒng)能力為主要目標(biāo)，以教學(xué)內(nèi)容改革為主要途徑，針對(duì)本科程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革探索，并給出具體的實(shí)施方案和典型案例。
關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；計(jì)算思維；系統(tǒng)能力；教學(xué)內(nèi)容改革
0引言
信息技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)人員的能力提出了越來(lái)越高的要求。2013年ACM/IEEE公布的教學(xué)調(diào)整方案中，系統(tǒng)知識(shí)和系統(tǒng)能力的培養(yǎng)成為重點(diǎn)[1-2]。系統(tǒng)能力可以作為計(jì)算思維能力的一部分，而計(jì)算思維能力不僅適合開(kāi)發(fā)、維護(hù)等專業(yè)人員，還適合各類(lèi)人群，具有更加廣泛的適用性[3]。作為本科階段的第一門(mén)軟件類(lèi)課程，程序設(shè)計(jì)課程是一門(mén)非常適合培養(yǎng)系統(tǒng)能力和其他計(jì)算思維能力的課程，如果能夠在課程教學(xué)過(guò)程中滲透計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，將為提升學(xué)習(xí)者的后續(xù)能力奠定更好的基礎(chǔ)。目前，該課程存在的主要問(wèn)題是，很多學(xué)習(xí)者容易陷入對(duì)語(yǔ)法的強(qiáng)記硬背陷阱，無(wú)法真正提升其系統(tǒng)能力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有必要改革課程的各個(gè)環(huán)節(jié)，其中教學(xué)內(nèi)容的重新組合劃分、優(yōu)化選擇、重難點(diǎn)界定等方面是基礎(chǔ)性的環(huán)節(jié)。本文將以教學(xué)內(nèi)容的改革為側(cè)重點(diǎn)，探討以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改
1以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容改革的指導(dǎo)思想
隨著應(yīng)用系統(tǒng)的巨大化、復(fù)雜化，系統(tǒng)能力的重要性越來(lái)越凸顯。而其中頂層設(shè)計(jì)能力至關(guān)重要，自頂向下的細(xì)化方法舉足輕重，而具體實(shí)現(xiàn)可以放在次要位置。為了讓學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中提升系統(tǒng)能力，需要將授課內(nèi)容從具體語(yǔ)法中解脫出來(lái)，以系統(tǒng)觀的思想為指導(dǎo)，注重每個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程，從課程設(shè)計(jì)到課堂設(shè)計(jì)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，使內(nèi)容更有層次感，更能體現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想。計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)將計(jì)算機(jī)科學(xué)方法與解決實(shí)際問(wèn)題的具體方法相映射，而程序設(shè)計(jì)的很多具體知識(shí)點(diǎn)，如循環(huán)、數(shù)組、函數(shù)等，均能體現(xiàn)處理實(shí)際問(wèn)題的方法。因此，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可避免學(xué)員陷入具體語(yǔ)言的語(yǔ)法陷阱，而忽略理解掌握具有計(jì)算思維能力培養(yǎng)的思想性內(nèi)容。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)雖然主要針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)員[2]，但對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)不應(yīng)該局限于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)員。在實(shí)際開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，開(kāi)發(fā)人員不一定是純粹的計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，而缺乏計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用時(shí)，會(huì)面臨諸如系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題。因此，有必要在非計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程中有目的地培養(yǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力。
2程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容改革的具體方案
2.1課程標(biāo)準(zhǔn)修訂
首先，根據(jù)本科程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)，課程標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)依賴于具體的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，而是高度提煉程序設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)、思想、方法，在使學(xué)員理解各知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用某種特定語(yǔ)言具體呈現(xiàn)，有時(shí)甚至可以使用多種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)同一知識(shí)點(diǎn)，以便使學(xué)員更好地理解知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)比不同語(yǔ)言的特點(diǎn)。因此，如果課程標(biāo)準(zhǔn)中還存在依賴具體語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，則必須進(jìn)行修訂。其次，課程標(biāo)準(zhǔn)中要指明該課程要進(jìn)行系統(tǒng)能力和計(jì)算思維能力培養(yǎng)的宏觀和微觀目標(biāo)，并在內(nèi)容要求部分給出具體的能力培養(yǎng)要求。最后，在以上原則的指導(dǎo)下，從宏觀上改進(jìn)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，有效指導(dǎo)任教人員和學(xué)習(xí)者重視結(jié)構(gòu)、思想和方法，降低陷入語(yǔ)法陷阱的可能。表1給出了兩個(gè)課程標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容要求修訂前后的對(duì)比。表1課程標(biāo)準(zhǔn)部分內(nèi)容要求修訂示例修訂前要求修訂后要求…掌握if、switch、for、while、dowhile語(yǔ)句的使用方法，理解while和dowhile的區(qū)別，掌握break、continue的使用，能夠編寫(xiě)三種結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單程序……掌握順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，繪制三種程序結(jié)構(gòu)的流程圖，使用一種語(yǔ)言對(duì)三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)……理解函數(shù)的基本概念，掌握C語(yǔ)言函數(shù)的定義、調(diào)用及返回的方法，理解C語(yǔ)言自定義函數(shù)參數(shù)的傳遞方式，掌握C語(yǔ)言函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用……復(fù)述函數(shù)的概念，闡述函數(shù)引入的意義和作用，基于一種高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)函數(shù)的定義和調(diào)用，編寫(xiě)帶有參數(shù)和返回值的函數(shù)并進(jìn)行調(diào)用…
2.2課程教學(xué)內(nèi)容模塊化重組
教學(xué)內(nèi)容的模塊化重組有利于教學(xué)人員在教學(xué)過(guò)程中宏觀把握教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，有利于學(xué)員理解課程的總體結(jié)構(gòu)。遵循建構(gòu)主義的原則，逐步提高學(xué)員的計(jì)算思維能力和系統(tǒng)能力。涉及到具體語(yǔ)法的部分，不應(yīng)花費(fèi)過(guò)多的課堂時(shí)間，可利用MOOC平臺(tái)或微課視頻給學(xué)員提供自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)。表2給出了課程模塊化劃分的結(jié)果。
2.3能力培養(yǎng)知識(shí)點(diǎn)整理
課程中適合培養(yǎng)系統(tǒng)能力和計(jì)算思維能力的知識(shí)點(diǎn)較多，進(jìn)行科學(xué)的歸納整理，有利于教學(xué)人員在備課過(guò)程中進(jìn)行有針對(duì)性的準(zhǔn)備。表3給出了部分能力培養(yǎng)知識(shí)點(diǎn)的分布情況。
3教學(xué)案例
在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，要完成培養(yǎng)學(xué)員系統(tǒng)能力、計(jì)算思維能力的目的，必須根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)員特點(diǎn)、教學(xué)條件等進(jìn)行更加細(xì)致的設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的能力訓(xùn)練效果�？梢砸浴昂瘮�(shù)”一節(jié)的教學(xué)為例，給出具體的教學(xué)設(shè)計(jì)案例。
3.1教學(xué)內(nèi)容和重難點(diǎn)確定
該節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容為函數(shù)，主要包括函數(shù)的概念、如何定義和調(diào)用函數(shù)。其中函數(shù)的概念部分是本節(jié)課的重點(diǎn)，主要包括什么是函數(shù)、為什么要引入函數(shù)、函數(shù)在整個(gè)程序中的作用和地位等。讓學(xué)生理解并掌握形式參數(shù)和實(shí)際參數(shù)是該節(jié)課的難點(diǎn)。
3.2教學(xué)目標(biāo)和要求設(shè)定
通過(guò)該節(jié)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)員進(jìn)一步建立模塊化程序設(shè)計(jì)的思想，具有初步利用函數(shù)進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)的能力。具體來(lái)說(shuō)，要求學(xué)員能夠復(fù)述函數(shù)的概念，闡述函數(shù)引入的意義和作用，能夠基于一種高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)函數(shù)的定義和調(diào)用，能夠編寫(xiě)帶有參數(shù)和返回值的函數(shù)并進(jìn)行調(diào)用。
3.3學(xué)員特點(diǎn)分析
學(xué)員在前面的學(xué)習(xí)過(guò)程中基本掌握了程序的3種基本結(jié)構(gòu)，能夠編寫(xiě)一些較復(fù)雜的程序，部分學(xué)員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)程序較復(fù)雜時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)一些重復(fù)的代碼。雖然他們了解過(guò)模塊化程序設(shè)計(jì)的概念，但對(duì)如何實(shí)現(xiàn)模塊化程序設(shè)計(jì)并沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)于“自頂向下，逐步細(xì)化”的認(rèn)識(shí)更加模糊。
3.4課堂教學(xué)過(guò)程及內(nèi)容設(shè)計(jì)要點(diǎn)
課堂開(kāi)始階段，為了讓學(xué)員更容易理解引入函數(shù)的目的，采用現(xiàn)實(shí)生活或生產(chǎn)實(shí)際中的例子，如飛機(jī)制造與組裝等，并讓學(xué)員反思前面編寫(xiě)過(guò)的較復(fù)雜的程序中出現(xiàn)的代碼重復(fù)現(xiàn)象，從而引出函數(shù)的概念，讓學(xué)員更加輕松地接受函數(shù)這個(gè)新知識(shí)點(diǎn)。在這個(gè)過(guò)程中可采用視頻、動(dòng)畫(huà)、圖片等多媒體形式向?qū)W員展示生產(chǎn)生活中“模塊化”組裝的例子；可以通過(guò)討論發(fā)言，讓學(xué)員挖掘前面學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容中有哪些可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。隨著討論的深入，學(xué)員就會(huì)思考應(yīng)該如何借助模塊化思想解決程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，從而過(guò)渡到本節(jié)的第二個(gè)問(wèn)題——函數(shù)的定義和調(diào)用。在開(kāi)始具體講解函數(shù)的定義和調(diào)用之前，為了突出“學(xué)為主體”的課堂特征，設(shè)定一系列的討論問(wèn)題，如函數(shù)應(yīng)具有哪些要素等，便于引入函數(shù)形參和實(shí)參概念，并加深學(xué)員的理解。在這個(gè)過(guò)程中，可結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)例進(jìn)行啟發(fā)，結(jié)合學(xué)員小組討論，建構(gòu)出函數(shù)的定義和調(diào)用的機(jī)理。模塊化組裝的例子和函數(shù)的知識(shí)有不同之處，應(yīng)該花少量時(shí)間講解或討論它們的不同之處，從而避免造成誤解。在講解完實(shí)參、形參的概念之后，利用具體的程序語(yǔ)言，如C語(yǔ)言，對(duì)函數(shù)的定義和調(diào)用進(jìn)行代碼實(shí)現(xiàn)，并向?qū)W員說(shuō)明其他語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)是類(lèi)似的，可結(jié)合微課資源向?qū)W員提供其他語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)例子。這里需要著重強(qiáng)調(diào)的是，以往的教學(xué)內(nèi)容多以代碼實(shí)例引出函數(shù)、形參、實(shí)參等概念，而這里采用的是類(lèi)比理解概念、討論引出概念、代碼實(shí)現(xiàn)概念的順序，學(xué)員理解層次更深，更適合學(xué)員在其他高級(jí)語(yǔ)言中實(shí)踐，更有利于能力培養(yǎng)。本節(jié)課程結(jié)束階段，師生共同總結(jié)函數(shù)的意義，使學(xué)員對(duì)模塊化程序設(shè)計(jì)的理解進(jìn)一步升華，系統(tǒng)能力得到真正的提高。
4結(jié)語(yǔ)
針對(duì)目前程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)員容易陷入程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法細(xì)節(jié)的問(wèn)題，以提高學(xué)員對(duì)程序設(shè)計(jì)課程的理解、提升包括系統(tǒng)能力在內(nèi)的計(jì)算思維能力為目的，以教學(xué)內(nèi)容改革為主要方式，對(duì)程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了具體的改革設(shè)計(jì)與實(shí)踐。實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)員的計(jì)算思維能力，尤其是系統(tǒng)能力得到了較大的提高。教學(xué)內(nèi)容改革也帶動(dòng)了教學(xué)模式與教學(xué)方法的改革，三者相互促進(jìn)、相互補(bǔ)充，也為下一步的教學(xué)改革指明了方向。
參考文獻(xiàn)：
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