非計算機專業(yè)程序設計課程探究

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摘要：程序設計是大學非計算機專業(yè)重要的計算機類課程，其中計算思維的培養(yǎng)是非計算機專業(yè)程序設計課程的主要目的。文章針對非計算機專業(yè)學生在學習程序設計課程中存在的問題，提出了基于螺旋式的教學模式下，以階段性項目設計為主體的程序設計課程中計算思維的培養(yǎng)方案。該研究通過對各階段課堂的合理安排與優(yōu)化，讓學生在掌握編程技能的同時能更好地理解計算思維。

關鍵詞：程序設計；計算思維；非計算機專業(yè)；螺旋式；項目設計

0引言

計算機程序設計作為大學通識教育的重要課程，其主要目的不僅僅是使得大學生能夠掌握計算機的基本知識，熟悉編程技能，更重要的是培養(yǎng)大學生具備計算的思維方式[1]。不同于傳統(tǒng)基于邏輯的理論思維和基于實證的實驗思維，計算思維以從抽象到設計、從構造到編程實現(xiàn)的計算方式對問題進行基于構造思維的研究[2]。隨著計算機科學與技術的不斷發(fā)展，人們對自然現(xiàn)象與規(guī)律的研究越來越依賴于相應的計算模式[3]，如：計算物理、計算仿真等等。然而，常規(guī)的計算機程序課堂往往只注重于對學生編程技能的培養(yǎng)，特別是在針對非計算機專業(yè)的程序設計通識課程中，由于課時緊張，基礎相對薄弱，要培養(yǎng)學生的計算思維方式就顯得任重道遠。螺旋模式的教學是將整個課程合理地設置為若干個階段，以特定的學習目標為契機，將每一階段學習內容與目標建立在另一個階段的分析與整合之上，從整化零，又由零歸整。在簡單的學習與復雜的整合間反復進行，前一階段是后一階段的基礎，后一階段是前一階段的發(fā)展，螺旋向上，逐步達到既定目標[4]。計算思維的培養(yǎng)無法一蹴而就，也無法通過簡單的程序設計案例的教學與實踐達到目標，其需要通過對能體現(xiàn)計算思維的問題或項目進行不斷分析、整合，在反復向上的學習過程中激發(fā)學生興趣，理解計算思維的含義。在綜合分析學生學情與課程現(xiàn)狀的基礎上，研究在面向非計算機專業(yè)的程序設計課程（以c語言為例）中，以項目化、模塊化為向導，利用螺旋模式的課程發(fā)展方式，層層引導，最終實現(xiàn)對學生計算思維的培養(yǎng)。

1螺旋模式下的計算思維培養(yǎng)

由于非計算機專業(yè)的學生面臨所在的專業(yè)課程多，程序設計學習時間緊，且學習時間呈現(xiàn)碎片化等問題。在以項目化、模塊化為向導，進行螺旋式教學時，項目的設計需要符合學生學習所處階段的難度，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階段為學習目標，設計相關項目及功能模塊，對螺旋模式下的計算思維培養(yǎng)課堂方式進行闡述與分析。

1.1結合計算思維的項目設計與模塊分解

在結合計算思維的教學過程中，為充分發(fā)揮螺旋式的課程體系與方式，當課程處于程序流程控制的教學階段時。這是一個簡單的“猜數(shù)字”與“猜大小”的游戲項目，該項目既符合螺旋式的教學方法，也有助于在設計過程中逐步理解計算思維，同時，該項目具備一定的娛樂性和實用性，有助于激發(fā)學生的學習興趣。為更好實現(xiàn)螺旋式教學，首先，對項目進行功能模塊的分解與說明，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入功能界面，有3次密碼輸入機會，如果3次密碼輸入錯誤，結束程序。⑵選擇模塊：給出3個選項，選“1”進入“猜數(shù)字”模塊，選“2”進入“猜大小”模塊，選“3”則“退出程序”，選擇其他數(shù)字提示“輸入錯誤”并重新輸入。⑶猜數(shù)字模塊：這是一個簡單的猜數(shù)字游戲，隨機產生一個[10,99]之間的整數(shù)，用戶猜測該數(shù)字，共5次機會，每次的猜測會提示“太大”、“太小”或“猜對了”。⑷猜大小模塊：隨機產生一個[1,6]之間整數(shù)，1~3表示“小”，4~6代表“大”，用戶猜測隨機產生的數(shù)為“大”或“小”，并顯示結果。

1.2螺旋式課堂設計與階段分解

在體現(xiàn)計算思維的螺旋式教學過程中，核心是如何進行課堂的計算思維化設計以及各階段間的螺旋式關聯(lián)。針對上述設計的項目及模塊，本節(jié)進行相關的課堂設計與分析。該項目的設計是基于流程控制的教學階段，對于該項目，將其分解為三個課堂子階段，分別為項目架構及解析、模塊分解與實現(xiàn)、項目整合及總結，各子階段間互為基礎與提升，體現(xiàn)螺旋式的課堂方式。在進行課堂設計時，采用理論與實踐的交叉模式，便于學生掌握編程技能的同時，積極探索，主動思考，理解計算思維。在第1個子階段中，首先對問題進行抽象化，以計算思維方式對項目整體框架和流程進行系統(tǒng)的分析。將問題進行抽象化處理，并且在功能模塊選擇中引入if或switch選擇語句。該階段主要以理論分析為主，適當結合實踐操作。在第2個子階段中，將各功能模塊單獨提取并實現(xiàn)。在各功能模塊的實現(xiàn)中會使用選擇及循環(huán)結構，該階段以實踐為主，其中適當講解語法。在最后一個子階段中，結合第1、2個子階段內容，將已實現(xiàn)的功能模塊進行整合，該部分要以實踐操作為主；此外，對項目進行總結，主要要求體現(xiàn)計算思維相關內容，該部分以理論為主。

2總結

在計算機科學與技術全方位普及的時代，計算思維的培養(yǎng)是面向非計算機專業(yè)程序設計課堂的主要目標，但是傳統(tǒng)的小案例或大項目的教學方式并不能很好的實現(xiàn)計算思維的培養(yǎng)方向。本文的研究中，探索在課程的設計與實施過程中，以螺旋式的教學方法為基礎，對各學習階段的設計，要設計出能較好體現(xiàn)計算思維的項目，并合理設計課堂，優(yōu)化教學方案。通過對課堂與階段項目的合理安排，使學生在掌握編程技能的同時理解計算思維。

參考文獻(References):

[1]鄭紅波,鄭浩,秦緒佳.非計算機專業(yè)程序設計類課程之計算思維培養(yǎng)[J].中國信息技術教育,2017.8:89-92

[2]WingJM.ComputationalThinking[J].CommunicationsoftheACM,2006.49(3):33-35

[3]陳杰華.程序設計課程中強化計算思維訓練的實踐探索[J].計算機教育,2009.20:84-85

[4]郭艷燕,周世平,賀利堅等.信息化平臺下的程序設計課程混合式教學[J].計算機教育,2017.6:74

作者：盧文偉 夏其表 單位：浙江農林大學信息工程學院