張玉寧

摘 要： 傳統(tǒng)C語(yǔ)言課程教學(xué)方法在課程教學(xué)后的下學(xué)期進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，實(shí)踐同理論聯(lián)系程度差，過(guò)分看重語(yǔ)法教學(xué)，對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的教學(xué)力度弱，學(xué)習(xí)效果差。因此，研究了基于計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程，將計(jì)算思維同C語(yǔ)言教學(xué)相融合，分析C語(yǔ)言教學(xué)過(guò)程中信息操作的思維過(guò)程。設(shè)計(jì)基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言擱置式課程教學(xué)實(shí)例，將C語(yǔ)言教學(xué)劃分成課程引入、新課程學(xué)習(xí)以及效果評(píng)價(jià)三個(gè)階段，分析三個(gè)過(guò)程的教學(xué)內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)組成。并設(shè)計(jì)三個(gè)C語(yǔ)言課堂教學(xué)階段過(guò)程中基于計(jì)算思維的拋錨式教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，所研究教學(xué)方法提升了學(xué)生的C語(yǔ)言計(jì)算思維能力，增強(qiáng)了學(xué)生的感興趣度和自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)效果強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算思維； 程序設(shè)計(jì)； 課程教學(xué)； C語(yǔ)言； 擱置式實(shí)踐

中圖分類號(hào)： TN99?34； G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）23?0162?04

Abstract： It has low relation degree between practice and theory for the traditional C language curriculum teaching method used for curriculum design of the next semester after course teaching， weak teaching ability of program design thought and poor learning effect， and pays attention to grammar teaching excessively. Therefore， the computational thinking based teaching practice process of program design courses is studied. The computational thinking is integrated with C language teaching. The thinking process of information operation in C language teaching process is analyzed. A computational thinking based instance of C language shelving course teaching is designed， in which the C language teaching is divided into the stages of course introduction， new course learning and effect evaluation. The teaching contents and structure component of the three stages are analyzed. The anchored instruction practice content based on computational thinking in the process of the three C language classroom teaching stages was designed. The experimental results show that the teaching method can improve the C language computational thinking ability of students， enhance the interest and self?learning ability of students， and has perfect learning effect.

Keywords： computational thinking； program design； curriculum teaching； C language； shelving practice

0 引 言

當(dāng)前隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，其在課堂教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值也不斷提升。信息技術(shù)課程對(duì)思維教學(xué)的關(guān)注度較高，計(jì)算思維是程序設(shè)計(jì)模塊的思維品質(zhì)，我國(guó)程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)的計(jì)算思維教學(xué)還處于初級(jí)階段，程序設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算思維教學(xué)不夠成熟。傳統(tǒng)C語(yǔ)言課程教學(xué)方法在課程教學(xué)后的下學(xué)期進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)理論知識(shí)后沒(méi)有同實(shí)踐實(shí)施遷移應(yīng)用，實(shí)踐同理論聯(lián)系程度差，過(guò)分看重語(yǔ)法教學(xué)，對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的教學(xué)力度差，學(xué)習(xí)效果差。本文對(duì)基于計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了深入研究，提出基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言擱置式教學(xué)方法，提高學(xué)生C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)能力。

1 計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)實(shí)踐研究

1.1 基于計(jì)算思維開(kāi)展的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)

本文研究的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)是C語(yǔ)言課程教學(xué)，C語(yǔ)言是一種基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，其從語(yǔ)法到總體結(jié)構(gòu)包含較多的計(jì)算思維[1]。基于計(jì)算思維開(kāi)展的C語(yǔ)言程序教學(xué)在傳授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)也要傳授其中描述的計(jì)算思維，對(duì)計(jì)算思維實(shí)施強(qiáng)化和培養(yǎng)，可提高學(xué)生C語(yǔ)言學(xué)習(xí)能力和計(jì)算思維能力[2]。人們采用計(jì)算機(jī)操作信息數(shù)據(jù)，不同種類信息數(shù)據(jù)的表達(dá)手段也存在一定的差異，對(duì)其實(shí)施操作的措施也不同，則計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)這些信息數(shù)據(jù)的描述、存儲(chǔ)以及操作的計(jì)算思維是：按照馮·諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)軟件對(duì)不同種類數(shù)據(jù)實(shí)施聲明和定義，準(zhǔn)確描述不同種類信息；采用硬件的存儲(chǔ)元件保存信息數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫的數(shù)據(jù)操作程序控制CPU對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施操作，通過(guò)人、機(jī)協(xié)同進(jìn)行的問(wèn)題求解過(guò)程是計(jì)算思維的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，用圖1描述。該信息操作的計(jì)算思維需要計(jì)算機(jī)語(yǔ)言提供運(yùn)算服務(wù)，通過(guò)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)描述（數(shù)據(jù)種類）、輸出存儲(chǔ)（變量、常量）以及數(shù)據(jù)操作（表達(dá)式以及控制結(jié)構(gòu)）。endprint

1.2 基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言擱置式教學(xué)案例設(shè)計(jì)

基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言擱置式教學(xué)，也稱做實(shí)例教學(xué)和基于問(wèn)題教學(xué)，這種教學(xué)思維要求學(xué)生切身的感受和理解問(wèn)題，不是靠單純的教師傳授，這種教學(xué)能營(yíng)造一種真實(shí)、完整的氛圍，讓學(xué)生產(chǎn)生較高的學(xué)習(xí)興趣，同學(xué)之間進(jìn)行高效的交流和互動(dòng)協(xié)作，使得學(xué)生能從主觀上愛(ài)上學(xué)習(xí)，確保學(xué)生親身感受C語(yǔ)言呈現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中從了解目標(biāo)到完成目標(biāo)的過(guò)程[3]。擱置式教學(xué)的設(shè)計(jì)就是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、互動(dòng)協(xié)作和提高學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力。

基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言擱置式教學(xué)設(shè)計(jì)，需要將搭建框架、自主學(xué)習(xí)、鑲嵌式教學(xué)和互動(dòng)協(xié)作考慮到C語(yǔ)言課程教學(xué)設(shè)計(jì)中。該種教學(xué)方法總體將教學(xué)過(guò)程分成不同的模塊，不同教學(xué)模塊涉及的教學(xué)內(nèi)容也不相同，將教學(xué)過(guò)程分為[A1，A2，…，An]。本文將基于計(jì)算思維的擱置式C語(yǔ)言課程教學(xué)分為課程引入（i），新課程學(xué)習(xí)（n）和效果評(píng)價(jià)（e），具體的形式如表1所示，其對(duì)每個(gè)階段遇到的教學(xué)難題和解決方法進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。

在課程的引入階段，主要存在學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)興致缺失和對(duì)已掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)與新知識(shí)存在差距[4]。解決方法是增加學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，構(gòu)建已學(xué)知識(shí)與新知識(shí)的橋梁。教師在授課過(guò)程中向?qū)W生介紹與其認(rèn)知相關(guān)的個(gè)性化案例，輔助學(xué)生進(jìn)行理解。學(xué)生應(yīng)該具備對(duì)目前掌握材料和未來(lái)知識(shí)的規(guī)劃能力。課程引入階段的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，A，T和S分別代表教學(xué)過(guò)程、教師活動(dòng)和學(xué)生活動(dòng)。

在新課程學(xué)習(xí)階段，主要存在C語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的信息聯(lián)系與課堂教學(xué)間的矛盾；讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)而不是死記硬背。采用鑲嵌法和歸納演繹讓學(xué)習(xí)變得有趣。新課程學(xué)習(xí)階段教師應(yīng)該是學(xué)生的引領(lǐng)者，指導(dǎo)學(xué)生看待問(wèn)題的方向，運(yùn)用類型檢查法帶領(lǐng)學(xué)生思考[5]。學(xué)生在教師的引領(lǐng)下思考問(wèn)題并進(jìn)行理論歸納，小組討論各自的觀點(diǎn)看法，多維分析和推理。圖3為新課程學(xué)習(xí)階段結(jié)構(gòu)示意圖。

在效果評(píng)價(jià)階段，主要存在如何對(duì)任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行和評(píng)價(jià)的問(wèn)題。將任務(wù)呈現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生分析，尋求最方便、便捷的解決方式，采用多維分析方法進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)。該階段學(xué)生需采用各種方法，包括建模、抽樣調(diào)查等完成分布的任務(wù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示評(píng)價(jià)[6]。圖4為效果評(píng)價(jià)階段結(jié)構(gòu)示意圖。

由上文得出，基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言拋錨式教學(xué)共分為三部分，學(xué)生和教師活動(dòng)有六個(gè)步驟，式（1）和式（2）分別表示待解決問(wèn)題和對(duì)應(yīng)的解決方法：

1.3 基于計(jì)算思維的擱置式教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)

教師在上課前的課堂設(shè)計(jì)階段，從1.2節(jié)劃分的基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言擱置式教學(xué)三個(gè)階段當(dāng)中任選兩個(gè)作為基本知識(shí)。第一次教學(xué)中以簡(jiǎn)單的加減法為例，從教學(xué)案例中提取知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生自主探究課堂以外的知識(shí)，學(xué)生間相互協(xié)同解決問(wèn)題[7]。在課堂引入階段，教師向?qū)W生提出問(wèn)題“20+10”，學(xué)生此時(shí)腦中產(chǎn)生疑問(wèn)，在這種困惑下向同學(xué)解釋人腦計(jì)算方式與計(jì)算機(jī)計(jì)算的不同。人的大腦進(jìn)行的是邏輯運(yùn)算，計(jì)算機(jī)是工程運(yùn)算，C語(yǔ)言是進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算的，假設(shè)a箱子里有10個(gè)白球，b箱子里有20個(gè)白球，將a和b兩個(gè)箱子里的白球倒入箱子c中，此時(shí)c箱子中白球的個(gè)數(shù)就是總數(shù)。將計(jì)算過(guò)程形象化，使學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言如何進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生很好的興趣，這個(gè)階段產(chǎn)生效果用式（3）表示，其中AI為課程引入階段的教學(xué)成果，[m]是待學(xué)習(xí)的白球數(shù)，[f]為學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)函數(shù)：

在新課程學(xué)習(xí)階段，完成形象到抽象的轉(zhuǎn)換，將箱子看成三個(gè)變量，這個(gè)轉(zhuǎn)變就是C語(yǔ)言的賦值過(guò)程，C語(yǔ)言計(jì)算結(jié)果需要使用C語(yǔ)言中的輸出函數(shù)。在此階段的協(xié)作環(huán)節(jié)中學(xué)生的思維完成了從形象化到抽象化的轉(zhuǎn)變[8]，思維方法的轉(zhuǎn)變充分發(fā)揮了思維。這一階段成果體現(xiàn)在思維方式（th）、學(xué)習(xí)能力（se）和協(xié)作能力（coo）的變化。這個(gè)階段教學(xué)效果用式（4）表示，其中AI為新課程學(xué)習(xí)階段的教學(xué)成果，[f]為th，se和coo的函數(shù)：

在效果評(píng)價(jià)階段對(duì)任務(wù)分析、方案分析和演示結(jié)果進(jìn)行考核，教師和小組評(píng)分計(jì)入考核成績(jī)，學(xué)生采用建模和抽樣分析對(duì)任務(wù)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和解決，教學(xué)方式的改變促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)[9]。該階段教學(xué)成果用式（5）表示，其中AI為效果評(píng)價(jià)階段的教學(xué)成果，[f]為與知識(shí)學(xué)習(xí)[（u）]和教學(xué)評(píng)價(jià)[（a）]的函數(shù)：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 學(xué)生成績(jī)檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)通過(guò)單組前后測(cè)對(duì)某高校軟件專業(yè)學(xué)生成績(jī)和學(xué)生態(tài)度實(shí)施調(diào)查，獲取三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)前后檢測(cè)成績(jī)能近似當(dāng)成服從正態(tài)分布，該數(shù)據(jù)集內(nèi)教學(xué)實(shí)驗(yàn)前測(cè)值以及后測(cè)值的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及人數(shù)是相同的，通過(guò)配對(duì)樣本T檢驗(yàn)方法[10]對(duì)采用本文方法教學(xué)后軟件專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維能力是否提升實(shí)施檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)軟件專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)C語(yǔ)言時(shí)的循環(huán)語(yǔ)句、條件語(yǔ)句以及賦值語(yǔ)句成績(jī)，通過(guò)Excel表格統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)果用表2描述。通過(guò)SPSS軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)配對(duì)樣本的T檢驗(yàn)，結(jié)果用表3描述。

分析表2能夠得出，對(duì)參加實(shí)驗(yàn)的50名學(xué)生的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，三次實(shí)驗(yàn)學(xué)生成績(jī)平均值分別是79.49，83.44以及86.65，能夠看出該軟件專業(yè)學(xué)生的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的計(jì)算思維能力逐漸增強(qiáng)。

分析表3中的數(shù)據(jù)，能夠看出實(shí)驗(yàn)前后配對(duì)樣本的相關(guān)性。三項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目中不同語(yǔ)句的相關(guān)系數(shù)分別是0.373，0.265以及0.158，相伴概率sig分別是0.07，0.068以及0.279，都比0.05高（顯著性水平），說(shuō)明三種實(shí)驗(yàn)的成績(jī)相關(guān)性顯著。

分析表4中的數(shù)據(jù)能夠得出，賦值語(yǔ)句同循環(huán)語(yǔ)句配對(duì)樣本的配對(duì)均值是-7.986，雙側(cè)相關(guān)概率[P]值是0，比0.05（顯著性水平）低，[T]值是負(fù)值，[C=]-3.688，能夠看出計(jì)算思維教學(xué)前后軟件專業(yè)學(xué)生成績(jī)存在顯著的差異。賦值語(yǔ)句同條件語(yǔ)句的[P=]0.001，比0.05（顯著性水平）低，說(shuō)明存在顯著性差異。而條件語(yǔ)句同循環(huán)語(yǔ)句的[P]值是0.217，比0.05（顯著性水平）高，說(shuō)明不存在顯著性差異。全面分析這些數(shù)據(jù)能夠得出，采用本文方法進(jìn)行教學(xué)后，總體軟件專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維能力出現(xiàn)了顯著的提升，說(shuō)明本文方法在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，基于計(jì)算思維的教學(xué)模式增強(qiáng)了學(xué)生程序設(shè)計(jì)思維的發(fā)展。endprint

2.2 學(xué)生態(tài)度檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)從學(xué)生對(duì)課堂的感興趣程度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)前后學(xué)生態(tài)度方面的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)采用本文教學(xué)方法以及傳統(tǒng)C語(yǔ)言教學(xué)方法下，學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言教學(xué)課堂的感興趣程度，結(jié)果用圖5和圖6描述。分析圖5能夠得出，對(duì)于三種C語(yǔ)言語(yǔ)句，本文方法下存在10人、15人、23人對(duì)課堂內(nèi)容非常感興趣，31人、27人、20人對(duì)課堂內(nèi)容感興趣，5人、5人、4人對(duì)課堂內(nèi)容感覺(jué)一般，4人、3人、3人對(duì)課堂內(nèi)容不感興趣。而從圖6中能夠看出，對(duì)于三種C語(yǔ)言語(yǔ)句，傳統(tǒng)教學(xué)方法存在5人、15人、8人對(duì)課堂內(nèi)容非常感興趣，22人、18人、20人對(duì)課堂內(nèi)容感興趣，19人、14人、19人對(duì)課堂內(nèi)容感覺(jué)一般，4人、3人、3人對(duì)課堂內(nèi)容不感興趣。說(shuō)明學(xué)生對(duì)本文C語(yǔ)言教學(xué)方法的感興趣程度更高。

2.3 實(shí)踐（上機(jī)）題目完成情況檢測(cè)

軟件專業(yè)對(duì)所學(xué)程序類設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐練習(xí)過(guò)程中，各次實(shí)踐（上機(jī)）的練習(xí)題量以及綜合難度要求較高。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)某高校兩屆軟件、通信以及電子專業(yè)的學(xué)生，分別采用本文教學(xué)方法和傳統(tǒng)教學(xué)方法下實(shí)踐（上機(jī)）題目的完成情況，結(jié)果分別用圖7，圖8描述。能夠看出，采用本文方法下難度較低的一致性實(shí)踐題和必做題的完成度同傳統(tǒng)教學(xué)方法差別較小，而難度較高的升級(jí)題以及挑戰(zhàn)題的完成度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)教學(xué)方法。說(shuō)明本文方法下的學(xué)生總體自主學(xué)習(xí)能力以及競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)有了極大的提升，能夠活躍C語(yǔ)言教學(xué)的課堂氣氛。

3 結(jié) 論

本文對(duì)基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)研究，采用基于計(jì)算思維的C語(yǔ)言擱置式教學(xué)方法，極大提高了學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言課程學(xué)習(xí)水平。

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