王進(jìn)

摘 要：伴隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算的飛速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了新技術(shù)與新產(chǎn)業(yè)的深度融合，產(chǎn)生了第四次工業(yè)革命下的工程新業(yè)態(tài)，帶來(lái)了工程科技人才培養(yǎng)的新要求。而程序設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與新工科的關(guān)鍵，對(duì)未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用。因此程序設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐能力、分析設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、終身學(xué)習(xí)能力成為新工科軟件工程人才的核心能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;C程序設(shè)計(jì);MOOC;程序設(shè)計(jì)實(shí)踐

一、C程序設(shè)計(jì)的地位和現(xiàn)狀

（一）C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的地位

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是一門面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)課程，主要包含變量、語(yǔ)句、控制流程、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體、函數(shù)等知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。C語(yǔ)言很好地支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，也是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。通過(guò)C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握變量、控制流程語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握程序模塊化編程的編程思想，具備利用計(jì)算機(jī)的思維方式分析問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)和算法描述的能力、利用基本算法解決問(wèn)題的能力，具備工程設(shè)計(jì)和工程的調(diào)試分析能力，達(dá)到利用計(jì)算機(jī)求解復(fù)雜科學(xué)問(wèn)題的計(jì)算思維能力。

（二）C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的教學(xué)現(xiàn)狀

（1）C語(yǔ)言教學(xué)中，學(xué)生剛從高中升入大學(xué)，已有的學(xué)習(xí)模式與計(jì)算機(jī)思維的學(xué)習(xí)模式具有不一致性，記憶性的知識(shí)能夠?qū)W習(xí)，但抽象思維和邏輯思維能力比較弱，即計(jì)算思維能力較差，導(dǎo)致對(duì)問(wèn)題的分析不透徹，編寫程序時(shí)不知道如何設(shè)置變量;不知道如何設(shè)計(jì)程序的結(jié)構(gòu);不知道什么時(shí)候定義函數(shù)、如何定義函數(shù);不知道函數(shù)的寫法和調(diào)用方式;不知道數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)、算法如何實(shí)現(xiàn)。學(xué)生缺乏這方面的引導(dǎo)和大量訓(xùn)練。

（2）語(yǔ)法規(guī)則是記憶性的知識(shí)點(diǎn)，但許多教師在教學(xué)過(guò)程中會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間和精力講述，由于課時(shí)有限，當(dāng)課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生只是機(jī)械性地記住了這些知識(shí)點(diǎn)的規(guī)則，但不能真正掌握和理解如何運(yùn)用這些法規(guī)則，不能利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題。高校教育沒能夠完成大學(xué)生與社會(huì)的接軌。大學(xué)的教育要擺脫以傳授知識(shí)為主，應(yīng)主要培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)自學(xué)能力、抽象思維能力、理解應(yīng)用能力和實(shí)踐操作能力。

（3）傳統(tǒng)教學(xué)導(dǎo)致教學(xué)時(shí)間有限，無(wú)法保證有效的過(guò)程監(jiān)督機(jī)制。課前學(xué)習(xí)和課后總結(jié)測(cè)試是保證學(xué)習(xí)效果的重要途徑，在實(shí)際教學(xué)中，主要依靠學(xué)生自覺完成，教師不了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果。另外，高校在程序設(shè)計(jì)類課程中，缺乏資金投入，往往采用大班上課，評(píng)閱作業(yè)存在有效性和滯后性等問(wèn)題，而作業(yè)是教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況的重要途徑，導(dǎo)致教師不能全面掌握學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)效果，不能及時(shí)解決學(xué)生問(wèn)題。問(wèn)題積少成多，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣受到挫敗。教師也無(wú)法通過(guò)有效的作業(yè)反饋調(diào)整上課內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法。

（4）英文語(yǔ)言基礎(chǔ)薄弱，遇到計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的初學(xué)狀態(tài)導(dǎo)致學(xué)生看不懂錯(cuò)誤、理解不了錯(cuò)誤，并缺乏分析程序、跟蹤程序的能力，不會(huì)解決編譯時(shí)碰到的語(yǔ)法錯(cuò)，更不能解決邏輯錯(cuò)誤。這與教學(xué)的時(shí)間投入、教學(xué)的方法，以及學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏密切相關(guān)。學(xué)生需要提高閱讀程序的能力和調(diào)試程序的能力。

（5）C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用性、實(shí)踐性和現(xiàn)實(shí)性很強(qiáng)的課程，而課程教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)新性內(nèi)容深度不夠，過(guò)多關(guān)注程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言本身的訓(xùn)練和數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單呈現(xiàn)，而忽視了整體性與綜合創(chuàng)新性思維培養(yǎng)。創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的總體規(guī)劃、內(nèi)容設(shè)計(jì)等方面不合理，實(shí)踐教學(xué)效果差。

二、C程序設(shè)計(jì)的教學(xué)組織方法

（一）計(jì)算思維構(gòu)建C程序設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)

計(jì)算思維是指以抽象化與自動(dòng)化為特征的一種思維。學(xué)生之所以不會(huì)寫程序，不知道怎么寫程序就是這種抽象化和自動(dòng)化能力不足的體現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算思維能給運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將增強(qiáng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的能力。抽象指的是對(duì)求解問(wèn)題的一種描述，是對(duì)問(wèn)題的表達(dá)和推演。在C語(yǔ)言中，把實(shí)際問(wèn)題抽象成與其相應(yīng)的形式化數(shù)學(xué)模型，然后構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定算法，最后編寫程序求解問(wèn)題。具體而言，抽象就是用變量、函數(shù)、數(shù)組等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法對(duì)需要解決的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行概括描述，抽象的過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)實(shí)際問(wèn)題確立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程。

自動(dòng)化就C語(yǔ)言而言，則是利用C語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則編寫語(yǔ)句，按照順序自動(dòng)執(zhí)行語(yǔ)句并進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。運(yùn)用該框架，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、設(shè)計(jì)算法策略和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)問(wèn)題工程，學(xué)生通過(guò)不斷的計(jì)算思維訓(xùn)練和編程實(shí)踐，將有助于培養(yǎng)分析設(shè)計(jì)能力和工程設(shè)計(jì)能力，從而解決復(fù)雜工程問(wèn)題，達(dá)到新工科人才培養(yǎng)的目的。但是C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是面向大一新生的課程，理解抽象和自動(dòng)化培養(yǎng)計(jì)算思維是比較困難的。需要在教學(xué)案例中針對(duì)實(shí)際的問(wèn)題反復(fù)采用計(jì)算思維方式來(lái)分析問(wèn)題，逐步培養(yǎng)使用C語(yǔ)言描述實(shí)際系統(tǒng)的思維。當(dāng)這一映射過(guò)程達(dá)到熟能生巧的地步，學(xué)生就學(xué)會(huì)了如何定義變量，如何選擇邏輯結(jié)構(gòu)，如何合理組織算法，如何編程實(shí)現(xiàn)客觀世界到邏輯世界的映射。

在教學(xué)中貫穿計(jì)算思維能力訓(xùn)練，特別是在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)展現(xiàn)科學(xué)分析問(wèn)題過(guò)程，完成數(shù)學(xué)抽象，分析如何將數(shù)學(xué)模型映射為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和符合邏輯的算法設(shè)計(jì)，展示編程與調(diào)試，以及生成可執(zhí)行的程序的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算思維的詮釋。這將保證學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、分析設(shè)計(jì)能力、工程設(shè)計(jì)能力的達(dá)成度。

（二）基于MOOC完成自構(gòu)建的過(guò)程監(jiān)督體系

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡在教師指導(dǎo)下的、以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力以適應(yīng)新工科人才的需要。MOOC平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)的有效平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)，突出學(xué)習(xí)者的認(rèn)知主體地位，體現(xiàn)教師的指導(dǎo)、幫助和促進(jìn)作用，教師是整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的組織者、幫助者和促進(jìn)者，實(shí)現(xiàn)從傳授者和灌輸者的轉(zhuǎn)變。

在該平臺(tái)中，教師將C程序設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)語(yǔ)法知識(shí)的相關(guān)內(nèi)容發(fā)布到平臺(tái)中，學(xué)生根據(jù)教師指令，以及自身情況提前在平臺(tái)中有選擇的完成相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的自主學(xué)習(xí)，在課堂教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況針對(duì)特定問(wèn)題進(jìn)行講解，節(jié)省了大量的課堂時(shí)間，教師可充分利用剩下的時(shí)間探討實(shí)際問(wèn)題的解決方案，將有充分的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算思維、工程分析設(shè)計(jì)、工程規(guī)范、程序分析與調(diào)試方面的訓(xùn)練。

同時(shí)，平臺(tái)具有記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)痕跡的功能，將學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)程度等相關(guān)信息以統(tǒng)計(jì)的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，教師能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速反饋和分層指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)督的有效性。同時(shí)將學(xué)習(xí)過(guò)程納入考試成績(jī)，可有助于提升學(xué)生對(duì)過(guò)程學(xué)習(xí)的重視程度，保證學(xué)習(xí)效果，排除期末臨時(shí)死記硬背應(yīng)付考試的情況。

（三）層層遞進(jìn)實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化的工程設(shè)計(jì)能力

學(xué)生在構(gòu)建C語(yǔ)言知識(shí)體系時(shí)，可通過(guò)MOOC線上平臺(tái)完成基礎(chǔ)知識(shí)體系的構(gòu)建，形成C語(yǔ)言的關(guān)鍵字、規(guī)則、規(guī)范的識(shí)記。在線下，在課堂活動(dòng)中，通過(guò)計(jì)算思維訓(xùn)練形成分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題的求解，在求解過(guò)程中，教師融入工程設(shè)計(jì)的一些理念、框架培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力。

通過(guò)以上兩步基本完成學(xué)生自我能力和工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，除此之外，還需培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中，需要構(gòu)造合適的教學(xué)案例實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化，通過(guò)層層深入完成高階思維的建立。高階思維的建立過(guò)程實(shí)際上是各部分知識(shí)的由點(diǎn)、線、面、網(wǎng)的組合過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題求解的簡(jiǎn)單到復(fù)雜的，實(shí)現(xiàn)解決方案的精益求精。

程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)從模仿開始，但在知識(shí)學(xué)習(xí)的積累過(guò)程中，要逐漸培養(yǎng)自己的思維邏輯，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生拓展思路，積極探索，采用不同方式實(shí)現(xiàn)一題多解，尋求更健壯、更容易維護(hù)的算法。實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化到高階思維的轉(zhuǎn)變。

三、程序設(shè)計(jì)實(shí)踐探討

針對(duì)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，實(shí)踐是提升分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的唯一途徑。只有在實(shí)踐過(guò)程中才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，才能找出自身的不足。

對(duì)于實(shí)踐的考核，一直以來(lái)是一個(gè)比較困難的問(wèn)題，實(shí)踐過(guò)程存在抄襲的問(wèn)題，如何判斷是否抄襲，如何阻止這一現(xiàn)象發(fā)生的最好方式就是實(shí)施過(guò)程監(jiān)督，過(guò)程監(jiān)督的載體就是實(shí)踐筆記，筆記中記錄實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，以及解決這類問(wèn)題的方法，對(duì)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行歸納和總結(jié)，并進(jìn)行反思。每個(gè)學(xué)生遇到的問(wèn)題和解決方案是不一樣的，容易發(fā)現(xiàn)抄襲的學(xué)生。同時(shí)，實(shí)踐過(guò)程中形成的讀書筆記，將是一份寶貴的財(cái)富，歸納總結(jié)將加速學(xué)習(xí)的進(jìn)步與提高。

四、結(jié)論

為滿足人工智能引導(dǎo)下的“新工科”人才培養(yǎng)需求，將計(jì)算思維融入課程教學(xué)中，可使學(xué)生發(fā)散、模糊、混亂的程序設(shè)計(jì)思維清晰化、規(guī)范化;通過(guò)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、建立程序設(shè)計(jì)編程思想和編程規(guī)范和框架;并基于工程思想解決實(shí)際問(wèn)題。并結(jié)合MOOC平臺(tái)提高學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能力，并為教師提供了更為充分的時(shí)間開展計(jì)算思維和內(nèi)化教學(xué)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的分析設(shè)計(jì)能力和工程能力。

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