在程序设计课程中引入“计算思维”的实践.doc

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1、在程序设计课程中引入“计算思维”的实践摘要：介绍了“计算思维”提出的背景，并针对国内高校讲解程序设计的教学方法，提出了把“计算思维”引入“程序设计思想与方法”课程，对课程内容、实践环节等进行了全方位改革与试验。通过与同行交流，取长补短，不断创新。关键词：计算思维；程序设计；课程内容；实践环节一、“计算思维”的背景介绍2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系周以真(jeannettem.wing)教授在美国计算机权威期刊communicationsoftheacm上提出了“计算思维”(computationalthinking)的概念和详

2、细定义。“计算思维”就是运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解。它吸取了问题求解所采用的一般数学思维方法、现实世界中复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。因此，它涵盖了包括计算机科学在内的一系列思维活动(但是计算思维本身却并不是计算机科学的专属)。需要指出的是：“计算思维”不是侠义的计算机编程，而是运用计算机基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。大学应以学生“计算思维”的培养为核心，使“计算思维”如同实证思维、逻辑思维一样，成为每个学生应该具备的基本科学

3、思维能力。学生在接受这种思维指导下的学习和训练后，可以学习计算机科学知识，也可以学习其他专业的知识。毕业后可以从事诸如医学、法律、商业、政治以及其他类型的科学和工程工作，甚至艺术工作。为了面向所有专业的大学新生开设一门被称为“怎样像计算机科学家一样思维”的课程，美国麻省理工大学、斯坦福大学、卡内基·梅隆大学、普渡大学等著名高校纷纷设置了面向全校的以问题求解为核心的“计算思维”通识课程。在以“计算思维”为指导的计算机基础教学方面取得了显著的成效。二、以“计算思维”为导向的程序设计课程的建设和实践针对国内高校讲解程序设计的教学方法，我们系提出了把“

4、计算思维”引入“程序设计思想与方法”课程的建议，并得到了学校和学院的理解和支持。在此基础上，我们提出了探索讲授一门真正重点是程序设计“思想”和“方法”的课程，而不拘泥于仅仅讲授一门程序设计语言及其应用的想法。也就是说，改革目前的程序设计课程思路，以“发现(接受)问题一分析问题一寻求多种解决方案一对各种解决方案比较选优一实现解决方案”的“问题求解驱动式程序设计”训练方法，尽可能逼近解决实际问题的模式。此外，从典型(基本)问题和综合(复杂)问题两个层面，揭示领域相关和领域无关各种问题的本质，并有针对性地讲授不同计算机制解决问题的方法。同时，我们也强

5、调可以用不同开发工具(环境)来解决问题。为了讲授课程，我们只选择了其中最合适的开发工具(环境)之一进行介绍和用于实践环节。比如python语言在美国作为各专业学生第一个教学程序设计语言得到了各专业学生的好评。除了课程内容讲授，实践环节也是非常重要的一环。可以采用个人回家作业、个人小作业和小组大作业相结合的组织方法，使学生利用课程所学的知识，既提高个人独立分析问题、解决问题的能力，又提高个人通过团队合作集体解决问题的能力。根据以上的思路，我们在学院国际化试点班进行了课程改革试验。其目标是：(1)在程序设计思想方面，使同学们通过这门课程的学习之后，

6、能够理解计算在解决科学问题中的作用，重视计算作为科学发现的基础工具，探索不同算法在效率和性能方面的影响，理解实用的基本程序设计原则，基本理解不同程序设计语言解决实际问题的可能性和基本理解计算的限制和不可解问题等。(2)在程序设计方法方面，培养学生能够分析和抽象问题，设计和实现针对科学问题的有效软件解决方案，有效地使用通过函数说明所描述的软件库，理解基本数据结构的使用和功能，完成有明确使用目标的程序并适当地可视化其结果，阅读和改写已存在的程序等。这门课程采用全英语的教学模式(包括课堂教学、讨论、实验报告和答辩等环节以及所有的教学材料和试卷)，其中

7、2／3的时间(34学时)用于课堂教学，1／3的时间(17学时)用于实践环节(具体的教学安排见下表)。在教学中，我们主要介绍了“计算思维”的基本概念，讲解了程序设计的基本思想和方法。包括：1　以python作为开发工具，通过授课和程序演示，使学生能更好地理解和运用“计算思维”求解问题的思想和方法，并能够编写一些简单的但可解决实际问题的程序，以提高学生应用“计算思维”方法求解问题的兴趣。2　在课堂教学中还引入讨论，使同学们能更好地理解将“计算思维”融入不同学科和领域问题求解中的重要性。3　让学生自行了解要解决问题的背景知识，寻找合适的工具和构件库，

8、培养学生自主学习的意识和独立实践的能力。4　通过若干个人回家作业和5个个人小作业的训练，培养学生运用所学知识独立分析和解决实际问题的能力，并在实践中不