Java程序設(shè)計(jì)課程中計(jì)算思維的培養(yǎng)

茅 穎

(江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江蘇 南通 226000)

1 計(jì)算思維

2006年3月，在美國(guó)的計(jì)算機(jī)科學(xué)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》上，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University，CMU)的計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真(Jeannette Wing)教授首次系統(tǒng)地提出了計(jì)算思維(Computational Thinking)的概念。周以真教授提出：計(jì)算思維是采用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念來(lái)解決問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及理解人類(lèi)行為等的一系列思維方式。正如每一個(gè)人都有閱讀、寫(xiě)作和計(jì)數(shù)(Reading、Writing、 Arithmetic，3R)的能力一樣，計(jì)算思維是人類(lèi)必須具備的思維能力。在此基礎(chǔ)上，南安普頓大學(xué)(University of Southampton)的Cynthia Selby博士和John Woollard博士提出計(jì)算思維的五個(gè)核心概念分別為：算法思維、評(píng)估、分解、抽象和歸納。

2010 年在西安交通大學(xué)舉辦的首屆“九校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)(C9)”的會(huì)后聲明中提出：高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育階段的首要任務(wù)是培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維能力，而計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中包含了大量解決問(wèn)題的算法及思維模式。2012年，首屆“計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革”研討會(huì)在西安成功召開(kāi)，陳國(guó)良院士正式提出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力為切入點(diǎn)。計(jì)算思維已引起全世界計(jì)算機(jī)科學(xué)家和教育工作者的積極關(guān)注，為培養(yǎng)新時(shí)代的創(chuàng)新人才，教育必須擺脫傳統(tǒng)教學(xué)在思想和方法上的束縛，激發(fā)學(xué)生以新的方式來(lái)思考。

2 Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 Java課程內(nèi)容多課時(shí)少

Java程序設(shè)計(jì)課程要求學(xué)生了解Java語(yǔ)言特征、常見(jiàn)的Java類(lèi)庫(kù)以及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想；掌握計(jì)算機(jī)程序的結(jié)構(gòu)；掌握程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程；掌握常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及Java編程語(yǔ)言的語(yǔ)法；學(xué)會(huì)利用Java語(yǔ)言編寫(xiě)面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的簡(jiǎn)單程序等內(nèi)容。本校的Java程序設(shè)計(jì)課程目前總學(xué)分為4學(xué)分，一學(xué)期只有64個(gè)課時(shí)，從培養(yǎng)完善的計(jì)算機(jī)人才的角度出發(fā)，教師希望學(xué)生能夠在課堂中學(xué)到更多的知識(shí)，掌握更多的技能，因此64個(gè)課時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，教師如何有效的分配課時(shí)，既能幫助學(xué)生完成更多知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，又能為學(xué)生留出足夠的時(shí)間進(jìn)行知識(shí)的內(nèi)化，并提高學(xué)生的實(shí)踐編程能力，是教師在教學(xué)實(shí)施中的一大難題。

2.2 學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊

Java程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，本校計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)文理兼收，文科生對(duì)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的接受能力相對(duì)較差，同時(shí)由于各地區(qū)教育發(fā)展的不平衡，有些學(xué)生在初高中就已經(jīng)接觸過(guò)程序設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，而有些學(xué)生僅僅接受過(guò)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作的相關(guān)教育。學(xué)生計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)參差不齊，有部分學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中很難跟上教學(xué)進(jìn)度，使得這些學(xué)生心態(tài)上產(chǎn)生消極畏難的心理，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的兩極分化現(xiàn)象，這就需要教師在教學(xué)過(guò)程中能夠設(shè)計(jì)有效的教學(xué)策略，因材施教，提高學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的興趣與信心，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2.3 教學(xué)方法單一

Java程序設(shè)計(jì)課程內(nèi)容多課時(shí)少，教師為了按時(shí)完成教學(xué)任務(wù)，不得不增加理論講授的時(shí)間，壓縮實(shí)踐課時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中較多的使用講解教學(xué)法與講演教學(xué)法，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中缺少實(shí)踐操作的時(shí)間，程序設(shè)計(jì)與編碼的能力難以得到提高。同時(shí)，在Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過(guò)程中，教師很容易陷入語(yǔ)言表達(dá)形式的誤區(qū)，尤其是在大多數(shù)考試內(nèi)容中偏重對(duì)語(yǔ)法的考核而不是對(duì)編程能力的考核。部分教師在教學(xué)過(guò)程中存在重編碼，輕算法的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中將基本語(yǔ)法視為重點(diǎn)，以程序正常運(yùn)行不報(bào)錯(cuò)為目的，不重視總結(jié)問(wèn)題求解的過(guò)程，忽略了思維方式的鍛煉。

3 Java程序設(shè)計(jì)課程中計(jì)算思維的培養(yǎng)

3.1 提高知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)程度，培養(yǎng)學(xué)生概括性思維能力

Java程序設(shè)計(jì)課程中知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)程度比較差，缺乏整體性與關(guān)聯(lián)性，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏連貫性，使得學(xué)生程序設(shè)計(jì)思路無(wú)法得到有效的拓展。教學(xué)案例的設(shè)計(jì)及講解缺乏整體性和連貫性，使得學(xué)生無(wú)法把自己掌握的知識(shí)進(jìn)行整合內(nèi)化，同時(shí)在程序設(shè)計(jì)與編碼的過(guò)程中更是無(wú)法通過(guò)自身能力解決不斷出現(xiàn)的各種主觀或客觀問(wèn)題。因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要提高知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)程度。

3.2 利用算法為主線教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生算法思維能力

算法在人們的日常學(xué)習(xí)或生活中總會(huì)被使用，是對(duì)解題方案的準(zhǔn)確而完整的描述，是一系列解決問(wèn)題的清晰指令，代表著用系統(tǒng)的方法描述解決問(wèn)題的策略機(jī)制。教學(xué)過(guò)程以算法為主線，在算法的講解過(guò)程中增加Java知識(shí)點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的算法思維能力，增強(qiáng)學(xué)生利用算法綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

例如，在教學(xué)設(shè)計(jì)中利用解決排序問(wèn)題中的二分查找算法，同時(shí)結(jié)合遞歸算法來(lái)講解選擇結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)。二分查找算法的遞歸實(shí)現(xiàn)主要利用的是選擇結(jié)構(gòu)語(yǔ)句，二分查找算法的非遞歸實(shí)現(xiàn)則是利用選擇結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。還可以利用排序問(wèn)題中的冒泡排序算法來(lái)講解數(shù)組的聲明、定義與遍歷等內(nèi)容。

這種利用算法為主線的教學(xué)方式，將Java程序設(shè)計(jì)課程中的基本知識(shí)點(diǎn)與算法相結(jié)合，在有效幫助學(xué)生掌握J(rèn)ava基本知識(shí)的同時(shí)，既能有效培養(yǎng)高職學(xué)生的算法思維能力，又能提高高職學(xué)生利用算法思維分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

3.3 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

通過(guò)構(gòu)建Java程序設(shè)計(jì)課程的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，使學(xué)生可以充分利用課后的閑暇時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而彌補(bǔ)學(xué)生課上學(xué)習(xí)跟不上的問(wèn)題，并能夠有效協(xié)調(diào)教育資源的不均衡。Java程序設(shè)計(jì)課程的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中包含微課、視頻、PPT、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)等大量學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題與困難可以通過(guò)這些學(xué)習(xí)資料來(lái)解決，能夠加強(qiáng)學(xué)生記憶，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。同時(shí)學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)在課后進(jìn)行程序編碼的實(shí)踐練習(xí)，遇到問(wèn)題可以在線與教師實(shí)時(shí)提問(wèn)解答，使學(xué)生通過(guò)課后的編程實(shí)踐能夠確實(shí)感受和領(lǐng)悟計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解的基本方法與思維模式。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的構(gòu)建與使用，改變了學(xué)生以課堂學(xué)習(xí)為主的學(xué)習(xí)模式，激發(fā)了學(xué)生對(duì)Java程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了計(jì)算機(jī)類(lèi)高職學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算思維能力的提高是一個(gè)長(zhǎng)期培養(yǎng)的過(guò)程，Java程序設(shè)計(jì)課程不僅僅是要讓學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本語(yǔ)法知識(shí)，還要通過(guò)編程能力的培養(yǎng)使學(xué)生學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，從而為社會(huì)培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的計(jì)算機(jī)類(lèi)技術(shù)技能型人才。