基于计算思维培养《软件设计基础》教学模式研究

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摘要：该文针对《软件设计基础》课程教学特点，基于培养学生计算思维的目标，提出项目驱动式教学模式和评价方式改革的具体措施，即对如何在程序设计课程中培养和强化训练学生计算思维进行了阐述，以提高学生计算机应用能力、研究创新能力以及计算思维和计算能力。

关键词：计算思维；项目驱动；教学模式；改革

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）16-3799-03

1 概述

当前，计算思维的培养已经成为国内外计算机教育界关注的焦点[1-2]。许多计算机教育者已经实施了在教学过程推进计算思维能力的培养。如，何明昕在2008年全国“计算思维与计算机导论”专题学术研讨会上指出：作为最重要的计算思维原则之一，关注点分离是计算科学和软件工程在长期实践中确立的一项方法论原则[3]。廖伟志介绍了计算思维中的模型、递归和模块化等概念在离散数学课堂教学中的应用，并指出“教学实践表明此举能够激发学生的学习兴趣，有助于教学质量的提高”[4]。李芳针对《图像处理》课程教学中存在的问题，结合计算思维对课程进行了改革，并取得良好教学效果[5]。2010年7月，中国高等学校计算机基础课教学指导委员会在西安会议上发表了《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程教学改革[6-7]。

程序设计课程是大学计算机基础课程的重要分支，也是许多高校非计算机专业进行计算机基础教育的重要课程之一。陈杰华在其文章中指出“程序设计课程学习的重点不只是编写程序，而是算法思想与问题求解的思路。就是要培养学生使用计算机编程，并最终形成计算思维”[8]。

本校面向非计算机专业学生所开设的《软件设计基础》课程是以Visual Basic、C++、C#、Visual 等语言为载体，以讲解程序设计的方法、项目开发方法、程序调试技巧和算法分析作为课程的核心内容，以培养学生的计算机应用技能、研究创新能力以及缜密的计算和逻辑思维为目标的程序设计课程。通过该课程的学习，学生不仅要掌握程序设计语言的知识，更重要的是在实践中逐步掌握程序设计的思想和方法，培养解决问题的思维习惯和能力。也就是说，培养和训练学生计算思维不仅是计算机基础教育的现实要求，更是《软件设计基础》的课程要求。

因此，该文提出了基于计算思维培养的项目驱动式《软件设计基础》教学模式的研究。针对教学内容和方法进行改革，以项目为驱动，进行问题引导，注重学生实训，重点培养学生计算思维，提高学生知识素养。强调如何在程序设计教学中培养学生的计算思维能力，并制定了促进计算思维培养的学生评价方式。

2 基于计算思维培养的项目驱动式教学模式

2.1 教学模式的理论基础

2.2 基于计算思维培养的课堂教学模式

课堂教学教师为主导，以项目为切入点，进行问题引导，达到思维训练的目的。在理论知识的讲授中“轻语法、重算法”，强调问题的求解过程，启发学生运用计算思维的方法解决问题，在学习过程中掌握知识点的同时逐渐形成自己的学习方法。

1）项目驱动，以项目群覆盖知识面

以计算思维项目案例为载体，引导学生通过项目设计开发的实际训练，掌握计算机程序设计的方法和技巧。教学中所有项目案例的总和要尽量覆盖预定教学目标的各个知识点，形成一个循序渐进、种类多样的项目群，构建一个完整的教学设计布局。

2）问题引导，以问题为线索展开教学

在项目设计训练过程中，教师以软件开发步骤为顺序，设置该项目程序设计所遇到的各种问题，并以这些问题为线索展开教学。问题引导包括三个层次，技术引导：完成某一功能要采用哪些技术；知识引导：实现这些技术需要哪些知识；应用引导：这些知识如何解决具体问题。

3）思维训练，以计算思维为导向组织教学

教学组织和实施过程以计算思维为导向，以思维训练为中心，引导学生利用计算思维的方法解决问题。教学方法由“学会”为“会学”、“难学”为“乐学”；课堂变成“师生讨论、思考、相互教授的研究场所”；课堂讲授由“传授知识的教学活动”变为“导致学习的交流活动”；在“讨论式教学”中教授学生学习的方法。

2.3 基于计算思维培养的实践教学模式

实践教学是培养学生能力的重要环节，体现学生所学知识和自身能力的统一，使学生在解决实际问题的过程中体验计算思维的方法，培养计算思维能力。实践教学主要包括实验训练、自主学习和课程设计三个环节。具体如下：

1）实验训练

程序设计最突出的特点就是实践性。要使学生掌握程序设计的方法，必须通过反复的项目训练来理解算法的逻辑性，进而掌握编程技巧。上机是进行实验训练的最直接最有效途径。在上机过程中，要体现以学生为主体，以项目的实际训练为主导，把学生推到项目活动中去。教师要提供一个经过精心设计的教学情境，引导学生在对问题的探讨中寻求项目的解决方案、思路和最终的解决办法，形成完整的计算思维模式，提高应用技能。

2）自主学习

“多练”是程序设计初学者对所学知识最好的巩固方法，只靠上课的时间是远远不够的，所以要求学生加强课外自主学习。自由上机是对课内知识的回顾和延伸，主要是进行验证性和模仿性程序设计算法的实践。首先进行项目的问题分析，给出解决方案；其次，写出实现代码，编译运行，观察并验证运行结果；然后，总结编程基本思路和方法，掌握基本语句的使用及程序的执行过程；最后，以“项目”为基础，尝试着写出类似的程序，经过举一反三的练习学习编程的方法和技巧，学会用程序设计思维方式分析和解决问题。

3）课程设计

受学时限制，课程结束时学生对程序设计的整体概念不强，缺乏完整的项目训练，增加课程设计环节可以解决这一问题。要求学生用规定的时间相对独立地完成一个实用程序开发的过程，这对于学生深化理解程序设计语言、提高综合运用所学知识解决实际问题的能力有着非常显著的作用。

课程设计的具体要求如下：

①每人独立完成一个题目。

②四星的题目可以两人合作，但必须分工明确，答辩时必须每个学生都答辩，教师随机问每个学生不同问题。

③独立编写并完成题目要求的程序，完成课程设计报告书，并在设计报告封面上为自己打分。

④在规定的时间内，上交打印版的课程设计报告，并提交报告的电子稿和编写的程序源代码到服务器上的指定位置。

⑤组织学生进行答辩，要求学生讲解设计思路，项目功能介绍，并演示所设计项目。答辩教师现场提问。

3 基于计算思维培养的综合评价模式

在“项目驱动式”程序设计教学方法中，除了对理论基础知识的基本要求外，更注重的应该是学生实际动手能力的培养，即真正进行独立项目开发的能力。基于计算思维能力的培养要求，必须打破传统侧重于考查学生是否掌握具体知识点的考核模式，建立体现学生计算思维方式和解决问题能力的新的考核模式。学生成绩由课程设计成绩和平时作业成绩来进行综合评定。完全根据学生选择题目的难易程度、答题的结果及创新程度，来考核学生是否具有运用计算思维中的方法和程序设计基本原理解决实际问题的能力。

综合评价按如下比例分配：

4 结论

程序设计是体现计算思维能力的一种方式。针对《软件设计基础》课程的需求，对其教学内容和教学方法进行研究和改进，提出了一种新的“基于计算思维培养的项目驱动式教学模式”，包括课堂教学模式、实践教学模式和综合评价模式。在整个教学模式中，以项目为驱动，教师进行问题引导，学生积极实践训练，在项目开发过程中体现计算思维能力的培养，进而激发学生积极能动性，提高学生分析问题和解决问题的实际能力。

参考文献：

[1] Jeannette putational Thinking[J].Comminications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[2] 董荣胜.计算思维与计算机导论[J].计算机科学，2009，36（4）：50-52.

[3] 何明昕.关注点分离在计算思维和软件工程中的方法论意义[J].计算机科学，2009，36（4）：60-63.

[4] 廖伟志，李文敬，王汝凉.计算思维在离散数学课堂教学中的应用[J].计算机科学，2008，35（11）.

[5] 李芳，李一媛，杨兵.计算思维在《图像处理》课程中的实践及应用[J].计算机科学，2008，35（11）.

[6] 冯博琴. 九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明，教育部高等学校教学指导委员会通讯，2010.10

[7] 陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础[J].中国大学教学，2011（1）：7-11.

[8] 陈杰华，程序设计课程中强化计算思维训练的实践探索[J].计算机教育，2009（20）：84-85.