计算思维为下的C语言程序设计教学

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摘要：分析计算思维对大学生的培养非常重要。本文提出C语言程序设计课程加强计算思维的训练，比单纯讲授知识更重要，将计算思维方法在课程教学中加以运用，可以提高学生综合分析问题和解决问题的能力。

关键词:C语言程序设计；计算思维；教学研究

1引言

C语言程序设计课程是大学计算机专业的入门课程。教学过程中存在一些问题，如部分学生认为难度很大、学习不感兴趣等。为更好地了解实际情况，针对大一新生做了问卷调查，结果如表1所示。表1显示，新生中有接近一半在高中阶段选择文理兼修。他们的思维与纯理科生存在一些差异。另外，在学习C语言的过程中，学生的主要问题是如何能通过编写程序解决实际问题。因此，在进行C语言授课时，老师应该更注重计算思维的训练。这比单纯的讲授相关知识更加重要[1]。如何把重点知识与计算思维相结合并进行融会贯通，是值得思考的问题。

2计算机思维

计算思维主要有算法思维和程序思维两大分支。最初计算机采用“计算”这一概念时，就出现过“计算思维”这一常用名词，也被称为“算法思维”，是将问题转换为从输入到输出的转换过程。此时，计算机作为工具更多应应用在数值计算中[2]。周以真教授提出计算思维(ComputationalThinking)是指运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，其本质是抽象和自动化[3]。很多专家学者认为，计算思维是人类应具备的第三种思维。第一种思维是实验思维：通过实验来观察结果，发现、推断与总结。这种思维强调观察与归纳。第二种思维是理论思维:通过假设、预设来推导出定义、性质、定理并且通过各种方法来证明其正确与错误。这种思维强调推理和演绎。而计算思维强调的是设计与构造。它关注的是人类思维中有关可行性、可构造性和可评价性的部分。在当前环境下，理论与实验手段面临着大规模数据的处理，不可避免地要应用计算手段来辅助[4]。人类的思维方式与机器不同。人在解决某个问题时，一般会寻找某种公式来快速解决。人类求解的方式，希望有较小的计算量，只需要根据数学公式或经验，就能找到相应的答案。但是计算机需要按照指令完成相关工作。人类要根据计算机的特点，遵循计算思维，设计一定的算法来进行求解，这就要求按照计算思维的特点来进行设计。例如求解12和18的最大公约数的问题。人类往往能根据经验，一眼就判断出答案是6。而计算机却没有这个能力，需要设计一些算法来解决。第1种方法是枚举法。这种方法的求解过程，规则可能很简单，只要把满足条件的结果都列举出来，逐个测试，但是计算量很大，需要循环多次。求最大公约数的步骤为：（1）设变量i为1；（2）如果a和b都能被i整除，则记下这个i；（3）i加1，重复第2步，直到i等于a或b；（4）记下最大可以整除的a和b的i，就是最大公约数。第2种方法是辗转相除法。这种算法效率较高，但是对于人们来说不易理解。其步骤如下：（1）如果b等于0，计算结束，a是最大公约数；（2）否则，计算a除以b的余数，让a等于b，b等于那个余数；（3）回到第1步。通过上述比较可以看出，学习程序设计类课程，掌握计算思维，遵循计算机思考的方式来解决问题，是一种非常重要的能力。

3基于计算思维的教学

将计算思维能力的培养贯通在C语言教学中，有目的地培养学生应用计算思维解决平时学习遇到的问题，以达到提高学生解决实际问题的能力。（1）将语法融入问题的求解中。从实际应用案例中抽取教学要素。从算法的维度，将迭代、枚举、递归、分治、排序等算法融入实际问题的求解过程，让学生在潜移默化中提高计算思维能力[5]。例如，可以利用韩信点兵的案例，融入的知识点包括逻辑运算符和break的使用，同时将枚举法的算法思想引入教学中。这样可以让学生在学习新知识的同时训练计算思维。如何将一个具体的问题进行抽象是解决问题的关键。韩信命令士兵5人一排，结果多出3人。命令士兵7人一排，结果多出6人。命令士兵11人一排，结果多出4人。提出韩信的兵人数满足什么条件？在计算机中如何表达出人数的条件？引出逻辑运算符，于是韩信点兵的人数使用C语言写出表达式为i%5==3&&i%7==6&&i%11==4。然后引导学生学会思考如何应用计算机C语言来解决这个问题。提出利用计算机运行速度快的特点，发挥它的优势，让它来逐个检验。检验的范围在500----1000之间，使用循环语句可以解决这个问题，进而引出枚举法的思想。枚举法是计算机解决问题很擅长的方法。利用运算速度快、精确度高的特点，能对解决问题的所有可能情况一个不漏地进行检验。枚举法应用广泛，学生掌握这种方法，可以举一反三，求素数、闰年等很多情况下可以都使用。这种思想对计算思维的理解，对以后的学习和工作都有很好的帮助。（2）采用图示化方法。将复杂的思维来进行描述，可以让学生对所接受的问题一目了然。对于复杂的问题，可以先通过规模较小的问题求解。（3）通过OJ平台在线训练学生的编程能力。通过不断做题，强化学生的实际动手能力，挑选经典的问题，用经典的算法进行求解，培养学生的计算思维能力。

4总结

在C语言程序设计教学中，将计算思维的培养作为教学的重要指导思想来促进授课方式的改革，势在必行。在教学中发现，学生使用计算思维来求解遇到的问题有助于能力的提高，有助于培养大学生的创新能力。当学生具备一定的计算思维能力后，需要举一反三地解决所遇到的问题，将所学知识融会贯通，以达到事半功倍的效果。

参考文献

[1]赵美利,牛晓峰.师范类计算机课程体系与计算思维的培养.贵阳学院学报(自然科学版),2016,11(01):78-80

[2]王梅娟,李辉,韩敬利,郑长友,蒋园园.基于计算思维的大学计算机基础课程改革研究与实践.计算机教育,2020(03):59-63

[5]揭安全.高级语言程序设计—基于计算思维能力培养.北京:北京邮电出版社,2015

作者：胡华 王莹 单位：枣庄学院信息科学与工程学院