摘要：以湖南大学c++程序设计教学为例，阐述将计算思维融入程序设计课程的具体实施方法：从理论教学到实践教学，从授课案例到日常评测。全方位引入计算思维的教学方式可以明显提升教学效果，有利于培养学生探究问题和求解问题能力。

　　关键词：计算思维；教学实施；程序设计；交叉评阅

　　0 引言

　　程序设计类课程，是工科专业的重要基础课程之一，是本科高年级和硕士阶段许多专业核心课的验证与研究工具，且对学生在计算机科学思维方式的培养，以及对未知问题的分析、对解决方案的探究与比较等多方面能力的训练都具有良好的促进作用。同时，作为专业基础课，程序设计课学得好不好、学得是否愉悦，对本科生的后续学习在心理上和学习习惯上均有不容小觑的影响。然而，程序设计课程在国内外的大学教育中均存在不少问题，例如，实践上机操作和理论授课之问如何相辅相成？如何根据学生特点尽可能地因材施教？如何引导学生合理利用网络上的学习资源和参考资料？诸如此类的问题绝非某些国家或某些学校在教学中面临的个别问题。

　　自2006年计算思维的概念首次明确地由周以真教授提出后，对计算机教育领域产生了重大的影响。像计算机科学家那样思考，让计算思维真正融入生活，接受了计算思维的学生可以运用计算机科学的思想和方法求解问题、设计系统和理解人类的行为。计算思维以求解问题的途径为主要诉求，涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。因此，计算思维的培养在现代大学教育中日益受到认可与重视，以培养计算思维为目的或融合计算思维的各种研究和课程改革在国内外的各阶段计算机教学中以多种形式展开。

　　虽然不能将计算思维狭隘地理解为计算机编程，但是程序设计的思维过程却与计算科学的思维方式及其吻合：接受问题→分析问题→寻求解决方案→比较解决方案→实现解决方案，只是这里的解决方案是借助高级程序语言来实现的。因此有意识地将“计算思维”融入程序设计课程的教学实施是确实可行的，也是必要的。笔者以湖南大学c++程序设计课程为例，列举了若干具体教学实施方法，并对相应问题进行了探讨。从教学效果看，显著提升了学生在程序设计方面的学习积极性，计算思维在潜移默化中被学生接受和应用，挖掘了学生的潜能，提高了学生的程序设计能力和分析解决问题的能力。

　　1 课程如何开始

　　一门程序设计课程如何开篇？传统上一般从语法入门开始。虽然语法是程序语言的基础，但目前国内高中计算机课程普及率较低，多数本科低年级学生难以理解和接受程序为什么要这样写？入门困难使得后续教学受到明显的负面影响。文献[4]提出“2%障碍”一说，即程序设计类的理论课堂上大略只有2%的学生能和教师的讲授内容产生同步共鸣。

　　C++之父Bjane Stroustrup指出：不需要在知道了C++的所有细节之后才能写出好的C++程序……请特别关注程序设计技术，而不是各种语言特征。我们选择在教学实际中学生最困惑而对c++语言而言最基本的概念解读作为课程开篇内容。

　　中国古语“人以群分，物以类聚”，按照类和对象的方式认识世界正是我们无意为之的认知方式。我们刻意弱化c++的语法细节，着重引导学生以类的概念认识和描述自己周遭的事物，以开放性的话题——“请描述自己的手机”作为第一节课的内容。以下是一个学生首次描述自己手机的实录：“我用的手机是一部国产的魅族MX2，购买于2013年初，内存16GB，表面是黑色，触屏，电容屏，分辨率较高，智能手机，可以打电话、上网、听歌、拍照、游戏、导航、发短信、闹钟……”

　　这样的描述在学生最开始的表述中具有代表性：条理比较杂乱，语言组织性欠缺。这正是缺乏计算思维训练，未知自己认识过程的“原生态”表述。只要做适当的引导，学生就能立即表现得很好。在前述描述的基础上，要求学生按照手机的外在属性和功能，以及“看得见的”和“看不见的”的分类重新组织内容，学生的描述演变为：

　　外在属性：品牌是魅族；颜色是黑色；外形是直板矩形；屏幕尺寸为4.4英寸，触屏；分辨率是1280×800像素……

　　功能：打电话、上网、发短信、闹钟、导航、游戏、手写输入、记事本……

　　“看得见的”包括：屏幕、power键、音量调节按钮、耳机孔、话筒孔、摄像头……

　　“看不见的”包括：天线、内存、电路、电池、无线传输带宽……

　　教师可以明显看到这一次的学生描述，虽然仍不尽完美，但基本上暗合了类与对象的属性和行为的概念。据此，教师逐步展开讲授c++中的属性和行为概念，渐渐地将对象与类及其类层次等基础概念进行对应讲解。以学生为主体、教师适当引导的反馈递进式学习过程如图l所示，其中步骤②可能会反复迭代进行多次。在最初的2-4个学时，让学生以相对轻松、自然的方式认识C++基础概念的精髓，让学生在心理上对这门课程有了一个很好的接受度，为本门课程之后的学习打下较好的基础，形成良性的心理优势。

　　这种课程开篇方式，正是计算思维对学生润物细无声的影响。概念化是计算思维的基本特征之一，其侧重抽象层次上的思维。抽象层次的认知不可能一蹴而就，课程最开始就引入抽象性的概念，其基础性正如程序设计的基石。为了让抽象的概念具体化，让学生从自己所熟悉的东西开始，契合了计算思维所具有的“是思想而非人造品”的特性，将日常生活的实例映射到c++的基本概念，学生解除了之前“程序设计课程就是学程序语言语法”的误解，开始思考“这门程序语言能解决我可能会遇到的什么问题呢？”相较于传统以语法开篇的授课，学生表现更为积极主动，且学生对程序语法的学习也会带着问题有备而来，后续教学效果提升明显。

　　2 从自然语言到程序语言

　　计算思维作为人类求解问题的途径之一，绝对不是让人如计算机那样思考，而是应用计算机的能力去解决各种需求产生的问题。我们将这个思路持续贯彻到教学的全过程。

　　在一定规则下使用自然语言描述问题，再引导学生将自然语言“翻译”成程序语言。例如，在类继承层次知识点的教学中，让学生按照某种既定的分类层次，描述一个两层以上的分类结构。这项半开放性的练习在“继承”一章的第一节理论授课后作为课堂练习来进行，由于刚刚讲授了继承的基本概念，且是任由学生随意选择符合逻辑的类层次例子，学生写起来驾轻就熟，表现力丰富。例如，图2所示是某位学生的类层次实例描述实录。

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