摘要：以程序设计课程的实验教学为平台，从实验内容设置和实验教学方式两方面阐述如何将程序设计实验教学与计算思维培养有效结合，使学生在提高程序设计能力的同时，具备以计算思维进行分析与解决问题的能力。

　　关键词：程序设计；计算思维；实验教学

　　0 引言

　　程序设计基础课程是计算机基础教学的核心课程，是非计算机专业学生开设的必修课。课程主要讲授程序设计的基础知识和方法，使学生能够使用c语言编写和调试程序，掌握程序设计的基本思想，为今后利用计算机解决自身专业领域的问题打下基础，培养学生将计算机当做一种工具，甚而当做一种思维方式去分析和解决问题，最终形成计算思维。

　　程序设计基础课程作为程序设计第一门课，对大部分学生而言有一定难度，学生们对知识似懂非懂，尤其很难理解程序设计的思维方式，而要掌握良好的程序设计方法则更加困难。该课程是实践性很强的课程，包括理论教学和上机实验两部分，其中实验环节占有非常重要的地位，没有实验教学的质量，也就无法保证教学质量。因此，加强实验环节在教学中的作用和地位，构建促进计算思维培养的实验体系，引导学生通过实验训练提高应用能力和拓展计算思维，是当前的重要任务。

　　如何组织程序设计基础课程的实验教学，从而通过切实可行的实验训练来提高学生的程序设计和计算思维能力；如何建设实验资源的平台，从而使其有利于学生的自主学习及优质资源的共享，实现将培养计算思维真正贯穿于学生的学习之中？针对这些亟待解决的任务，所采取的改革措施和成果可作进一步的推广，使得所有程序设计系列课程的实验教学都能有较大的提升。

　　1 国内外研究现状分析

　　2006年，美国卡内基·梅隆大学周以真教授首次提出计算思维的概念并给出定义：计算思维是运用计算机科学的基础概念来求解问题、设计系统以及理解人类行为的一系列思维活动…。2008年10月发布的《中国高校计算机基础教育课程体系2008》，要求当代大学生应当具备的计算机应用能力包括：操作使用、应用开发以及研究创新。培养学生的计算思维成为当前计算机教育重点研究的一项课题。目前大部分高校中，计算机操作使用能力主要体现在基础课程上，而后两种能力主要体现在程序设计课程上。特别是对程序设计课程，其学习目标确定为：首先，掌握一定算法，学习分析和求解问题的思路及方法；其次，理解算法的实现过程，学习如何有效利用计算机编写程序。该课程的重点是掌握问题求解的思路即算法，培养学生的计算思维能力，而不只是简单的编写程序。

　　2010年陈国良院士在“第六届大学计算机课程报告论坛”中指出：人类科学发展的三大支柱：理论科学、实验科学和计算科学，分别对应理论思维、实验思维和计算思维三种思维方式。陈国良院士同时强调，开设计算机基础课程的重要目标是培养计算思维能力。2011年举办的第七届全国高校计算机教育改革与发展论坛中，与会专家一致认为，计算机专业课程应尽快引入计算思维。近年来，国内外不少专家学者在这一方面做出了积极探索，美国卡内基·梅隆大学、斯坦福大学、麻省理工大学、普渡大学等众多名校纷纷开设面向全校的以“计算思维”为指导的计算机通识课程，并取得显著成果。上海交通大学姚天昉提出把“计算思维”引入程序设计课程，对课程讲授和实验环节进行全方面的改革。四川大学陈杰华等尝试利用计算思维对程序设计的实验教学进行改革。于晓强等人从教学方法和教学手段两方面人手，探讨了怎样在程序设计课中培养学生的计算思维能力。这些研究和探索是对计算思维的具体化，丰富了计算思维的内容。但是，这些探索并没有对非计算机专业的程序设计给予足够的关注，如何在实验中引入计算思维，目前还没有比较好的具体操作方法和实验体系。我们提出的课题“促进计算思维的程序设计实验教学研究”，主要围绕实验教学、实验资源建设、拓展思维和技能训练等方面展开工作，积极支撑学校非计算机专业学生程序设计能力的培养和提高。

　　2 研究目标和研究内容

　　程序设计基础课程的实践性很强，让学生循规蹈矩地上机调试程序，不是实验教学的最终目标。实验教学的目标是要培养学生分析问题和求解能力，培养其计算思维和创新思维能力，而不只是简单地让他们去验证程序的实现。这包括掌握c语言及其运行环境；具备一定编程和调试程序的能力；掌握一定算法，不仅会用现有的算法，还能自行设计相应算法。

　　因此，改革程序设计基础课程的实验教学模式，让学生能在实验环节中更好地巩固知识、拓展计算思维；同时利用学校课程中心提供实验电子资源和交互平台，为学生自主学习、交流提供资源和帮助。

　　2.1 完善实验教学内容

　　实验内容的设置要能培养学生的计算思维能力。教师应当不断创新学习，设置适合学生兴趣特点和知识架构的实验内容，而完善的实验内容能为他们提供更多的思考空间，利于计算思维、创新思维的培养。

　　以前的实验内容往往缺乏趣味性和应用性，导致学生兴趣不浓，所以，要增强实验内容的趣味性、综合性和应用性。从趣味性来讲，可以选择如万年历的计算、排序、“兔子生兔子”、密码3次有效输入等实验进行计算思维训练。通过这些充满乐趣的问题，促使学生积极主动地思考、轻松愉快地学习。从综合性来讲，可以将某个综合题目作为长期任务，按其功能模块分成一个个短期任务。每章学过之后要求完成一项或几项对应的短期任务。例如，介绍选择语句后，让学生完成“怎样实现图书管理系统的密码验证”；介绍循环语句后，让学生完成“怎样实现系统的菜单”；介绍文件后，让学生完成“怎样访问书本信息”。这些任务是相互关联的，从而使学生的任务形成一定的连贯性，在整个实验中始终都有一个总任务驱动。通过每个小实验最终完成综合任务的方式，更能激发学生的学习兴趣，使学生了解在实际系统中怎样应用知识点，加深知识点的理解，提高分析与解决问题的能力。从应用性来讲，可以选择一些和学生专业相关的问题，例如，所得税计算适合会计等文科专业的学生，而不定方程求解更适合数学等理科专业学生。当指定一个应用环境后，学生会明白这种程序是有实际用途的，提高了学习兴趣，更乐于思考，有利于计算思维的培养。

　　2.2 通过算法多样化训练计算思维

　　程序设计实验教学不单是提高学生的操作能力，更要利用算法的多样性来训练计算思维能力。由于学生知识结构和认知方式有所不同，思考问题的角度也不同，势必会导致算法的多样性。而教师应尊重个体之间的差异，鼓励学生以不同角度来思考问题，以不同算法来求解问题，培养学生的计算思维、创新意识。譬如，对于排序问题，可以采用多种算法实现，如冒泡、选择、快速等，鼓励学生编写各种程序来实现，或者改写别人编写的算法，对多种排序方式进行比较分析，激发学生的思维活动，培养学生计算思维的多样性。当然，教师不能只提倡算法的多样性，更应积极引导学生对多种算法进行比较和研究，达到简化及优化算法的目的。

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