面向计算创造性思维能力培养的《C语言程序设计》课程教学改革

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　　摘  要：计算创造性思维作为一种新的思维方式和普及的技能，其训练养成是一个长期的逐步形成的过程。其有独特的教学目标和要求，与传统的课程教学模式截然不同，对现有传统的教育观念和方法提出了新的挑战。其教学质量也是显而易见的，效果显著。本文研究面向计算创造性思维能力培养的《C语言程序设计》课程教学改革，将计算思维和创造性思维结合起来，提出新的计算创造性思维。建设了计算创造性思维的任务驱动式、案例驱动式教学模型和基于计算创造性思维的网络在线自主学习模型，培养了学生用计算创造性思维解决相关领域问题的能力，提高了学生的学习兴趣，增强了学生的专业认同感，教学改革效果显著。
　　关键词：计算创造性思维;互联网+;主题网站;能力培养模式;教学改革
　　中图分类号：TP311.1     文献标识码：A
　　Abstract：As a new way of thinking and a popular skill，computational creative thinking is a long-term process of gradual formation.It has unique teaching objectives and requirements，which are quite different from the traditional teaching mode.It poses new challenges to the existing traditional educational concepts and methods.Its teaching quality is also obvious and the effect is remarkable.This paper studies the teaching reform of C Language Programming for the cultivation of creative thinking ability in computing.It combines computational thinking with creative thinking，and puts forward new creative thinking in computing.Task-driven，case-driven and online autonomous learning models based on computational creative thinking are constructed，which cultivate students' ability to solve problems in related fields with computational creative thinking，enhancing students' interest in learning and professional identity，leading to remarkable achievements in teaching reform.
　　Keywords：computational creative thinking;Internet +;theme website;ability training mode;teaching reform
　　1   引言（Introduction）
　　C语言程序设计课程是高校理工科各专业重要的基础课，也是大学生学习其他高级语言程序设计课程的入门课程，所以这门课程的学习效果好坏非常重要，直接影响学生学习其他高级语言程序设计课程，以及专业课程的学习效果[1]。调查发现，目前程序设计课程的首要任务是使学生掌握程序设计的基本方法，同时逐步形成正确的程序设计思维能力，即计算思维能力，然后用计算思维解决和处理实际生活中的问题，为后续课程的学习打下良好的基础。
　　在当前大数据时代，对于计算机专业学生来讲，仅仅拥有计算思维能力是远远不够的，还需要创造性思维能力。程序设计课程既要培养学生计算思维能力也要培养学生创造性思维能力，使二者结合，才能达到培养学生计算创造性思维能力的目标和要求。
　　计算创造性思维作为一种新的思维方式和普及的技能，其训练养成不是短期就能完成的、而是一个长期的逐步形成的过程，有独特的教学目标和要求，与传统的课程教学模式截然不同，对现有传统的教育观念和方法提出了新的挑战。如何将计算创造性思维的训练与程序设计课程的教学过程有机融合，将单纯机械的知识的传授转变为基于程序设计知识的思维方式传授，让学生通过程序设计课程教学体验到计算创造性思维的应用领域和价值，将對后续高级语言程序设计课程和其他专业课程的学习具有奠定启发作用。因此，加强对学生计算创造性思维能力的培养，开展基于计算创造性思维能力培养的程序设计课程教学改革与实践，对于提高学生的计算创造性思维能力、培养学生的学习兴趣、增强学生的专业认同感，以及改善课程的教学效果具有重要作用和现实意义。
　　2   C语言程序设计课程教学现状（Current situation of C language programming teaching）
　　非计算机专业学生虽然学习了C语言程序设计、Visual Foxpro、Visual Basic等程序设计课程，但很多学生在遇到问题需要处理时，仍还是利用传统的方法去解决问题，不能利用计算机作为一种便捷的工具进行思维、表达问题，也就是不能利用程序设计语言相关知识建立起程序设计的计算思维模式，不会用计算机意识去思考问题和建立对应算法模型，用计算机技术解决专业问题时也不具备创新性，而是在传统方式中故步自封，不能融入创造性思维方式。通过调查研究及程序设计课程教学现状来看，当前程序设计课程教学过程中主要存在如下一些问题： 　　（1）无意识的计算思维教学
　　传统的程序设计课程教学存在诸多弊端，主要表现为教师的教学方法不灵活，没有创新。教学内容照本宣科，基本上读ppt，讲解知识点，教学方法不新颖，知识点拘泥于本书，没有扩充到实际项目中的应用中来。教师只是满堂灌，学生只是被动地学习，学习没有兴趣，也没有创新，没有联系实际，学生看不到知识的应用领域，联系不到解决问题的项目中去，体会不到在项目应用中快乐学习的乐趣。
　　（2）教学内容偏重语法细节而轻视算法思想
　　程序设计课程一般只有48学时，课堂内容特别多，信息量特别大。教师在教学过程中只注重具体语法知识的讲解和程序代码的基本结构和功能，没有时间去讲解解决问题的算法，更没有时间去讲解解决一个问题的不同算法，从而不能去分析不同算法的运行时间复杂度和占用内存空间复杂度，也就不能获知不同算法的执行效率[2]。
　　（3）考试内容偏重语言本身而不是思维模式
　　对于程序设计课程，考试的重点依旧是以语法知识、设计代码、分析程序运行结果为主。考试方式虽然改为在线考试，但考试内容和传统纸质考试方式没有本质区别。考试题型仍拘泥于选择题、改错题、填空题、程序设计题，很多学生不理解程序设计语言知识，就背答案，蒙混过关，大大降低了程序设计语言的教学质量[3]。程序设计课程的考试应着力于考核学生使用计算机知识求解问题的程序设计的思维模式与基本方法。考试形式可以多元化，重视实践考核高于理论考核，灵活合理地运用闭卷、开卷、现场编程求解问题与提问、课堂问答等多种考核方式，在课堂教学时可以采用学生当课堂小教师、公布班级学习明星、平时学习积分等有趣多样化的方法，提高学生学习积极和创造性，激发学生的学习兴趣。
　　（4）学生运用程序设计知识解决专业问题的能力差
　　学生主动学习性差，厌学，喜欢玩手机，更缺乏创新探索精神，被动接受程序设计课程中语法算法和设计代码等知识，知识点掌握不透彻，遇到具体问题就查百度，不愿意思考，导致不能和程序设计课程的知识有效联接，理论和实践没有紧密联系，从而运用程序设计课程解决专业问题和实际问题的能力较差。
　　使用计算机科学技术和方法处理问题，这是计算思维的目标。计算思维（Computational Thinking）是由周以真教授于2006年提出的一种基本技能和普适思维方法，认为计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计和人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。2010年，《C9联盟计算机基础教学发展战略联盟联合声明》把“计算思维能力培养”作为计算机基础教学的核心任务。
　　在当前大数据时代，随着“互联网+”的深入推广，需要学生综合应用所学知识，创造性地解决学习及生活过程中遇到的新问题。因此，在教学过程中，不但要注意培养学生的计算思维，还要注意培养学生的创造性思维。Epstein的生成理论（Generativity Theory）认为创造性思维由以下四个核心要素组成：
　　①知识拓宽能力（Broadening）：人的知识和技能面越宽，能创造出的各种可行的新奇模式和组合的范围也就越多。因此，为了获得创造力，必须获取除当前的学习和专长领域之外的信息和技能，拓宽自己的知识面。
　　②挑战性（Challenging）：创新总是源于当前不够有效的策略和方式。因此，挑战的难度越大，越有可能激发出创新的问题解决方案。
　　③周边环境（Surrounding）：多样、复杂的情况和刺激因素等周边环境是创造出能够让新奇的策略和行为萌发的环境——例如，从新的角度看待事物，与新的人群打交道和考虑多种感官表象。
　　④捕捉能力（Capturing）：新的想法会一直出现，但是大多数时候人们都没有注意到，创造性思维要求人们时刻留心和记录出现的新想法。
　　Epstein的创造性思维能力是一种可广泛应用的技能集，不仅为学生储备了创造性知识，而且还为学生学习能力和方法的培养奠定了基础。
　　将计算思维和创造性思维结合起来，提出新的计算创造性思维。计算创造性思维是在新的领域或者合作者领域拓宽问题解决方案的认知手段。
　　计算创造性思维是一种共生的能力和方法，富有挑战性的问题迫使学生应用前所未见的、不寻常、非传统的方式去使用计算手段，为解决老问题引出新颖的、创新性的计算方法，进而利用创造性思维启发学生对创造性计算思维的理解和应用，拓宽解决问题方案的范围和应用领域。
　　基于计算创造性思维能力培养的C语言程序设计课程教学活动是激发学生学习的自主性、创新性与积极性，使学生从被动学习知识变为积极主动探索更广领域知识的关键所在。
　　3   解决的教学问题（Solving teaching problems）
　　（1）解决基于计算创造性思维能力培养的课程教学質量标准缺失的问题
　　提高教学质量必须从严格质量标准入手，只有建立系统、配套、完善的质量标准体系，才能做到有章可循，进而保障有显著的课程教学效果和高质量的人才培养成效。
　　从如下几个原则进行基于计算创造性思维能力培养的课程教学质量标准建设的研究：①教学内容优先原则：教学内容的科学性、新颖性和前沿性是程序设计课程教学适应时代及技术发展的必然需求，因此，要把教师对教学内容重点、难点的把握，对教材内容的提炼、取舍、补充、拓展和更新放在衡量教学质量优劣的优先位置。②突出应用性的原则：程序设计是一门与应用密切相关的课程，因此，在确定课程教学质量标准时，要突出教学内容和操作要求的应用性，要紧密联系当前社会对程序设计人员的需求现状。③注重学生参与的原则：打破传统的“满堂灌”填鸭式教学，注重培养学生的计算创造性思维，注重学生对教学活动的参与度，按照计算创造性思维能力培养的需要，创设一种民主、和谐的教学环境，吸引学生主动参与到教学活动中来，发挥学生的计算创造性思维。④特色化原则：依据学校背靠行业、培养应用型创新人才的人才培养目标，把培养适应特殊行业需求的程序设计人才作为教学质量标准建设的目标之一。 　　（2）解决适应基于计算创造性思维能力培养教学模式的师资培训和教师教学能力提升的问题
　　由于信息技术更新速度快、涉及知识面广，师资问题已成为当前我国高校信息技术课程教育面临的一个普遍问题。如何培养适应时代发展，具有计算创造性思维教学模式的师资队伍，成为基于计算创造性思维能力培养的程序设计课程教学改革的重要议题。项目研究过程中，拟采取“走出去、请进来”的策略，一方面派出部分教师进行程序设计最新技术及程序设计类课程教学模式改革的学习;另一方面，寻找与从事计算思维培养模式的国内C9知名高校合作，从而解决课程教学的师资问题，形成校内外结合、专兼职并存、适合应用型科技大学人才培养需求的师资队伍。
　　（3）解决基于计算创造性思维能力培养的C语言程序设计课程教学资源及教学资源平台建设滞后的问题
　　基于计算创造性思维能力培养的C语言程序设计课程教学资源及教学资源平台的建设是保证该教学模式正常实施的基本保障。作为一种在线、开放式的教学模式，在学校提供必要的硬件及网络保障的基础上，通过搭建计算创造性思维专题网站和基于计算创造性思维的《C语言程序设计》教学改革在线学习系统平台，促进计算创造性思维能力培养的教与学活动，解决基于计算创造性思维能力培养的课程教学资源及教学资源环境平台建设滞后的问题[4]。
　　4   实现的研究目标（Achieving research objectives）
　　实现如下三个研究目标：
　　（1）确立基于计算创造性思维的教学模式
　　如同重视培养学生的计算思维一样，随着大数据时代的到来，计算创造性思维的培养必将受到教育界乃至全社会的重视，但是如何培养计算创造性思维能力，这是目前计算机技术教育界值得探讨和探索的问题。如何正确认识和准确定位计算创造性思维在C语言程序设计课程教学活动中的实施和执行？如何针对当今的C语言程序设计课程教学进行课程内容的改革以适应社会科技形势发展的需要，是当前C语言程序设计课程教学活动目前面临的重要挑战。因此必须根据计算创造性思维的发展情况，为C语言程序设计课程确立基于计算创造性思维的教学模式。
　　（2）构建基于计算创造性思维的教学模式与学习模式
　　结合程序设计课程教学的特点和培养目标，探索基于计算创造性思维的教学模式与学习模式。一方面，要求学生在教师的指引下运用计算创造性思维的思想和方法完成课程知识所能解决的相关领域的问题求解、系统设计等[5];另一方面，要求教师在课程的教学内容、教学手段和教学方法技术等方面的教学活动中，使其学生掌握计算机方法技术论，并提高计算创造性思维能力的提高，使学生从校园走向社会时能很好地过渡，掌握工作技能，适应工作需求。
　　（3）基于计算创造性思维能力培养的课程实践
　　探索基于计算创造性思维的教学模式在《C语言程序设计》课程教学中的实践应用，根据课程对应的培养目标和方向，构建C语言程序设计课程教学模式的实施程序。探索基于计算创造性思维的学习模式应用，形成“一专（Topics：计算创造性思维专题网站）一改（Reform：《C语言程序设计》课程教学中计算创造性思维能力培养模式教学改革）”的系统结构功能模型（TR结构模型）[6]。TR结构功能模型首先以计算创造性思维专题网站对这一个新兴思维的相关研究及解决的问题领域等内容进行专题说明。接着，以在《C语言程序设计》课程教学过程中运用计算机科学技术知识解决相关领域问题的行为，构成一个以计算创造性思维专题网站为主体，以计算创造性思维能力培养为核心，《C语言程序设计》教学改革在线学习系统为应用载体的新型计算机基础课程教学改革培养新模式，为基于计算创造性思维能力培养的教学模式真正进入课堂积累经验[7]。
　　5   主要特色（Main features）
　　理论上：提出了基于计算创造性思维的课程教学模式对人才的需求与大学课堂的有机融合，必将成为高等教育教学改革发展的主要组成部分，是高校“培养人才、发展科学、服务社会”的综合体现。通过构建基于计算创造性思维的探究式创新型教学模型、基于计算创造性思维的任务驱动式、案例驱动式教学模型和基于计算创造性思维的网络在线自主学习模型，本文从培养模式、教学方法等方面进行教学改革创新，从而对课堂教育教学理论及方法进行了丰富和完善，使其运行机制更合理、更科学，也更适合信息类专业知识结构变化快的时代特性，丰富了课程教学模式。
　　应用上：实现了基于计算创造性思维能力培养的C语言程序设计课程教学实践通过将基于计算創造性思维的探究式教学模型、基于计算创造性思维的任务驱动式教学模型应用于C语言程序设计课程教学过程中，实现了基于计算创造性思维能力培养的C语言程序设计课程教学实践，有利于培养学生的计算创造性思维能力，有利于提高学生的学习积极性和兴趣，有利于增强学生的专业认同感。同时，通过对计算创造性思维主题网站和基于计算创造性思维能力培养的《C语言程序设计》课程在线学习系统的建设，建立了适应时代发展的课程资源平台，为实施基于计算创造性思维能力培养的程序设计课程教学提供了实践环境，为教学改革及教学理念的转变提供了实验平台，也为学校进行教学模式的改革提供了参考，使优质开放教学资源更加符合学生的学习需要，实现了优质开放教学资源真正、有效、深层次的共享[8]。为学校应用型人才培养体系的研究提供了可供参考的实现手段，也为类似课题的研究提供了借鉴。
　　6   结论（Conclusion）
　　本研究成果在本校计算机实验室进行实验运行，效果显著，最终达到在全校推行。基于计算创造性思维能力培养的《C语言程序设计》课程教学改革，建设了计算创造性思维的任务驱动式、案例驱动式教学模型和基于计算创造性思维的网络在线自主学习模型，方法新颖，有创新，培养了学生的计算创造性思维能力，提高了学生的学习主动性、积极性和兴趣，增强了学生的专业认同感。
　　参考文献（References）
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　　[7] 卫琳.SQL Server 2008数据库应用与开发教程（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2011：30-40.
　　[8] 王会婷，陈应祖.《C/C++语言程序设计》课程考试系统的开发与应用[J].软件工程，2019（2）：51-53.
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