以“计算思维”为导向的程序设计入门类课程改革探索
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第8期 106 2016ation
文章编号：1672-5913(2016)07-0106-04
中图分类号：G642
以“计算思维”为导向的程序设计入门类课程改 革探索
张 钢 1，冉 娟 2，朱鹏飞 2，张 宁 2
（1. 天津大学 计算机科学与技术学院，天津 300072 ；2. 天津大学 仁爱学院，天津 301636）
这就必须改革教学内容和教学方法，试着探
基金项目：2014 年全国高等院校计算机基础教育研究会计算机基础教学改革课题“面向计算思维能力培养实 践——以 RAPTOR 可视化程序设计为例”（201503）。 作者简介：张钢，男，教授，研究方向为计算机网络、企业信息化、图像处理与计算机视觉等；冉娟（通信作 者），女，讲师，研究方向为数据挖掘、信息处理等，syan_cn4@。
（2）操作简单，学生只需要通过拖拽操作就 可将不同图形符号放置到所需要的位置上，工 具软件就可以自动将这些不同图形符号连接在一 起，形成一个完整的流程图。
（3）简单易懂，由于流程图与自然的思维过 程相近，能够比较简单地让学生掌握和理解程序 的设计与算法。
Raptor 除了具有流程图特色外，还具有其他 诸多重要特点，例如，计算操作的原子化和算法 的执行步骤统计等，为算法设计、算法优化、算 法复杂性分析提供了有力的实验或验证手段 [3]。
课堂教学内容的选择应从新生对程序认知 能力实际出发，选取更多趣味性和贴近生活的案 例，由基本问题到综合问题逐步深入，让学生能 够循序渐进掌握程序设计方法，也便于思维训练 的连贯性。表 1 为“猜数游戏”任务案例。 3.2 强化课程实践环节，提升学习兴趣
第8期
教改纵横
107
索在程序设计中抛开烦琐的语法规则，真正体现 程序设计的“思想”和“方法”，实现学习程序 设计的目的就是让学生学会解决问题，让计算思 维成为学生应具备的基本能力。为此，我校率先 在 2014 级开设了“Raptor 可视化程序设计”课程， 将 Raptor 作为程序设计工具，让学生从简单易懂 的程序流程图入手，学习程序设计的“思想”和 “方法”，将学生学习重心放到程序设计的本身 上，强调对问题的求解与实现方法，这样不仅能 激发学生的学习兴趣，还有利于学生思维方式和 思维能力的培养。在此基础上，提出以“Raptor 流程图 + 算法设计”为教学改革思路，从基本问 题到综合问题不断逐步深入，通过利用“发现问 题—分析问题—寻求多种解决方案—多种方案比 较优化”的“任务驱动式问题求解”的训练方法， 从而实现解决实际问题的教学模式。
（3）创新能力：突出计算思维能力的培养是 程序设计教学的教育价值，因此应倡导算法思维 的多样化，不仅能培养学生的实践能力，还能培 养学生的创新能力。
2 基于流程图的可视化软件Raptor
Raptor 是一种基于流程图的可视化编程工 具，它具有以下特点 :
（1）由各种相互连接的图形符号构成可执行 的流程图，最大限度地减少了程序语言的语法 理解。
3 “Raptor流程图+算法设计”教学模式
融入计算思维的程序设计课程的教学内容 要以“程序设计”为中心，从基本问题到综合问 题逐步深入，通过利用“发现问题—分析问题— 寻求多种解决方案—多种方案比较优化”的“任 务驱动式问题求解”的训练方法，来实现实际问 题的解决，从而达到提升学生计算思维能力的目 的。具体实施包括以下几个方面。 3.1 课程教学内容循序渐进，便于思维训练 连贯性
摘 要：为了避免程序设计入门课程教学容易忽略的“思想”和“方法”问题，提出引入基于流程图可 视化软件 Raptor 作为程序设计工具，详细阐述“Raptor 流程图 + 算法设计”教学模式的优势，最后总 结教学实践体会，说明教学效果。 关键词：Raptor；程序设计；计算思维
1 背 景
数学思维强调的是数与形的逻辑关系、演算 推理能力，计算思维则是强调问题求解的操作过 程和机器实现 [1]。在信息技术快速发展和广泛应 用的当今社会，计算思维已不知不觉地体现在社 会生活各个方面，成为了现代社会不可缺少的基 本技能。在教育部高等学校大学计算机课程教学 指导委员会的推动下，通过各高校的教学改革实 践以及各种论坛的广泛交流，目前已经形成了基 本共识，即：大学计算机基础课程的核心价值就 是培养学生的计算思维 [2]。要想以培养学生计算 思维能力为核心，就要使计算思维如同逻辑思维 一样，学生在这种思维指导下学习，不仅是掌握 计算机科学知识，而且要让计算思维成为每个学 生应具备的基本能力。既然是每个学生都必须掌 握的思维能力，该如何培养学生具有这种思维方 式？又该如何让学生学会用计算思维的方式思考
问题和解决问题？这显然不是某门课程能独立做 到的，它需要渗透到每一门课程中，把这种抽象 的思维方式融入到学生的生活和今后工作中。
长久以来，各高校都将“C 语言程序设计” 作为新生一入学后必须掌握的一门程序语言设 计，其目的是为了教会学生程序设计的“思想” 和“方法”，能够运用其思想和方法来解决实际 问题。但通过多年的教学实践发现：学生刚开始 学习时，兴趣十足，愿意花费很多时间来研究与 学习，但随着后续学习过程中语法的增多和算法 设计的增大，学生不得不将课程学习的重心从程 序设计方法转移到语法规则上，忽略程序设计的 思想和方法，久而久之，学生面对这些烦琐的语 法时就失去了对程序设计的学习兴趣，无形中在 他们的大脑中就形成了程序设计课程难、学不会 等印象，导致了 C 语言程序设计课程教学效果的 下降。
根据以上思路，以“计算思维”为导向的程 序设计课程教学目标应集中体现在以下方面：
（1）知识能力：没有烦琐语法的程序设计， 课程强调程序设计的“思想”和“方法”，在知 识能力目标上，要让学生首先掌握程序设计基本 概念，然后是程序设计的思想、设计方法、调试 方法。
（2）技术能力：学习程序设计的目的就是为 了解决各种实际问题，能够将实际问题以抽象化 和程序化的形式表示出来，在教学过程中不仅要 注重对学生分析问题、抽象问题能力的培养，更 要注重对问题求解与数学建模、算法优化等能力 的培养。
文章编号：1672-5913(2016)07-0106-04
中图分类号：G642
以“计算思维”为导向的程序设计入门类课程改 革探索
张 钢 1，冉 娟 2，朱鹏飞 2，张 宁 2
（1. 天津大学 计算机科学与技术学院，天津 300072 ；2. 天津大学 仁爱学院，天津 301636）
这就必须改革教学内容和教学方法，试着探
基金项目：2014 年全国高等院校计算机基础教育研究会计算机基础教学改革课题“面向计算思维能力培养实 践——以 RAPTOR 可视化程序设计为例”（201503）。 作者简介：张钢，男，教授，研究方向为计算机网络、企业信息化、图像处理与计算机视觉等；冉娟（通信作 者），女，讲师，研究方向为数据挖掘、信息处理等，syan_cn4@。
（2）操作简单，学生只需要通过拖拽操作就 可将不同图形符号放置到所需要的位置上，工 具软件就可以自动将这些不同图形符号连接在一 起，形成一个完整的流程图。
（3）简单易懂，由于流程图与自然的思维过 程相近，能够比较简单地让学生掌握和理解程序 的设计与算法。
Raptor 除了具有流程图特色外，还具有其他 诸多重要特点，例如，计算操作的原子化和算法 的执行步骤统计等，为算法设计、算法优化、算 法复杂性分析提供了有力的实验或验证手段 [3]。
课堂教学内容的选择应从新生对程序认知 能力实际出发，选取更多趣味性和贴近生活的案 例，由基本问题到综合问题逐步深入，让学生能 够循序渐进掌握程序设计方法，也便于思维训练 的连贯性。表 1 为“猜数游戏”任务案例。 3.2 强化课程实践环节，提升学习兴趣
第8期
教改纵横
107
索在程序设计中抛开烦琐的语法规则，真正体现 程序设计的“思想”和“方法”，实现学习程序 设计的目的就是让学生学会解决问题，让计算思 维成为学生应具备的基本能力。为此，我校率先 在 2014 级开设了“Raptor 可视化程序设计”课程， 将 Raptor 作为程序设计工具，让学生从简单易懂 的程序流程图入手，学习程序设计的“思想”和 “方法”，将学生学习重心放到程序设计的本身 上，强调对问题的求解与实现方法，这样不仅能 激发学生的学习兴趣，还有利于学生思维方式和 思维能力的培养。在此基础上，提出以“Raptor 流程图 + 算法设计”为教学改革思路，从基本问 题到综合问题不断逐步深入，通过利用“发现问 题—分析问题—寻求多种解决方案—多种方案比 较优化”的“任务驱动式问题求解”的训练方法， 从而实现解决实际问题的教学模式。
（3）创新能力：突出计算思维能力的培养是 程序设计教学的教育价值，因此应倡导算法思维 的多样化，不仅能培养学生的实践能力，还能培 养学生的创新能力。
2 基于流程图的可视化软件Raptor
Raptor 是一种基于流程图的可视化编程工 具，它具有以下特点 :
（1）由各种相互连接的图形符号构成可执行 的流程图，最大限度地减少了程序语言的语法 理解。
3 “Raptor流程图+算法设计”教学模式
融入计算思维的程序设计课程的教学内容 要以“程序设计”为中心，从基本问题到综合问 题逐步深入，通过利用“发现问题—分析问题— 寻求多种解决方案—多种方案比较优化”的“任 务驱动式问题求解”的训练方法，来实现实际问 题的解决，从而达到提升学生计算思维能力的目 的。具体实施包括以下几个方面。 3.1 课程教学内容循序渐进，便于思维训练 连贯性
摘 要：为了避免程序设计入门课程教学容易忽略的“思想”和“方法”问题，提出引入基于流程图可 视化软件 Raptor 作为程序设计工具，详细阐述“Raptor 流程图 + 算法设计”教学模式的优势，最后总 结教学实践体会，说明教学效果。 关键词：Raptor；程序设计；计算思维
1 背 景
数学思维强调的是数与形的逻辑关系、演算 推理能力，计算思维则是强调问题求解的操作过 程和机器实现 [1]。在信息技术快速发展和广泛应 用的当今社会，计算思维已不知不觉地体现在社 会生活各个方面，成为了现代社会不可缺少的基 本技能。在教育部高等学校大学计算机课程教学 指导委员会的推动下，通过各高校的教学改革实 践以及各种论坛的广泛交流，目前已经形成了基 本共识，即：大学计算机基础课程的核心价值就 是培养学生的计算思维 [2]。要想以培养学生计算 思维能力为核心，就要使计算思维如同逻辑思维 一样，学生在这种思维指导下学习，不仅是掌握 计算机科学知识，而且要让计算思维成为每个学 生应具备的基本能力。既然是每个学生都必须掌 握的思维能力，该如何培养学生具有这种思维方 式？又该如何让学生学会用计算思维的方式思考
问题和解决问题？这显然不是某门课程能独立做 到的，它需要渗透到每一门课程中，把这种抽象 的思维方式融入到学生的生活和今后工作中。
长久以来，各高校都将“C 语言程序设计” 作为新生一入学后必须掌握的一门程序语言设 计，其目的是为了教会学生程序设计的“思想” 和“方法”，能够运用其思想和方法来解决实际 问题。但通过多年的教学实践发现：学生刚开始 学习时，兴趣十足，愿意花费很多时间来研究与 学习，但随着后续学习过程中语法的增多和算法 设计的增大，学生不得不将课程学习的重心从程 序设计方法转移到语法规则上，忽略程序设计的 思想和方法，久而久之，学生面对这些烦琐的语 法时就失去了对程序设计的学习兴趣，无形中在 他们的大脑中就形成了程序设计课程难、学不会 等印象，导致了 C 语言程序设计课程教学效果的 下降。
根据以上思路，以“计算思维”为导向的程 序设计课程教学目标应集中体现在以下方面：
（1）知识能力：没有烦琐语法的程序设计， 课程强调程序设计的“思想”和“方法”，在知 识能力目标上，要让学生首先掌握程序设计基本 概念，然后是程序设计的思想、设计方法、调试 方法。
（2）技术能力：学习程序设计的目的就是为 了解决各种实际问题，能够将实际问题以抽象化 和程序化的形式表示出来，在教学过程中不仅要 注重对学生分析问题、抽象问题能力的培养，更 要注重对问题求解与数学建模、算法优化等能力 的培养。