基于计算思维能力培养的C语言程序设计翻转课堂教学实践

2019年4月信息素养DOI：10.16681/j.cnki.wcqe.201907075

基于计算思维能力培养的C语言程序设计翻转课堂教学实践李竹林，马燕，赵健，朱姣艳（延安大学计算机学院，陕西延安，716000）

摘要：文章首先对翻转课堂与计算思维进行了概述，然后分析了C语言程序设计课程教学现状，最后阐述了基于计算思维能力培养的C语言程序设计翻转课堂教学实践，包括课前信息推送、课堂理论知识内化、课后巩固与探究、效果评价。关键词：计算思维能力；翻转课堂；C语言程序设计中图分类号：G434文献标志码：A文章编号：2095-6401(2019)07-0119-03

互联网的普及和计算机技术在教育领域的应用，使翻转课（FlippedClassroom）教学模式变得可行和现实。在翻转课堂教学模式中，不仅将学习的决定权从教师转移给学生，而且教师可以设计出更精彩的教学内容充分利用有限课堂教学时间，将反映计算机科学本质特征的计算思维理念渗透在课堂教学中，从而培养学生的计算思维、解决问题能力及创造力。一、翻转课堂与计算思维概述2007年，美国科罗拉多州的化学教师乔纳森·伯尔曼和亚伦·萨姆斯开始在课堂中采用翻转课堂，并推动这个模式在美国中小学教育中的使用[1]。2011年，萨尔曼·可汗（SalmanKhan）和他创立的可汗学院成功地使翻转课堂成为全球教育界关注的教学模式[2-3]。2012年，翻转课堂成为国内外教育信息化的高频率新词汇。《新媒体联盟地平线报告：2014高等教育版》及2015版都曾指出翻转课堂在一年内将会被采纳。2016版和2017版又提出，新的教学形式需要新的教学空间，翻转课堂就是其中之一，它通过重新调整学习环境容纳了更多主动学习模式，要进行深度学习，在一到两年内，混合式学习日益普及[4-5]。如今，它不仅被全球教育工作者接纳，而且引起了我国专家学者的关注，使得越来越多的学者对其进行了深入研究[6]。计算思维（ComputationalThinking）由美国卡内基·梅隆大学周以真教授于2006年提出的，是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及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[4-5]。计算思维的本质就是抽象和自动化，可以按照计算机求解问题的基本方法去考虑问题的求解、进行系统设计并理解人类行为，从而构建出相应的算法和基本程序[7]。二、C语言程序设计课程教学现状高级语言程序设计是延安大学计算机类专业学生的一门重要基础课程，教学效果直接影响学生后续课程的学习甚至计算机程序设计的思维能力。学生感觉该课程的难度较大，教学效果不理想。归其原因如下，第一，“高级语言程序设计”课程本身的难度并不是很高，但是当它作为新生入学后的第一门计算机专业课程时，却有一定的难度。剖其原因，笔者发现大多数学生没有计算机程序设计基础，几乎没有算法意识，更没有对计算机求解进行描述的思路和方法。第二，新生刚入大学，还没有养成课前预习思考、课后探究的学习习惯。对知识获取几乎依托在有限的课堂教学时间内。大学不同于中学，一门课的知识点与知识量会使没有计算机语言编程基础的学生看似懂了，实则没有理解语言自身的思维脉络，没有形成系统性的编程思维与知识体系。因此，好多学生出现了独立编程、解决问题时力不从心的情况。第三，目前程序设计类教材中的实例是依赖语言本身的，是为讲解教材中某个知识点而设置的，实例小而零散。教师授课时若不组织设计一个有现实背景的系统化的案例，将其贯穿整个教材，则容易在讲课时以计算机语言为重点，学生也会陷入计算机语言本身的细枝末节中，忽略蕴含在语言自身中的思维脉络，淡化了系统化的计算思维能力培养，使学生学习目标不明确、兴趣不浓厚。三、基于计算思维能力培养的C语言程序设计翻转课堂教学实践高级语言程序设计课程的教学目标是学习用计算机求解问题的思路和方法，理解计算思维过程，挖掘蕴含在语言中的思维脉络，培养学生的编程思维与计算思维，提高学生解决问题的能力。为了达到教学目标，笔者设计了“C语言程序设计”翻转课堂教学的三个环节。在本文中，以“C语言程序设计”中的“结构与结构数组”知识为例。（一）课前信息推送1.制作短视频。教师提前制作教学视频。翻转课堂不同

于传统教学视频，其短而精。一般情况下，一个视频就几分钟到十几分钟不等，具体长度根据知识点的大小来定，一个视频只解决一个问题。这样的视频，问题针对性强、时间短、收效好，有利于学生明确学习目标，以及自主学习能力的培养。2.课前信息推送。课前推送信息除了短视频外，还包括

2耀4个问题，用问题驱动来解决学生的“是什么”问题，并引

导学生思考“为什么”。学生将“课前问题”和“短视频”结合起来就掌握了基本知识。解决了课前推送什么样的信息非

作者简介：李竹林（1972—），女，汉族，陕西佳县人，教授，博士。研究方向：计算机科学技术教学。注：本文系延安大学重点教改项目“基于计算思维的程序设计类课程教学改革研究与实践”（编号：YDJGZD2016-02）；陕西省大学生创新创业训练计划项目“应用型计算机专业大学生能力评价模型研究与应用”（编号：1520）。2019年4月（下转第124页）通过分组完成任务及讨论的方法，教师不仅完成了用“结构体”这个知识点编程解决实际问题的课堂教学任务，而且将学生中存在的问题通过学生讨论、教师讲解得以解决，最后教师思维导图作为辅助，将知识系统化。实践表明，这种授课方式不仅能提高学生的编程能力，也能达到知识内化的目的。（三）课后巩固与探究课后，除了选做一些课后习题来巩固所学知识外，还必须以更高层次的“知识探究和运用创新”为主。这个环节也可以通过网络平台实现，学生与教师可以互动。目前我们采取两种方法：一种是对于课堂已讲解的问题，让学生思考用其他方法解决，并与教师讲解的方法类比分析；另一种是让学生搜索同类问题2耀3个，透过表象，进行问题抽象，对问题本质与解决方法进行归纳总结。课后作业设置如下，将全班50名学生，三门课程的总成绩、平均成绩进行排序，如表1所示。列举2耀3个出实际生活中用结构体能解决的实际

问题，并归纳总结它们的共同特点。表1学生平均成绩排序

课后环节，教师可将课堂上的案例难度提升，并且要求

常重要，但不宜太多。既要传递基础且重要的一些知识点，而且不能引起学生的厌烦。因此，信息的准备要求教师必须本着对知识内涵有深刻的理解，对学生有高度的责任心。前后推送的信息尽量有关联，这样有利于学生掌握知识间的关联性。课前推送是通过网络平台实现，增加教师与学生互动的环节，既有助于教师对学生课前知识的掌握情况心中有数，也有利于教师对课堂讨论环节的准备。3.实例。案例描述：全班50名学生，有三门课程的成绩。求每个学生的平均成绩。学生信息：NO、Name、Math、Eng原lish、Computer，其中Name为字符数组。推送问题“用前面学过的一维数组能解决该问题吗，为什么？结构类型的构造方法与定义？结构变量占用空间大小的计算、用结构可以解决哪类问题？”以上3个小问题不仅能督促学生提前预习“结构体”的概念，而且能引导学生思考为什么要引入“结构体”，以及结构体可以解决已学过的“数组”不能解决的问题。这样的问题具有挖掘知识间的关联性，培养学生的思维能力的作用。（二）课堂理论知识内化在课堂教学过程中，要解决“如何做”与“为什么”的问题，是“吸收内化”的过程，是在课前学习基础上的深度学习，实现与课前短视频和推送问题的无缝链接。在课堂教学中，可以通过教师讲授、问题探究、互动交流等多种形式将知识与要解决的问题融合在案例中开展，对一些有关联性的概念可用概念思维图讲解。仍以“结构与结构数组”的讲解方法为实例，具体做法如下。淤完成任务。编程实现课前推送题目。于分组讨论方法。50名同学共分成10个小组，每个小组有一名小组长，20分钟后抽查4名组长汇报，每名组长汇报时间不超过3分钟，其他同学可补充。每组指定一名记录者。盂汇报内容：该问题的解决思路与方法。包括抽象数据结构、算法流程、编程实现。若问题得到解决，请说出收获与体会；若没有解决，说出存在的问题。榆教师总结。教师针对课前推送问题与学生汇报情况进行答疑、总结。在该环节往往以概念思维导图作为辅助工具。结构体的思维导图如图1所示。

图1结构体的思维导图EnglishComputerAverage789085.6636766.0NO101102NamemathLiPing89WangWu682019年4月学生进行归纳总结，学生通常需要查阅资料并且相互讨论。从学生的学习情况来看，不仅能提高计算思维能力与创造力，也能培养了自主学习能力。总的来说，将计算思维渗透C语言程序设计的翻转课堂中，对学生的知识理解与能力提

高是一种非常有效的方法，翻转课堂教学设计如图2所示。

图2翻转课堂教学设计方案（四）效果评价对翻转课堂+计算思维教学方法效果的评价，笔者采取推送问题学习情况、线上能力题测试成绩、线上自我小结情况、课堂讨论与回答问题情况、作业完成情况、期末笔试成绩、实验题目完成情况、课程设计完成情况及对后续课程的进入状态等多个环节进行综合考评。通过对2016届、2017届计算机类专业学生共6个班330多名学生“高级语言程序设计”课程的教学实践探索，基本上解决了以前存在的问题，有效培养了学生的计算思维能力，提高了学生的编程能

力、解决问题的能力及创造力。总之，翻转课堂教学模式将学习的自主权由教师转移给了学生，让师生角色发生了转变，形成了以学生为主体，教师为主导的教学模式。计算思维经过十二年的发展，已成为计算机科学界的一个普遍共识，无论学术界专家、教学一线教师，还是计算机科学教育研究专家都一致认同计算思维教育在培养学生思维能力方面的重要性和不可取代性。本文将计算思维理念渗透高级语言程序设计的翻转课堂教学中，经过对两届学生的教学探索，结果表明二者的有机融合可以起到事半功倍的作用，有效地解决了以往教学过程中存在的问题。因此，基于计算思维的翻转课堂，可强化计算思维，提高学生的创造力，是一种积极可行的教学方法。

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力的培养:《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》解读[J].中国大学教学,2010(9):5-9.[5]李斌.翻转课堂模式下计算思维能力的培养[J].湖北函授大学学报,