基于计算思维的三种结构进行教学改革探究
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摘 要 以C语言程序设计为例，研究并实践一种按程序三种结构思考，逐级递进的课堂教学方法，在课堂教学中按照“简单问题引入—多样化编程思路—优化程序的创新学习”的教学模式，注重培养学生的计算思维编程模式，对于学生日后使用计算机解决问题是非常重要的，对于创新人才的培养打下好的基础。
关键词 C语言;教学改革;计算思维;程序设计
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）08-0094-03
Abstract Taking C language programming as an example， the paper has studied and practiced classroom teaching methods by thinking of a three-program structure and step-by-step. The classroom teaching method follows “simple problem introduction， diversified progra-mming ideas， innovation learning of optimized program” to achieve teaching. This method pays attention to cultivating students’ compu-tational thinking mode which is very important for students to use computers to solve problems in the future， so as to lay a good foun-dation for the cultivation of innovative talents.
Key words C language; teaching reform; computational thinking; programming
1 前言
C语言程序设计课是高校普及计算机知识的重要科目，学习C语言程序设计，不是只要熟记有关规则、熟能生巧，就能完成任务的。编程不是一种简单的技能，而是需要智慧，编写每一个程序都要积极开动脑筋，发挥创造精神。笔者提出运用三种结构思考的教学建议，让学生养成计算思维方式，提高学生对计算机程序设计的兴趣。
2 计算思维与创新的关系
计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，其本质是抽象的。计算思维不等于计算机编程，它要求从多个抽象层面进行思考。然而大多数高校的C语言课程针对大一新生开设，学生刚入校，让他们编程，会感觉学习很枯燥，代码符号太多，太难学，教学效果不理想。针对C语言程序设计课程本身编程的特点，再加上新入校的大学生脑子像一张白纸，能画出最新最美感的图，抓住时机培养学生的计算思维方式尤其重要。
在C语言程序设计教学过程中，重视计算思维能力的培养，目的不仅仅是让学生理解教科书上的程序代码，更重要的是能够发挥创新能力，编程解决一些类似的问题。这样有助于提高学生的兴趣，在枯燥的问题解决过程中找到自信，找到乐趣。通过计算思维能力的培养，让学生懂得遇到问题该如何思考解决。因此，围绕计算思维积极探索计算机教学改革，构建基于计算思维的教学方法，是非常重要的。
3 三种结构的计算思维方法
计算机的本质是“程序的机器”，只有懂得程序设计，才能进一步懂得计算机是如何工作的，才能更好地理解和应用计算机，掌握用计算机处理问题的方法，培养计算思维，提高分析问题和解决问题的能力。
从程序的三种结构入手 C语言是过程化程序设计，一共有三种程序结构：顺序结构、选择结构（分支结构）、循环结构。在课堂教学中，讲授知识时要注意讲应用、讲方法。学生知道应用，就有了目标;有了目标，就有了学习的动力，就会主动思考。但还要讲方法，方法比知识更重要。方法是处理问题的思维方式，知识不能代替思维。知识不是智慧，解决问题的方法才是智慧，教育就是教人养成正确的思维方式。
在课堂教学过程中给学生灌输这三种结构思想，以这三种结构来分析問题，从而找出算法解决实际问题。如讲解编写100！的程序，在教学过程中先带领学生分析。
1×2×3×……×100，从表面看，只是1×2×3×……×100，刚入的新生没有计算思维，不会编程。要将这个问题改成三种结构，如图1所示，引导学生逐步找出问题规律，才能编写程序实现。
第一步：通过观察发现，1，2，3数字上在逐步递增，相差一个数，如第一个数为a，第二个就是a=a+1。
第二步：每次是两个数相乘，计算s×a并将结果代替S。
1）顺序结构：第一步、第二步顺序执行。
2）循环结构：第一步，第二步;第一步，第二步;第一步，第二步，重复执行
3）条件结构：如果a≤100执行，第一步、第二步;如果a>100，就停止执行
编程结束后，要求学生总结，找出解题的思路。
100！=1*2*3*……*100，从1开始，有规律地从自身+1的变量，进行100次求积，从中找出重复的内容，重复的内容就是循环，循环语句部分为i=i+1和s=s*i;有了循环，还要找出走出循环的结束条件，即数据增加到100就结束，否则就是死循环了。
当学生熟练掌握该程序后，向学生提出问题来提高他们编写程序的兴趣，如1*3*5*7……，2*4*6……，1+1/1-1/2+1/3-1/4+1/5-……+1/99-1/100等类似题都会编程。要活学活用，学用结合，学到方法，学出兴趣。 课堂教学内容的例子，要从简单入手，如上学事件分析：
1）早上上课—下午上课—晚上自习（顺序结构）;
2）从周一到周五，再从周一到周五（循环结构）;
3）如果成绩优秀，可以拿到奖学金（条件结构）。
培养学生学习的兴趣，教师要重视对学生计算思维能力的培养，不仅要教会学生知识，更要注重学生分析问題能力的培养，给予学生更多的思考空间和创新空间，让学生可以用自己所学的知识编写出最佳的代码，从而收到更好的教学效果。因此，要通过有效的课程改革模式来促进学生计算思维能力的培养。
启发式教学应用 在课堂教学中，采用启发式方法。先给出题目，要让学生发挥主观能动性，从不同的角度和方向进行思考，设计运用多种算法解决问题;进而对多种算法进行分析，要让学生明白对于问题的分析不是只有一种算法，要发挥想象，突破常规，探索出最有效的方法，从而得出最佳的算法。
学生真正懂得一个程序的设计方法后，应能将其方法融会到其他程序的开发设计过程中。如两个数比较大小，如表1代码所示，由两个数比较大小，引到三个数找最小的，再到100个数找最小的。讲一个问题，它的结果并不重要，重要的是让学生明白这个算法是怎样一步一步形成的，它解决哪一类问题。
表1中程序的条件是两个数比较大小，如果不用循环，三个数据比较大小不具有推广性。运用函数结构化的设计方法，多个数进行比较大小时，每次用两个数进行大小比较，重复多少次？如果是n个数，要重复n-1次。只需要将while（i<=3）中的3改一下，100个数据比较大小，就改为while（i<=100），就解决问题了。多总结，多思考，达到举一反三的效果。
形象比喻增强趣味性 在课堂教学过程中还应注意编程的实用性、典型性和趣味性。如在讲解结构体时，将结构体比喻成一套西装，定义如下：
Struct 西装
{ 红色 领带; 黑色 上衣; 黑色 裤子;};
这样学生容易接受。与生活结合，使用结构体后，小明（变量）要西装，就会给三样衣物。再如九九乘法表、水仙花、约瑟夫、汉诺塔问题等有趣味，学生感兴趣，编写程序时就会发挥主观能动性。先要有想法思路，然后才是分析找出问题的最佳解决方法，而不是让学生直接看代码。有了思路，有了算法，再写伪码，最后才是C程序。
教师在课堂上应将示例程序与课后作业联系起来，逐步加深程序难度。这样，学生能够做到温故而知新，加进自己的想法，领会编程的乐趣，提高编程运用能力。
4 结语
以C语言程序设计课程为例，在课堂教学过程中注重培养学生的计算思维方法，按照逐级递进式的教学模式展开教学，以程序的三种结构进行程序分析、讲授、编写，在整个教学过程中处处强调计算思维的方法应用。通过多种解题方案比较，目的在于启发学生发散思维，激发学习积极性，以此来真正增强学生编程水平，从而为推动经济社会发展培养更多的编程人才。
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