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大学计算机基础课程中的计算思维教学实践

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  摘要:提出了一种在大学计算机课程中,把概念抽象、专业性强而又非常重要的计算思维知识点如何生动有趣的讲授给学生的方法。
  关键词:计算思维;教学方法;互动式教学方式
  中图分类号:G642
  文献标识码:A
  文章编号:1009-3044(2019)36-0170-02
  1概述
  计算机已经成为我们生活不可分割的一部分。无论工作、学习、生活时时刻刻,寸步不离。由此科学家提出了计算思维的概念。自从计算思维被提出后,就受到人们的广泛关注。已经成为计算机领域的热点之一,计算机科学专家、教师、学者等大力倡导计算思维,认为它是现代人们必须具备的素质之一[3]。因此计算思维已经成为大学计算机基础课程中最重要的知识章节之一。
  大学计算机课程是在大学生进入大学后的必修课。一方面该课程教学内容丰富,所涉及的知识点多,另一方面该课程所分配的课时并不多,而且学生来自四面八方,基础参差不齐。如何在这样的状态下把该课程的知识点讲清楚非常重要,尤其对于计算思维这样的领域就更是如此。
  笔者在教学实践中总结出以下几种方法,借此抛砖引玉。
  2互动式教学实践
  2.1承上启下引入知识点
  计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以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。这个定义周以真教授给出了5种详细的解释[2]。
  为了更好地阐释上述概念,首先对上一章的知识进行总结并水到渠成的引出计算思维的概念。从第一章最后的知识点可计算性的概念引出计算思维的概念:在可计算性的问题中,计算机是怎么做的。
  2.2使用实例敲开计算思维之门
  为了使计算思维的概念更加浅显易懂,先抛出一个实例。
  首先给出问题:如何判断一个整数是否为素数。
  然后组织课堂讨论,经过激烈的讨论,大部分同学给出的结果都是根据定义判断。然后让学生写出自己的步骤。大部分同学都只会说不会写。然后和同学们一起把判断步骤梳理一遍,目的是为后面的算法分析奠定基础。
  接着给出下一个问题:判断任意的一个整数是否为素数?由此引出计算思维的概念:计算机是怎么做的。
  接着给出该问题的算法分析步骤,如图l所示:
  给出该问题的C语言代码:
  main0
  {intm,i;
  printf'(“请输入一个数:\n”);
  scanf'(”%d”,&m);
  i=2;/{以i做除数*/
  while(i<=m-l)
  {if(m%i==0)
  break;
  else
  i++;
  }
  if(i>m-1)
  printf'(“%d is prime\n”,m);
  else
  printf'(”%d is not prime\n”,Iu);)
  在有了上面的实例后,继续分析计算思维的概念、计算思维的本质以及特点就显得轻而易举了。
  浅显易懂的实例可以提高学生的学习兴趣,但本课程的目标是讲清楚计算思维,所以计算思维的本质和特点的讲解一方面结合本实例来讲解,更重要的还要把专业的知识讲清楚。比如针对计算思维的六大特点全面且深刻的讲解,让学生真正明白了计算思维是一种概念,是人的思维,而不是计算机的思维,是一种思想,而不是人造品,他其实并不陌生,他就在我们的生活中,任何人,任何地方都可以使用计算思維。以此激发学生对计算思维的兴趣并在理论上建立起计算思维的概念,对此有了一定程度的理解。
  2.3生活中的计算思维
  在学习了计算思维的定义、本质及特点后,为了加深印象,也为了检验学习效果,又提出一个讨论题:生活中有哪些计算思维。从微波炉到音乐、美术大师、从智能手机到飞机订票,学生讨论得非常热烈。
  然后又给出了一个实际性的问题:如何在一个成绩列表sl,s2,…,sn中查找考号为1001 1087的学生的成绩。计算机是怎么做的。
  对问题分解如下:
  (1)期末考试结束后,从全班200位同学中查找该成绩的方法。
  (2)高考结束后,从全省近60万考生中查找该成绩的方法。
  学生按照男女生分两组进行讨论:
  (1)男生考查逐一对比法:在200个同学的查找范围中,平均比较次数是100次;依此类推,60万同学的查找范围比较30万次。大家还得出了结论:如果全部同学都查到成绩,要进行1800亿次比较。大家都明白了,为什么高考查分时那么卡。
  (2)女生考查二分查找法:在200个同学的查找范围中,平均比较次数是8次(因为28=256),在60万同学的查找范围中仅需比较20次,相对于没采用算法策略时,提高了1.5万倍。
  这个实例基本是师生通过互动的形式,教师扮演指导者,真正的计算、思考以及得出结论的都是学生。通过对前面引导实例的学习以及相关理论的理解,并通过该实例的思考,学生对计算思维有了深刻的掌握和认识。
  2.4知识拓展
  计算思维之所以这么神秘,是因为他所涉及的范围很广,不仅生活在我们周围,还在各学科的前沿领域中发挥着举足轻重的作用。比如在生物领域中,科学家利用计算机模拟细胞间蛋白质的交换。生态学家利用计算机技术构建模型以研究全球气候变暖问题。不仅我们熟悉的银行排队服务(协同策略与机制)、图书摆放(局部性与缓存)、查找、斐波那契数列(递归)、二维码及应用中存在着计算思维,在智能交通控制、天气预报、疾病的流行趋势分析与控制、计算生物学等众多领域的研究者都在其研究工作中运用着计算思维。
  3小结
  通过对教学实例的选择和讲解,利用互动式教学方式,让学生对计算思维技术有了形象的理解,让他们对计算机有了深刻的认识,产生了浓厚的兴趣,为以后的学习和生活奠定了良好的基础。
  参考文献:
  [1]郭美.计算思维与“大学计算机基础”课程教学改革[J].福建电脑,2019(2):81-82.
  [2]李业刚.大学计算机[M].北京:高等教育出版社,2017.
  [3]张广兵.计算思维再反思[J].计算机教育,2018(2):140-144.
  【通联编辑:王力】
  收稿日期:2019-09-25
  作者简介:黄晶晶(198 0-),女,山东聊城人,硕士研究生,主要研究方向为计算机应用技术;贾凌(1980-),女,山东青州人,硕士,主
  要研究方向为计算机应用技术。
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