谷惠敏

程序设计课程是强调“思想”与“方法”的，是基于问题的求解来贯穿于程序设计中。计算思维是程序设计教学的基本内容，而对于学生来说，程序设计课程最初学习是很有趣味的，但在后续学习中却因算法、语法的增多，反而降低了学习热情。为此，本文将通过引入“Raptor”可视化流程软件来探讨程序类课程的教学创新。

【关键词】程序设计课程 计算思维

学习程序设计，要注重计算思维的渗透与养成。计算思维是基于数与形的逻辑关系，来探讨问题求解的过程。在程序设计课程教学中，如何从教学方法创新上，来强调计算思维，来引导学生从计算思维中来洞晓和理解程序设计的真谛。为此，本文将结合C语言教学实际，通过引入Raptor流程可视化软件，来创新程序设计课程教学模式，激发学生的计算思维，提升教学实效。

1 程序设计课程对计算思维的体现

在程序设计课程教学实践中，语法规则是体现程序设计思想与方法的具体内容，也是引导学生运用程序设计来解决问题的有效途径。但对于学生而言，程序语法在后续的学习中，因抽象性过强而容易陷入迷惑。为此，利用“Raptor”可视化程序设计流程软件，将程序设计的“思想”与“方法”导入到流程图中，引导学生从问题的求解思路來理解语法，帮助学生从中激发学习热情，解决设计难题。突出计算思维的渗透，主要从三方面来体现。一是强调学生对程序设计基本知识的掌握，特别是对于相对繁琐的程序，从基本概念的掌握学习中，来理解程序设计的思想与方法，学会调试程序；二是注重程序对问题的求解能力，程序设计的目标在于解决问题，而问题的呈现是以抽象化程序代码形式来表现，因此，要注重对数学模型、算法的优化学习；三是注重创新能力的培养，特别是突出计算思维能力，要从算法思维多样化上来引导学生多实践，多感悟。

2 Raptor可视化软件与程序设计计算思维的协同运用

2.1 明确Raptor的流程图特色

Raptor作为可视化流程图工具，其特色表现在三点。一是对于各类图形符号具有可执行的流程图，可以实现对程序设计语法的直观呈现。二是在操作上简便、快捷，特别是通过拖拽方式对不同图形符号进行位置优化，以形成完整的流程图；三是在设计思维上便于掌握和理解。另外，Raptor还能够提供执行步骤计算与统计，为算法分析、优化提供参考。

2.2 Raptor在算法设计中的应用

计算思维在程序设计中的运用，要遵循“发现问题、分析问题、寻求解决思路、优化设计方案”等流程，并从中来强化计算思维的养成。根据《大学计算机基础课程教学基本要求》，在引入程序设计教学与Raptor流程软件时，要遵循教学内容的渐进性，注重计算思维的连贯性，特别是对于新生，由于对程序设计学习好奇心强，要在案例选择上贴近学生实际，便于学生从中掌握程序设计的算法思路。以“猜数游戏”为例，对于20以内的整数，计算机随机给出，让学生进行猜想，正确显示“Right”，错误显示“Wrong”。在程序设计的算法分析上，一要明确猜数的功能，利用Random随机函数功能来优化程序结构，便于学生操作；二要对所给出的数字进行判断，利用Raptor嵌入式选择结构来判定是大还是小；三要对程序的交互设计，利用循环结构来设计程序的连贯性，直到猜出正确数字为止；四要进行“非数字符号”判断及处理；五要对猜测次数进行限定，利用Raptor嵌套循环结构来实现最大次数限定；六要对猜测过程数据进行存储，利用数组知识来完成；七要对猜测的数字进行二分处理，利用二分查找方法来完成。

当然，在选择程序设计任务时，结合学生的程序认知能力和水平，对程序设计实践要进行层次划分，让学生结合自我能力来完成不同的设计题目。如鸡兔同笼问题、判定闰年的算法，100以内的奇偶数之和，水仙花数、出售金鱼等算法题，还有一些难度高的如抓肇事司机，打印等腰三角形，字母出现频率统计等。通过对不同算法程序设计实践知识的运用，让学生从问题的抽象思维到程序设计的基本流程中，在倡导多样化算法思维实践与锻炼中，实现对不同问题的不同理解与运用，来分析不同解法的优缺点，来不断改进和完善程序设计。

2.3 注重教学方法的创新

程序设计课程教学方法的运用，与学生计算思维的培养是相关的，对于教学法的创新，需要从课堂知识讲授、动手设计程序、课下教学辅导等方面来综合。借助于Raptor可视化设计环境，其支持Novice、Intermedia和Object Oriented三种模式，分别为初级程序设计、中级程序设计和面向UML（统一建模语言）对象的程序设计，可以实现多数基本程序设计与算法设计的编程需要。为了对Raptor进行教学方法的创新与验证，以1000以内的完全数算法设计为例，该程序设计基本上分为9个步骤。如第一步为Loop循环程序，将n从2到1000进行调用，并进行判断是否大于1000；第二步当n小于1000时，将s作为因子的和；第三步以变量j进行Loop循环设计，当j从2到n/2时，进行取值判定；……如此以来，对于本算法的程序设计，在系统执行与运算上，需要进行百万次运算比较，增加了运算成本。通过对本算法的分析，求解1000以内的完全数具有明显的步骤显示性，可以将之应有到Raptor流程图设计中，来分析其算法的复杂度，进而可以估算出本程序的运算次数达到1124955.5次。在此基础上，通过引入欧拉完全数获得公式，当满足条件2P-1时判定为质数，则（2P-1）×2P-1的结果即是完全数。对上述算法程序设计进行优化，可以在相同的数据范围内，只需要执行252次算法表达式，即可得到相同的结果，而与之前的算法相比，其计算效率提升近4000倍。由此可见，对于一般的程序设计来说，其复杂性可以通过Raptor流程图设计进行检验和分析，并从计算思维上利用可视化软件来实现改进和优化，在这个过程中，学生可以从算法复杂性估算、验证和优化中来激活计算思维，来提升计算思维能力。

3 结语

利用Raptor可视化程序设计工具与程序设计课程的融合，便于将抽象的程序设计教学进行可视化呈现，突出了教学直观性，引导学生辨析程序设计的优缺点，克服程序设计的迷惑与恐惧，增强了学生的学习兴趣。Raptor可视化工具的运用，在激发学生程序设计计算思维上发挥了积极作用，一方面利用流程图来模拟程序设计，另一方面从问题的提出、求解、探讨、设计中来实现编程知识的内化，强调学生计算思维的培养，提升学生的编程水平。

参考文献

[1]刘琼，史诺，Tran Van Cuong.基于计算思维视角的程序设计教学改革研究[J].自动化与仪器仪表，2015（12）.

[2]杨飞，陈浩强，刘方.基于计算思维的医学计算机基础教学探索[J].中国继续医学教育，2016（24）.

作者单位

商丘医学高等专科学校 河南省商丘市 476100