技術(shù)報(bào)告軟件工程教學(xué)與計(jì)算思維能力培養(yǎng)

1、計(jì)劃類別 項(xiàng)目編號(hào) 項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告課題名稱 項(xiàng)目主持人 承擔(dān)單位 題目：軟件工程教學(xué)與計(jì)算思維能力培養(yǎng)針對(duì)學(xué)生思維能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力弱的問(wèn)題，分析了軟件工程課程的基本知識(shí)點(diǎn)和計(jì)算思維能力點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，探討了軟件工程教學(xué)過(guò)程中，有/ var userAgentInfo = navigator.userAgent; if (userAgentInfo.indexOf(Android) 0 | userAgentInfo.indexOf(iPhone) 0 | userAgentInfo.indexOf(SymbianOS) 0 | userAgentInfo.indexOf(Windows Ph

2、one) 0 | userAgentInfo.indexOf(iPad) 0 |userAgentInfo.indexOf(iPod) 0) window.location.href = /news/2016/1021/9080738.html; 登錄/注冊(cè)安卓版下載 時(shí)政綜合商業(yè)財(cái)經(jīng)文學(xué)小說(shuō)攝影數(shù)碼學(xué)生必讀家庭養(yǎng)生旅游美食人文科普文摘文萃藝術(shù)收藏農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)村文化綜合職場(chǎng)理財(cái)娛樂(lè)時(shí)尚學(xué)術(shù)軍事汽車環(huán)時(shí) 軟件工程教學(xué)與計(jì)算思維能力培養(yǎng) 2016-10-21 16:32郭詠梅 軟件工程訂閱 2016年5期 收藏關(guān)鍵詞：軟件工程計(jì)算思維能力培養(yǎng) 摘 要：針對(duì)學(xué)生思維能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力弱的問(wèn)題，分析了軟

3、件工程課程的基本知識(shí)點(diǎn)和計(jì)算思維能力點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，探討了軟件工程教學(xué)過(guò)程中，有意識(shí)、有計(jì)劃地進(jìn)行計(jì)算思維能力培養(yǎng)的策略和方法。關(guān)鍵詞：軟件工程；計(jì)算思維；能力培養(yǎng)Abstract：For the students inability of thinking and solving practical problems，the paper analyzes the relevance between the basic knowledge in the software engineering course and computational thinking ability，and discu

4、sses the methods and strategies of training computational thinking ability during the software engineering teaching process.Keywords：software engineering；computational thinking；ability training1 引言（Introduction）在當(dāng)前軟件產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的形勢(shì)下，社會(huì)和企業(yè)對(duì)軟件人才的要求越來(lái)越高，不僅要求畢業(yè)生有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還要有解決實(shí)際問(wèn)題的思維能力和創(chuàng)新能力。但是，大多數(shù)畢業(yè)生走向工作崗位后存

5、在理論與實(shí)踐結(jié)合能力較弱和綜合應(yīng)用知識(shí)能力欠缺問(wèn)題1，對(duì)實(shí)際問(wèn)題的求解沒(méi)有清晰的思路，不能在短時(shí)間內(nèi)勝任企業(yè)的工作。因此，我們應(yīng)重視和加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的思維能力和綜合應(yīng)用知識(shí)的創(chuàng)新能力。高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)中指出，計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的專業(yè)基本能力主要包括計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力、系統(tǒng)能力2。其中計(jì)算思維能力是至關(guān)重要的，良好的思維能力是取得成功求解問(wèn)題的關(guān)鍵。本文結(jié)合軟件工程課程的特點(diǎn)，重點(diǎn)探討培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的問(wèn)題，分析軟件工程課程知識(shí)點(diǎn)與計(jì)算思維能力點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究如何在軟件工程課程的教學(xué)過(guò)程中滲透計(jì)算思維方法，通過(guò)理

6、論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，進(jìn)而提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。2 計(jì)算思維、計(jì)算思維能力（Computational thinking，computational thinking ability）計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)3。計(jì)算思維是利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的思維方法，它的本質(zhì)是抽象（Abstract）和自動(dòng)化（Automation）。典型的計(jì)算思維包括一系列廣泛的計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方法：遞歸、抽象、分解、關(guān)注點(diǎn)分離、約簡(jiǎn)、迭代、預(yù)置和緩存、保護(hù)、冗余、容錯(cuò)、回溯、糾錯(cuò)和恢復(fù)等等。計(jì)算思維能力是

7、指人們運(yùn)用計(jì)算思維方法思考的能力。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)，計(jì)算思維能力主要包括問(wèn)題及問(wèn)題求解過(guò)程的符號(hào)表示、邏輯思維與抽象思維、形式化證明、建立模型、實(shí)現(xiàn)類計(jì)算和模型計(jì)算、利用計(jì)算機(jī)技術(shù)等2。這些能力的培養(yǎng)需要以課程知識(shí)為載體，在教師有意識(shí)、有計(jì)劃的引導(dǎo)下，在不斷的實(shí)踐過(guò)程中實(shí)施4。3 軟件工程課程知識(shí)點(diǎn)與計(jì)算思維能力點(diǎn)的關(guān)聯(lián) （The relationship between knowledge points of software engineering courses and the ability of computational thinking）軟件工程是研究軟件開(kāi)發(fā)和軟件管理的

8、一門工程學(xué)科，它主要包括技術(shù)和管理兩方面的內(nèi)容。在新建本科院校的計(jì)算機(jī)類專業(yè)，軟件工程課程重點(diǎn)講授軟件技術(shù)方面的知識(shí)，包括軟件工程基本概念、基本原理和基本方法，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的方法和步驟，使學(xué)生掌握軟件開(kāi)發(fā)各個(gè)階段規(guī)范的方法、工具和過(guò)程5。軟件工程知識(shí)體系主要有結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蠓椒▋纱蟛糠郑旅嬷攸c(diǎn)分析兩種軟件開(kāi)發(fā)方法涉及的主要知識(shí)點(diǎn)與計(jì)算思維方法、計(jì)算思維能力點(diǎn)的關(guān)聯(lián)。3.1 結(jié)構(gòu)化軟件開(kāi)發(fā)方法結(jié)構(gòu)化軟件開(kāi)發(fā)方法的主要過(guò)程是：結(jié)構(gòu)化需求分析（SA）、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)（SD）、結(jié)構(gòu)化編碼測(cè)試（SP），其主要特點(diǎn)是按功能分解系統(tǒng)，自頂向下逐步分解，將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)分解為簡(jiǎn)單子系統(tǒng)，每

9、個(gè)階段都要遵循規(guī)范的方法和步驟，通過(guò)嚴(yán)格的評(píng)審后才能開(kāi)始下個(gè)階段的工作。各個(gè)階段的主要知識(shí)點(diǎn)為與計(jì)算思維能力點(diǎn)的對(duì)應(yīng)如表1所示。在結(jié)構(gòu)化方法開(kāi)發(fā)軟件過(guò)程中，涉及大量的計(jì)算思維方法：在需求分析階段，對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化、抽取問(wèn)題的本質(zhì)，用到約簡(jiǎn)、抽象方法；在概要設(shè)計(jì)階段，將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題，用到關(guān)注點(diǎn)分離方法；數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)用到抽象和分解的方法；在調(diào)試程序的過(guò)程中，從發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，沿程序的控制流往回追蹤分析程序代碼，直到找到錯(cuò)誤，用到回溯方法等等。在開(kāi)發(fā)軟件的實(shí)踐過(guò)程中，能夠有效訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維能力。例如：需求分析階段的數(shù)據(jù)流圖、實(shí)體關(guān)系圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，設(shè)計(jì)階段的層次結(jié)構(gòu)圖、算法流程圖

10、，編碼階段的程序代碼都是分析問(wèn)題和求解問(wèn)題的符號(hào)表示，分析和設(shè)計(jì)的過(guò)程就是邏輯思維與抽象思維的過(guò)程，需求分析過(guò)程就是建立模型的過(guò)程等等。由此可見(jiàn)，軟件工程的知識(shí)點(diǎn)與計(jì)算思維的能力點(diǎn)是密切關(guān)聯(lián)的。3.2 面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)方法面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)方法的主要過(guò)程是：面向?qū)ο笮枨蠓治觯∣OA）、面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)（OOD）、面向?qū)ο缶幋a測(cè)試（OOP）。與結(jié)構(gòu)化方法相比，面向?qū)ο蠓椒ǖ奶攸c(diǎn)是按對(duì)象和類分解系統(tǒng)，更符合人類認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法和過(guò)程。其主要知識(shí)點(diǎn)與計(jì)算思維能力點(diǎn)的關(guān)聯(lián)如表2所示：面向?qū)ο蟮男枨蠓治鲞^(guò)程是建立對(duì)象模型、用例模型和動(dòng)態(tài)模型的過(guò)程，對(duì)象分析過(guò)程是一個(gè)典型的抽象過(guò)程；功能分析將系統(tǒng)抽

11、象和分解為若干個(gè)用例，是抽象和分解、關(guān)注點(diǎn)分離方法的典型應(yīng)用；面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是在需求分析的基礎(chǔ)上多次反復(fù)迭代的演化過(guò)程，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也用到抽象和分解、關(guān)注點(diǎn)分離方法。這些計(jì)算思維方法的應(yīng)用對(duì)應(yīng)著問(wèn)題求解過(guò)程的符號(hào)表示、邏輯思維與抽象思維、建立模型、實(shí)現(xiàn)類計(jì)算和模型計(jì)算、利用計(jì)算機(jī)技術(shù)等計(jì)算思維能力點(diǎn)。在面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件過(guò)程中，應(yīng)用到大量的計(jì)算思維方法，有效的教學(xué)過(guò)程能夠讓學(xué)生理解、應(yīng)用計(jì)算思維方法，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維能力的目的。4 培養(yǎng)計(jì)算思維能力的策略和方法（The strategies and methods of developing computational thi

12、nking ability）以軟件工程課程知識(shí)點(diǎn)為載體，將計(jì)算思維訓(xùn)練融合在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，重點(diǎn)從意識(shí)、理解、實(shí)踐三個(gè)層次入手，循序漸進(jìn)的提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算思維方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4.1 有意識(shí)的教學(xué)方法讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維的重要性從我們有關(guān)計(jì)算思維調(diào)研結(jié)果來(lái)看，大部分學(xué)生不了解計(jì)算思維的概念，在分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，不會(huì)應(yīng)用計(jì)算思維方法，即使用到一些計(jì)算思維方法也是無(wú)意識(shí)的。因此，在課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，教師要將課程知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)實(shí)際案例有意識(shí)地、系統(tǒng)地講解計(jì)算思維的方法，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維方法在求解實(shí)際問(wèn)題中的

13、重要地位。4.2 案例教學(xué)讓學(xué)生理解計(jì)算思維方法的應(yīng)用在教學(xué)過(guò)程中，選擇一個(gè)學(xué)生比較熟悉的應(yīng)用系統(tǒng)，如學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等，以這個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程貫穿教學(xué)始終，有計(jì)劃、有意識(shí)地講解計(jì)算思維方法在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)各個(gè)階段的應(yīng)用，讓學(xué)生領(lǐng)悟計(jì)算思維方法，理解計(jì)算思維方法在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，通過(guò)需求分析訓(xùn)練學(xué)生的抽象思維和建立模型能力，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力，通過(guò)編寫程序訓(xùn)練學(xué)生用符號(hào)表示問(wèn)題及問(wèn)題求解過(guò)程的能力，通過(guò)對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的分析，讓學(xué)生理解利用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的典型方法和過(guò)程。4.3 實(shí)踐教學(xué)讓學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用計(jì)算思維方法軟件工程課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，課程本身實(shí)踐環(huán)

14、節(jié)可分為課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)兩部分。課堂上的案例教學(xué)讓學(xué)生建立計(jì)算思維的意識(shí)，理解計(jì)算思維在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，課程實(shí)驗(yàn)就要讓學(xué)生以小組的形式模擬案例開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，小組成員分工合作，應(yīng)用計(jì)算思維方法完成需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼測(cè)試過(guò)程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能。課程設(shè)計(jì)是在課程結(jié)束后進(jìn)行的綜合性的實(shí)踐環(huán)節(jié)，訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、應(yīng)用計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)合作能力等。此外，通過(guò)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等綜合性的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、程序設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)，進(jìn)一步強(qiáng)化、提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。5 結(jié)論（Conclusion）計(jì)算思維能力的培養(yǎng)不可能通過(guò)一門課程完成，需要通過(guò)系列課程有意識(shí)、有計(jì)劃、持續(xù)地訓(xùn)練，需要在不斷的學(xué)習(xí)實(shí)踐中領(lǐng)悟和提升。本文對(duì)如何在軟件工程的教學(xué)過(guò)程中滲透計(jì)算思維方法，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力做了一些初步的探討，實(shí)踐表明，將計(jì)算思維方法融入軟件工程課程的教學(xué)過(guò)程中，提高了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和計(jì)算思維能力，對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)大有裨益。參考文獻(xiàn)（References）1 陳澎，熊耀華，周慧.