《计算概论》课程的教学实践与体会

1、PAGE PAGE 6计算概论课程的教学实践与体会闫宏飞1 陈翀2 1北京大学信息科学技术学院，100871；2北京师范大学管理学院信管系，100875yhf,cc摘要：计算概论作为本科计算机基础教育课，在教学中既要考虑学生的知识背景，又要敢于用新方法和高强度训练学生的计算机思维及编程能力，为其后续信息类课程的学习实践打下扎实基础。教学活动的实施是基于对学生专业需要和求知期望的分析，注重无纸环境逻辑思维能力的训练，以快速响应的互动答疑等教学手段促进学习效果。关键字：课程论坛，资源共享，教学内容，教学方法1. 基于需求分析的授课定位计算概论是普通高校面向理工科低年级学生开设的计算机基础教育课。北

2、京大学计算概论课程前半部分为计算机文化及计算机系统概述，后半部分为程序设计。作为基础教育课程，尤其面向非计算机专业的学生，计算概论完全可以用相对保守的教学方法：沿用国内常见教材，定位学生起点水平几乎为零，通过课程使学生对计算机知识架构有基本概念并具有初级编程能力。但是通过具体分析和教学实践，笔者有如下认识： 多数学生的初始水平高于想像。随着计算机的快速普及，除贫困偏远地区外，多数大学新生在中学时就有条件使用和学习计算机，甚至了解一些编程知识。有人还参加过中学生信息学竞赛。因此教师对这门基础课要有新的认识如果仍把学生的当作白纸程度安排课程内容，会有相当一部分学生轻视这门课，并因此忽略后续内容中相

3、对实用的程序实践。因此前半程教学中既要覆盖面宽、又要浅显易懂，同时能反映领域最新发展动向，用新颖丰富的知识调动学生对这一领域的兴趣；后半程加大程序设计实践，帮助学生熟悉计算机环境、激发其主动学习能力。 加强培养学生在无纸环境下的逻辑思维能力。从高年级学生的课程反馈及毕业生求职中遇到的问题看，面对计算机进行当场应变的无纸思维能力是值得重点培训的。越来越多的场合（如用人单位招聘、研究生面试等）需要学生拿到问题现场在计算机上解决。而很多学生，即便是计算机专业的学生在面对屏幕考虑问题时也常常感到紧张和不适应。这一方面与编程积累有关，另一方面是一种习惯的改变从拿着纸笔抽象思维到面对屏幕抽象思维。因此在授

4、课中要加强这种训练。 结合学生的专业发展需要设定教学重点。笔者承担信息管理系一年级和心理系二年级学生的计算概论课程。据调研，信息管理专业强调培养本科学生在应用信息系统方面的开发管理能力，而在研究生阶段中更是包含情报学这样与信息检索、数据挖掘领域密切相关的专业。因此坚实的计算机基础对该专业的后续课程是十分重要的。心理学专业在高年级和研究生阶段则会借助计算机进行数据统计分析、辅助心理感知等研究。通过考察学生专业自身的发展趋势，可以帮助我们有目的地设计教学重点。 鼓励学生自学，培养他们独立解决问题的习惯。计算机是一门发展迅速的学科，从编程语言到平台环境都更新很快，很多问题常常没有指导者可以求教，而是

5、需要自己寻找解决途径。因此有些内容，教师梳理出知识脉络后可以指导学生深入自学，从程序实践中领悟。 张铭等对北京大学计算机基础课程教学体系调查显示，“写出正确、简洁的程序”被所有的学生认为是计算概论课程中最重要的知识点1，所以本课程的重点在于程序设计部分。讲授这门课中，无论是教材选择、课程内容组织、还是教学形式设计，我们都主张切实从学生的发展需求出发，不光关注一门课的范围，而是将眼光放远，根据其所在学科体系规划和未来面临的问题，替学生想到前面，并利用计算概论课堂这个平台尽早训练他们的相关能力，使学生不仅学到一门课，而且能获得一种素质。2. 以全面深入为特点的课程内容组织2.1 教材选择笔者在美国

6、伊力诺依大学香槟分校（UIUC）访问期间，深感他们注重本科教学的实用性及实践效果。因此内容的新颖和实用成为我们选择教材的基本原则。由于国内外高校及互联网上计算概论的资料很丰富，仅北大校内就有20多位老师讲授此课2。笔者经过大量筛选，借鉴同行经验，在前半程的授课中选用Foundations of Computer Science: From Data Manipulation to Theory of Computation一书，作者Behrouz A. Forouzan，中文版译名计算机科学导论，该书在计算机和信息技术的基础知识上覆盖面宽，语言浅显易懂，便于入门者熟悉计算机系统以及工作原理，而

7、且内容涉及到计算机领域的学科发展新动向。后半部分程序设计以2005年出版的C+ How to Program (5th Edition)为主，作者Harvey Deitel和Paul Deitel，中文版译名C+大学教程 (第五版) ；同时采用李文新等人2007年编写的程序设计导引及在线实践作为强化编程算法的辅助教材，在上机实习和课后作业中使用。2.2程序思维能力的强化授课中适当加大后半程的份量，用挑战性的内容和大量课程作业激发学生的求知欲和自学能力。这一教学思路是基于认真考虑的。本课程的听众是北大信息管理系一年级和心理系二年级本科生，前者有相当一部分理科背景学生，基础上不逊于计算机专业新生；

8、而后者经过一年的大学熏陶已经对计算机不陌生。因此学生的实力允许教师酌情强化程序设计训练。一学期作业量20次，做到每次课后都有作业，作业包括套选出的课后练习631题，POJ（Program online Judgement，程序在线评测）题目47个；学生上机时间每周平均20小时以上。POJ系统是北京大学研制的程序在线评测系统3，该系统不仅能够评价程序的正确性，还能够评价程序效率，有助于学生思考采用更好的算法来编程。我们还鼓励学生主动做题，不设上限，有余力的学生可以尽量多做。部分典型课程资源请参看附录1。为了将思维训练和C+编程融为一体，北京大学计算概论教学组的老师们将学生需要掌握的知识点贯穿到题

9、目类型中，以解决问题为导向帮学生熟悉各知识点。主要有如下题型：基本输入输出，算术逻辑运算，循环，数组，指针，排序，函数，简单计算题，进制转换，字符串处理，时间和日期处理，模拟计算，高精度计算，枚举，递归和动态规划。本课所布置的作业也会尽量均衡覆盖这些题型。笔者在实际教学中发现学生对涉及指针、递归和动态规划的题目存在疑问较多，在讨论组的发问中也反映了这些情况。这种教学思路并非一味追求难度，在加强程序思维方式训练的同时，教师降低数据结构编程的门槛，让学生容易上手。例如笔者选择C+程序设计是考虑到信管、心理专业的学生更侧重于编写应用程序，而C+包括了C语言的优点和特色并有良好封装，因此更适合他们。再

10、例如，鼓励学生使用C+标准类库的容器，一方面是标准类库功能强大在工程中很实用，学生尽早接触可以尽早了解它的魅力；另一方面是便于学生用封装好的数据结构更好地实现自己的程序设想，而不必在入门阶段就在数据结构的构造和调试上大花精力。同样，这种教学思路也不是给学生粗暴压担子。任课教师提供了大量资料辅助学生学习。课程网站（ HYPERLINK /course/cs101/ /course/cs101/ ）包括大量的课件和资源，有课程幻灯片以及方便学生自学的多平台C/C+开发调试环境、简明手册、编程风格样例，课程作业，模拟考试和答案等。2.3 基于交互式反馈的教学形式值得一提的是，在这种以实践为主的教学活

11、动中，网络交互作为有效沟通工具起到了很好的作用，将课下面对面答疑或在线答疑扩展到每周7*14小时以上。笔者建立讨论组 HYPERLINK /group/cs101pku /group/cs101pku，以邮件驱动及时推送问题、反馈结果。讨论组支持全文检索，十分方便师生使用。作为任课老师，笔者和助教以极大的热情投入大量时间做课下答疑。在短短的一个学期，论坛中共有2,182个问答帖子，教师自己回答的数量就有791篇帖子，绝大部分问题响应时间在几分钟到1小时之间。对问题的类型做不定期归纳，以习题等多种形式在课上集中解答。表1：2007年9月至2008年6月讨论组中的问答数量1月2月3月4月5月6月7

12、月8月9月10月11月12月20075954769453120082652521355表1所示数据是各月问答数量， 2007年9月到2008年1月为开课期间。可以看出除第一个月讲授计算机基础知识和系统原理期间问题数量较少外，进入程序设计阶段，同学积极思考和提问。在最后一个月，大多数同学的问题都是关于算法的，有些已经超出了本课程的覆盖范围。一方面说明授课目的已经达到，另一方面说明学生还有潜力可以发掘。值得注意的是，通过计算概论学习已经对编程产生兴趣的同学直到课程结束后几个月还会继续提问，而教师也能在邮件提示下及时看到问题并解答。良好互动不但促进了学习，还帮助教师第一时间了解学生存在的问题，以便积

13、极找到解决方案。交互不仅存在于师生之间，笔者根据学生提出的共性问题或者难以解答的问题，主动发起与本门课程其他老师的沟通，获得很多有意的建议，同时也共享了自己的体会。由于首次在课程实践环节使用程序设计在线评测系统POJ，对操作方式及POJ上面提供题目的正确性等问题都或多或少存在过困惑，因此笔者也积极与POJ管理员讨论互通，相互促进工作。3. 无纸环境下逻辑思维的锻炼编程要面对计算机，POJ等程序实习和竞赛中也要现场面对计算机限时思考，这往往会令缺乏经验的人感到紧张。在教学中我们有意识地从简到难对无纸思维习惯进行练习。值得与大家分享的是无纸考试经验。例如期中考试考核前半程所授计算机基础知识。通过适

14、速放映试卷幻灯片，对学生进行考试。100道选择题每页显示2题，每80秒自动翻页。这样可以训练学生的快速线上思考能力，适应计算机工作习惯。并减少抄袭机会。为了帮助学生节省填写答案的时间开销和便于教师批改，要求学生将答题纸两次对折，形成4个答题区，依次记为A、B、C、D区，A、B区在纸的上半部，C、D区在下半部。每区填写25道题目的答案，并实现将答题号布局如图1所示。1. | 26.6. | 31.11. | 36.16. | 41.21. | 46在反面答题纸，写如下内容：51. | 76.56. | 81.61. | 86.66. | 91.71. | 96.图1. 无纸试卷答题纸样例考试前有

15、两页幻灯片是试题样例，属于适应训练，不用回答。答完50道题目，要求大家把答题纸上半部翻转，以减少抄袭可能。上下半场中间休息80秒让大家放松眼睛。在期中考试成功进行的基础上，相续进行了三次上机模考和期末上机考试。无纸考试的好处还包括：1）环保；2）省时。4. 结语在写作本文的过程中，获知北大计算概论已经成为2008年度国家精品课程之一4，本人有幸成为教员之一。在教学中笔者的教学特色是：注重分析思考，切实从学生专业特点、发展需要出发，帮助他们完善自己的知识，提高个人技能。在授课方式上力求突破，并以极大的热情扩展和学生之间的沟通渠道。课程中，教师带领助教一起增加答疑时间，仅教师本人帮助学生调试程序就

16、超过上万行。这种投入也激发了不少学生的学习热情，很多学生在课程结束的时候已经开始对算法产生了浓厚的兴趣了，编程能力超过了教学大纲的期望。即使课程已经结束，仍有同学通过讨论组提问程序设计和算法相关问题，说明他们在自觉应用课程所学。在课程结束后获悉一位同学通过转系考试加入计算机系。5. 参考文献1 张铭，谢柏青，“北京大学计算机基础课程教学体系调查”。计算机教育，2005年8月。PP18-212 计算概论课程， HYPERLINK /pkujpk/course/icportal/ /pkujpk/course/icportal/ 3 北京大学研制的程序在线评测系统， HYPERLINK / / 4

17、 2008年度国家精品课程， HYPERLINK /new/zhengce/Announces_detail.asp?Announces_ID=142 /new/zhengce/Announces_detail.asp?Announces_ID=142 附录1 部分典型课程资源课程练习，作业，及其答案： HYPERLINK /course/cs101/schedule.html /course/cs101/schedule.html 期中试卷： HYPERLINK /course/cs101/exercise/cs10107_midterm_exam_v0.3.ppt /course/cs101/exercise/cs10107_midterm_exam_v0.3.ppt 期中试卷答案： HYPERLINK /course/cs101/exercise/answer/cs101