侯 爽, 馬青華， 陳世紅

(北京聯(lián)合大學(xué) 應(yīng)用文理學(xué)院， 北京 100191)

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面向計算思維及多元能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)研究

侯 爽, 馬青華， 陳世紅

(北京聯(lián)合大學(xué) 應(yīng)用文理學(xué)院， 北京 100191)

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛影響，“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程面臨著學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊、學(xué)習(xí)積極性不高、眼高手低等難題。根據(jù)2012年教育部的指導(dǎo)思想，確定了該門課程實驗教學(xué)設(shè)計的指導(dǎo)原則，提出了實驗教學(xué)的4個實驗層次，分別闡述了各個層次實驗的切入點、實驗?zāi)繕?biāo)和能力培養(yǎng)，并介紹了相應(yīng)的實驗教學(xué)方法和評價方法。實踐表明，改進的實驗教學(xué)有助于學(xué)生對自我的正確認(rèn)識，在學(xué)習(xí)過程中有的放矢，逐步形成計算思維，同時鼓勵團隊合作，從而共同提高多元能力和綜合素質(zhì)。

計算思維； 實驗教學(xué)； 大學(xué)計算機基礎(chǔ)

“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程是一門面向大學(xué)新生的普適性通識課程。當(dāng)前由于我國基礎(chǔ)教育中信息技術(shù)教育的發(fā)展，使得原本高等教育中的計算機基礎(chǔ)教育內(nèi)容重心下移，本課程受到很大沖擊，面臨著新的挑戰(zhàn)。2012年教育部高教司和教育部計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會提出以計算思維為切入點，拉開新一輪大學(xué)計算機教育和課程改革的序幕。較之現(xiàn)行的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育，改革的重點是要以能力培養(yǎng)為核心，突破計算機學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域，運用源于計算機的思維與行為方式解決各類專業(yè)或社會生活問題[1]。

1 實驗教學(xué)設(shè)計指導(dǎo)原則

1.1 以計算思維培養(yǎng)為前提

周以真教授在2006年全面定義和闡釋了計算思維的內(nèi)涵，指出計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[2]。近年來，各界學(xué)者結(jié)合我國高等教育的實際情況進一步發(fā)展了計算思維的內(nèi)涵[3-5]，具體到在“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程如何實現(xiàn)計算思維的培養(yǎng)也在不斷探索[6-8]。使用計算機解決實際生產(chǎn)生活的問題時，只有熟悉計算機軟件和硬件的特點、遵循計算機的工作方式、運用計算思維，才能應(yīng)用計算機順利實現(xiàn)目標(biāo)。因此，設(shè)計本課程的實驗環(huán)節(jié)非常重視計算思維的培養(yǎng)訓(xùn)練。

1.2 以多元能力培養(yǎng)為目標(biāo)

“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程強調(diào)教學(xué)目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，例如學(xué)會使用Office軟件進行文字處理、數(shù)據(jù)處理以及演示文稿的設(shè)計等。圖1顯示了計算機應(yīng)用能力結(jié)構(gòu)體系。在設(shè)計各個層次的實驗時需考慮是否有利于這些能力的提升。

圖1 計算機應(yīng)用能力體系

2 實驗層次設(shè)計

2.1 學(xué)情分析

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛影響，學(xué)生入學(xué)時的計算機水平不再是零基礎(chǔ)，但是由于中學(xué)階段各地信息技術(shù)課程的普及程度和各校重視程度的差異，以及學(xué)生大學(xué)之前接觸的計算機深度不同，造成了學(xué)生計算機應(yīng)用的基礎(chǔ)差別很大。以我院2013級隨機2個班學(xué)生的摸底情況為例，成績統(tǒng)計如圖2所示。同時還存在文科類學(xué)生抵觸理科課程，部分學(xué)生眼高手低等情況。因此，在設(shè)計實驗任務(wù)或案例時，必須要抓住學(xué)生“眼球”，與當(dāng)下大學(xué)生的討論熱點結(jié)合，吸引他們的注意力，還要“胡蘿卜”和“大棒”同在，鼓勵的同時適時提醒不足。

圖2 2013級學(xué)生入學(xué)“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”摸底成績

2.2 實驗層次設(shè)計

我院開設(shè)的“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程總課時為48學(xué)時，其中實驗為24學(xué)時。面臨的問題包括學(xué)時數(shù)少、教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊、學(xué)習(xí)動力不足等。為了解決這些矛盾，將本課程的實驗部分改進為4個層次，創(chuàng)設(shè)各種應(yīng)用情境，引導(dǎo)學(xué)生進行計算思維訓(xùn)練，層層遞進，從而提高學(xué)生多元化的計算機應(yīng)用能力。

4個層次為：前導(dǎo)實驗，驗證實驗，綜合實驗和團隊實驗。以O(shè)ffice部分為例，表1顯示了各層次實驗實施的時間點、實驗?zāi)繕?biāo)和對應(yīng)的重點能力培養(yǎng)。

表1 實驗層次設(shè)計

前導(dǎo)實驗是在具體的知識點講解之前設(shè)置的實驗環(huán)節(jié)。由于Office的內(nèi)容學(xué)生比較熟悉，前導(dǎo)實驗可以讓學(xué)生自我衡量基礎(chǔ)水平，發(fā)現(xiàn)不足之處，以便帶著問題學(xué)習(xí)。例如，講授Microsoft PowerPoint部分時，前導(dǎo)實驗的內(nèi)容是：使用給定的關(guān)于“九寨溝”景點的文字和圖片素材，快速設(shè)計一份演示文稿。前導(dǎo)實驗可以作為預(yù)習(xí)內(nèi)容放置在課前完成，也可以在課上開始的一段時間內(nèi)完成，對于我們學(xué)院的學(xué)生，學(xué)習(xí)的主動性不夠，為保證實驗效果，選擇了第2種方式。

驗證實驗是伴隨著各知識點的介紹給出的，重點在于詳細解釋相關(guān)的理論內(nèi)容和操作步驟。例如，講授Microsoft Excel部分時，單元格格式、公式和函數(shù)、排序和篩選等每個知識點都會對應(yīng)一個驗證性實驗，選取學(xué)生喜聞樂見的主題作為成績計算(綜藝選秀、體育比賽、綜合測評)、條件篩選(電影場次篩選、課程篩選)等案例。該類實驗的特點是細致，每個實驗步驟都要給出具體的描述，例如在D7單元格計算總分，目的是讓學(xué)生掌握技術(shù)方法。本層次的實驗基本是一些觀察性或檢驗性的，用以輔助學(xué)生對各個知識點的理解。

綜合實驗設(shè)置在本模塊的各知識點全部介紹之后，讓學(xué)生綜合運用所學(xué)功能完成的實驗。通過驗證實驗階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已基本掌握“分解動作”，但是，此時他們對知識的應(yīng)用還處在“離散”狀態(tài)，必須引導(dǎo)學(xué)生將各個知識點在一個容器中“溶化”、“融合”，本階段提供的綜合實驗就要充當(dāng)這個“容器”。綜合實驗的任務(wù)可以繼續(xù)使用前導(dǎo)實驗，運用新舊知識共同打造完美作品，也可以擬定新的實驗題目。綜合實驗的要求不要規(guī)定得太過詳細，只需將要達到的功能列出即可。例如，Word部分的綜合實驗要求有圖文混排效果、有不同的頁眉頁腳效果、有章節(jié)目錄效果等。

最后，當(dāng)Word、Excel和PowerPoint的內(nèi)容全部結(jié)束后，就進入到團隊實驗階段。該階段是一個深入應(yīng)用、鼓勵創(chuàng)新的過程。由于課上學(xué)時有限，團隊實驗布置在課后完成，回到課堂進行匯報展示。團隊實驗以小組為單位，實驗內(nèi)容為：圍繞一個主題(例如根據(jù)一次調(diào)查問卷的結(jié)果、根據(jù)一次活動的策劃等)，使用Excel處理數(shù)據(jù)，使用Word形成書面報告，使用PowerPoint現(xiàn)場匯報。團隊實驗考查團隊成員的協(xié)作能力和知識融會貫通的能力。3個軟件不是獨立的，而是要互相支撐；團隊成員之間也不是獨立的，而是分工合作。同時，通過課上匯報，也能鍛煉學(xué)生的表達能力，在壓力和交流中更能激發(fā)創(chuàng)新的火花。

對于“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程Office部分的內(nèi)容，4個層次的實驗關(guān)系如圖3所示。

圖3 以O(shè)ffice部分為例的實驗層次關(guān)系

3 實驗教學(xué)模式改進

以計算思維及多元能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)模式也進一步加以改進。在教學(xué)過程中“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，堅持實驗對知識點“連點成線，織線成面”的原則，逐步推進應(yīng)用的拓寬深入。

3.1 采用的實驗教學(xué)方法

教學(xué)過程是必然與偶然的有機結(jié)合，教師的教學(xué)設(shè)計會隨著實際情況微調(diào)，綜合使用各種教學(xué)方法。

前導(dǎo)實驗階段主要采用啟發(fā)式教學(xué)法，拋出前導(dǎo)實驗重點不在于要求學(xué)生此刻一定能夠完美實現(xiàn)，而是通過問題的方式啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想和思考，建立正確的思維方式，通過對問題的分析確定解決辦法。啟發(fā)式教學(xué)法符合人類由感性到理性、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)知規(guī)律，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維[9-10]。

驗證實驗階段主要采用案例教學(xué)法[11]，通過設(shè)計詳細的實驗步驟，讓學(xué)生了解如何化整為零，逐個攻破，從而實現(xiàn)全部功能。如前所述，這些案例必須要抓住學(xué)生的注意力，盡量結(jié)合時下他們感興趣的話題或活動，獲取“學(xué)之有用”的成就感。另外，各知識點采用的案例主題不宜過于分散，過于分散容易造成學(xué)生知識體系構(gòu)建困難?？梢浴靶紊⒍癫簧ⅰ?，在完成本模塊的所有驗證實驗后，自然而然形成一套解決方案。

在綜合實驗階段和團隊實驗階段，則采用任務(wù)驅(qū)動法[12]，提出項目的主要功能要求而不局限操作步驟，讓學(xué)生有自由發(fā)揮的空間，體驗從提出問題到分析問題、再到解決問題的計算思維的應(yīng)用。

3.2 評價標(biāo)準(zhǔn)

采用過程考核，對4個層次的實驗都有考核指標(biāo)。團隊實驗階段采取小組自評、小組互評和教師評價3種手段來保證評價的公正性，同時也能增強學(xué)生的參與積極性和學(xué)習(xí)積極性。小組自評主要關(guān)注每個組員的貢獻率，小組互評則關(guān)注組間作品的差別，同時也是互相學(xué)習(xí)的過程，最后綜合教師評價獲得團隊實驗成績。

3.3 教學(xué)效果

教學(xué)實踐表明，通過前導(dǎo)實驗，學(xué)生能夠正確認(rèn)識自己的計算機基礎(chǔ)水平，抓住知識漏洞帶著問題學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。通過驗證實驗的案例拓展了應(yīng)用視野；通過綜合實驗和團隊實驗，提高了學(xué)生綜合運用知識的能力和團隊合作的能力，增強了溝通交流和自我表達的能力。

4 結(jié)束語

以計算思維及多元能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的實驗教學(xué)模式設(shè)立了4個實驗層次：前導(dǎo)實驗、驗證實驗、綜合實驗和團隊實驗，貼合“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程授課對象的學(xué)情特點，讓學(xué)生能夠正確認(rèn)識自己，有的放矢學(xué)習(xí)，提高計算思維能力，同時鼓勵學(xué)生間的交流，師生互學(xué)，生生互學(xué)，從而共同提高計算機應(yīng)用的多元能力。

References)

[1] 全國高等院校計算機基礎(chǔ)教育研究會,中國鐵道出版社. 關(guān)于新一輪大學(xué)計算機教育教學(xué)改革的若干意見[J]. 計算機教育,2013(20):54-57.

[2] Jeannette M Wing. Computational thinking [J]. Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.

[3] 陳國良,董榮勝.計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育[J].中國大學(xué)教學(xué),2011(1):7-11.

[4] 牟琴,譚良.計算思維的研究及其進展[J].計算機科學(xué),2011(3):10-15,50.

[5] 馮博琴.對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J].中國大學(xué)教學(xué),2012(9):6-9.

[6] 朱鳴華,趙銘偉,趙晶,等.計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力培養(yǎng)的探討[J].中國大學(xué)教學(xué),2012(3):33-35.

[7] 龔沛曾,楊志強.大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的計算思維培養(yǎng)[J].中國大學(xué)教學(xué),2012(5):51-54.

[8] 戰(zhàn)德臣,聶蘭順.計算思維與大學(xué)計算機課程改革的基本思路[J].中國大學(xué)教學(xué),2013(2):56-60.

[9] 王志軍.啟發(fā)式教學(xué):啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維[J].實驗技術(shù)與管理,2009,26(1):17-18.

[10] 吳翊.啟發(fā)式教學(xué)再認(rèn)識[J].中國大學(xué)教學(xué),2011(1):67-68.

[11] 魯紅英,肖思和.案例教學(xué)法在“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”教學(xué)的應(yīng)用研究[J].中國電力教育,2013(7):94-95,110.

[12] 牟琴,譚良,周雄峻.基于計算思維的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式的研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2011(6):44-49.

Research of experimental teaching facing computational thinking and multiple ability training

Hou Shuang, Ma Qinghua, Chen Shihong

(College of Applied Arts and Science, Beijing Union University,Beijing 100191,China)

With the rapid development and extensive influence of information technology,the University Computer Basis course is facing difficulties such as different base of students,insufficient learning enthusiasm,and blind confidence. According to the guiding ideology by the Ministry of Education in 2012,the guiding principle of the experimental teaching design is determined. Then four experimental levels are put forward,with the exposition of each level experiment when the start point is set,what the target is and which ability can be trained. And the corresponding experimental teaching methods and evaluation methods are introduced. Practices show that the improved experimental teaching can help students to understand their skill level correctly,to grasp learning target accurately,and to promote computational thinking formed gradually. At the same time, the teamwork is encouraged greatly,thereby the students’ multiple abilities and comprehensive quality are improved together.

computational thinking; experimental teaching; university computer basis

2014- 07- 04 修改日期：2014- 10- 17

北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進與培養(yǎng)計劃項目(IDHT201304089)

侯爽(1980—)，女，黑龍江克山，碩士，講師，研究方向為虛擬現(xiàn)實和計算機教育.

E-mail：hs_2004@buu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2015)2- 0194- 03