于　寧, 崔武子, 蔡　春, 戴　紅

(1. 北京聯(lián)合大學(xué) 應(yīng)用文理學(xué)院, 北京　100191；2. 北京聯(lián)合大學(xué) 電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地, 北京　100101)

?

突出計(jì)算思維訓(xùn)練的VB程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

于寧1, 崔武子2, 蔡春1, 戴紅1

(1. 北京聯(lián)合大學(xué) 應(yīng)用文理學(xué)院, 北京100191；2. 北京聯(lián)合大學(xué) 電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地, 北京100101)

針對(duì)當(dāng)前高等院校將“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育核心任務(wù)的定位,率先在北京聯(lián)合大學(xué)VB程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行改革,提出以實(shí)例導(dǎo)入、經(jīng)典算法為基礎(chǔ),以上機(jī)訓(xùn)練、貫穿實(shí)例為提高,以綜合設(shè)計(jì)、學(xué)科競(jìng)賽為應(yīng)用的三位一體教學(xué)設(shè)計(jì),并加以實(shí)踐。

計(jì)算思維； VB程序設(shè)計(jì)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

回顧歷史,早在1981年,前蘇聯(lián)計(jì)算機(jī)教育學(xué)家葉爾肖夫就曾預(yù)言“人類(lèi)必將會(huì)生活在一種程序設(shè)計(jì)的世界里。在這個(gè)世界里,人類(lèi)文化與程序設(shè)計(jì)不僅并行存在,而且會(huì)互相聯(lián)系,融合為一種全新的人類(lèi)思想”[1]。事實(shí)上,當(dāng)今的數(shù)字化、計(jì)算化、程序化的現(xiàn)實(shí)世界不僅詮釋了葉爾肖夫的預(yù)言,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了程序設(shè)計(jì)的文化理念,以“數(shù)據(jù)抽象和自動(dòng)化處理”為代表的計(jì)算方式已經(jīng)滲透到人們生活與學(xué)習(xí)的方方面面,計(jì)算思維成為每個(gè)社會(huì)成員處理信息問(wèn)題的重要思考方式[2]。在這種形勢(shì)下,對(duì)高校計(jì)算機(jī)教育提出了新的要求,即計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的內(nèi)容不能僅僅著眼于軟件工具的使用,而應(yīng)有相對(duì)穩(wěn)定的、體現(xiàn)計(jì)算機(jī)學(xué)科思想和方法的核心內(nèi)容,同時(shí)需要更加突出學(xué)生的思維方式、思想方法、價(jià)值取向以及做人、做事、與人合作共處能力的培養(yǎng),以提升學(xué)生多元能力——問(wèn)題求解能力、實(shí)際應(yīng)用能力、自我學(xué)習(xí)能力、溝通表達(dá)能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。程序設(shè)計(jì)是公認(rèn)的、最能直接有效地訓(xùn)練學(xué)生的思維能力、實(shí)踐能力的課程之一。即便一個(gè)最簡(jiǎn)單的程序,從問(wèn)題分析、確定方法、界面設(shè)計(jì)、編寫(xiě)代碼到調(diào)試運(yùn)行,整個(gè)過(guò)程都需要學(xué)生有條理地完成,這中間有問(wèn)題分析、判斷、推理的抽象思維和邏輯思維訓(xùn)練,也有設(shè)計(jì)、表達(dá)、操作等實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

1　現(xiàn)有教學(xué)模式中的問(wèn)題和局限性

VB程序設(shè)計(jì)課程是針對(duì)我校非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)理科及部分文科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的程序設(shè)計(jì)必修課程,也是高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心課程之一。其教學(xué)目的，一方面使學(xué)生利用先進(jìn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境,學(xué)會(huì)可視化程序設(shè)計(jì)工具的使用,能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的程序；另一方面對(duì)學(xué)生邏輯思維方法的訓(xùn)練、耐心細(xì)致的學(xué)習(xí)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)的培養(yǎng),提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)素質(zhì),為今后工作打下有利基礎(chǔ)[3]。針對(duì)培養(yǎng)目標(biāo),分析課程現(xiàn)狀,我們認(rèn)為現(xiàn)有教學(xué)模式,特別是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)存在著一些需要迫切解決的問(wèn)題。

(1) 重視語(yǔ)法語(yǔ)句的講授,忽視問(wèn)題求解過(guò)程的引導(dǎo)和分析?，F(xiàn)有的程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式是將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分開(kāi)進(jìn)行的,教學(xué)過(guò)程比較重視語(yǔ)法語(yǔ)句的講解,但忽視問(wèn)題求解過(guò)程的引導(dǎo)和分析,在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)這個(gè)問(wèn)題就突顯出來(lái)了。面對(duì)要解決的問(wèn)題和任務(wù),學(xué)生不會(huì)分析,無(wú)從下手,不敢接受挑戰(zhàn),產(chǎn)生各種焦慮、畏難情緒,由此喪失學(xué)習(xí)的信心和興趣。

(2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)沒(méi)有為學(xué)生預(yù)留思考空間。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為學(xué)生提供了詳細(xì)、全面的上機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。從題目、目標(biāo)、步驟到程序代碼,學(xué)生只要輸入正確后程序就能正常運(yùn)行,留給學(xué)生自己思考問(wèn)題的空間不夠,不能培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力。在實(shí)際編程中,可能遇到各種錯(cuò)誤,每個(gè)問(wèn)題求解可能有多種方法,也有最佳求解方案。但由于學(xué)生大多是機(jī)械地接受、記憶知識(shí),思考問(wèn)題不夠,思維受限,出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),不能很好地解決。

(3) 實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計(jì)不夠合理。實(shí)驗(yàn)題目實(shí)用性、趣味性不高,過(guò)于碎片化,缺少系統(tǒng)性和完整性。

2　突出計(jì)算思維訓(xùn)練的教學(xué)設(shè)計(jì)

美國(guó)教育家杜威認(rèn)為,人類(lèi)在日常生活中遇到困難或問(wèn)題時(shí),便開(kāi)始運(yùn)用自己的思想,設(shè)法解決這些困難或問(wèn)題,這就是思想的起點(diǎn)。所謂奇異、驚奇、好奇、懷疑等,都是構(gòu)成問(wèn)題的要素,而這些要素就是引起學(xué)習(xí)活動(dòng)的主要原動(dòng)力[4]。魯賓斯坦認(rèn)為,正是問(wèn)題性產(chǎn)生了人類(lèi)的思維,當(dāng)人們提出并解決生活中遇到的各種問(wèn)題時(shí),思維便悄然運(yùn)行了。思維是從認(rèn)識(shí)問(wèn)題中獲得自己的本源的[5]。

“計(jì)算思維”強(qiáng)調(diào)的是求解問(wèn)題的“思維”方法,是在問(wèn)題求解方法學(xué)的層面上培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的意識(shí)、思想、方法、能力等。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),并不是教學(xué)內(nèi)容的難度加大了,反而是降低了,因?yàn)樗枷搿⒎椒ū壤碚摳菀桌斫鈁6]。按照建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論,作為學(xué)習(xí)主體的學(xué)生是在與創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的情境交互過(guò)程中構(gòu)建自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)的。

基于現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論和教育思想,根據(jù)我校課程培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和認(rèn)知能力,打破原有先講授理論、后上機(jī)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)方式,提出將教學(xué)內(nèi)容全部放到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,以實(shí)例導(dǎo)入、經(jīng)典算法為基礎(chǔ),以上機(jī)訓(xùn)練、貫穿實(shí)例為提高,以綜合設(shè)計(jì)、學(xué)科競(jìng)賽為應(yīng)用的三位一體教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1將抽象的知識(shí)組織成一個(gè)個(gè)相應(yīng)實(shí)例

凝練VB程序設(shè)計(jì)中基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)和科學(xué)方法,重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容,將VB所有教學(xué)內(nèi)容組織成相應(yīng)實(shí)例、上機(jī)實(shí)驗(yàn)素材,在講授與闡明例題的過(guò)程中帶出知識(shí)點(diǎn),使學(xué)生通過(guò)一個(gè)個(gè)實(shí)例掌握基本概念、語(yǔ)法和編程技能,構(gòu)建基于問(wèn)題求解的教學(xué)方法。

將語(yǔ)法介紹和控件使用融為一體,克服了語(yǔ)法知識(shí)的枯燥性,分散了難點(diǎn),使學(xué)生在學(xué)習(xí)有趣的例題中學(xué)習(xí)語(yǔ)法、了解對(duì)象的使用方法[7]，如表1所示。

表1　部分章例題知識(shí)要點(diǎn)

將知識(shí)組織與技能訓(xùn)練結(jié)構(gòu)化呈現(xiàn)給學(xué)生后,教學(xué)過(guò)程與方法要體系化。從教學(xué)層面來(lái)說(shuō),對(duì)于算法分析、程序設(shè)計(jì)概念等重要而又難以理解的內(nèi)容,采用案例分析方法,按照問(wèn)題引入、驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)、排除錯(cuò)誤、思考總結(jié)4個(gè)步驟引導(dǎo)學(xué)生理解問(wèn)題需求、將問(wèn)題變成計(jì)算機(jī)所能接受的表示方法,運(yùn)用抽象、概括、分類(lèi)、比較等思維活動(dòng),找出解決問(wèn)題的方法及最有效的方案。對(duì)于趣味性、實(shí)用性較強(qiáng)的實(shí)例,采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)方法,引導(dǎo)學(xué)生去思考，嘗試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并設(shè)法求解。每當(dāng)完成一個(gè)任務(wù),要?dú)w納總結(jié),再一次強(qiáng)化教學(xué)活動(dòng)的成果,將問(wèn)題求解過(guò)程推廣或移植到更廣泛的問(wèn)題中,促使學(xué)生把學(xué)會(huì)的東西內(nèi)化成為自己的知識(shí)與信息素養(yǎng)[8]。最終借助計(jì)算思維去解決工作、學(xué)習(xí)和生活中的各種問(wèn)題。教與學(xué)過(guò)程如圖1所示。

圖1　教與學(xué)基本過(guò)程

2.2強(qiáng)化上機(jī)訓(xùn)練,增設(shè)具有連續(xù)拓展性的貫穿實(shí)例

對(duì)程序設(shè)計(jì)而言,編程能力是計(jì)算思維和技能化知識(shí)的綜合體現(xiàn)；只記住若干語(yǔ)句而不會(huì)解決實(shí)際問(wèn)題,不能說(shuō)具備了編程能力[9]。為此,每章提供上機(jī)訓(xùn)練環(huán)節(jié),每道訓(xùn)練題給出題目、目標(biāo)、編程點(diǎn)撥、主要步驟、拓展功能等要求。題目的設(shè)計(jì)主要考慮知識(shí)運(yùn)用的綜合性、實(shí)用性和適當(dāng)?shù)娜の缎?盡可能讓學(xué)生全身心參與到學(xué)習(xí)中。訓(xùn)練重點(diǎn)放在解題思路上,故增設(shè)了編程點(diǎn)撥,幫助學(xué)生讀懂題目、找到問(wèn)題、構(gòu)思算法步驟等。針對(duì)每道題目,不直接將完整的程序呈現(xiàn)給學(xué)生,而是通過(guò)編程點(diǎn)撥、啟發(fā)學(xué)生,給學(xué)生預(yù)留一些思考的空間后,讓學(xué)生帶著各自的理解和問(wèn)題完成程序設(shè)計(jì),同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生從教材或互聯(lián)網(wǎng)上獲取更多求解問(wèn)題的方法。

表2　部分章上機(jī)訓(xùn)練題目

在上機(jī)訓(xùn)練中,幫助學(xué)生分析問(wèn)題與排除錯(cuò)誤是一個(gè)重要環(huán)節(jié),首先要讓學(xué)生明白程序設(shè)計(jì)出錯(cuò)是正常的,要正確對(duì)待,不怕出錯(cuò)，其次要幫助學(xué)生學(xué)會(huì)如何調(diào)試程序,并對(duì)運(yùn)行結(jié)果做正確與否的分析。VB程序設(shè)計(jì)中主要有系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢查語(yǔ)句的語(yǔ)法格式錯(cuò)誤(如輸入非法字符)、運(yùn)行錯(cuò)誤(如引用不存在的對(duì)象)以及系統(tǒng)不能自動(dòng)檢查的邏輯錯(cuò)誤(如不符合自己設(shè)想的要求,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)定的處理功能)。排除錯(cuò)誤的方法主要是隔斷錯(cuò)誤,一個(gè)個(gè)過(guò)程、一個(gè)個(gè)模塊進(jìn)行排查,然后檢查各個(gè)模塊之間的關(guān)系。學(xué)生在經(jīng)過(guò)多次訓(xùn)練后,增強(qiáng)了自己解決問(wèn)題的信心和能力。

為保證程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、完整性,增設(shè)具有連續(xù)拓展性的貫穿實(shí)例“小型書(shū)店圖書(shū)管理系統(tǒng)”(見(jiàn)圖2),按章對(duì)系統(tǒng)提出要求,并隨著各章的學(xué)習(xí)由淺入深、逐步完善,最終實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)實(shí)用性的圖書(shū)管理系統(tǒng)[7]3。貫穿實(shí)例由教師指導(dǎo),學(xué)生在課后逐步完成。通過(guò)對(duì)貫穿實(shí)例的學(xué)習(xí),學(xué)生不僅鞏固了本章所學(xué)內(nèi)容,而且訓(xùn)練了綜合設(shè)計(jì)能力,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)思維。

圖2　圖書(shū)管理系統(tǒng)初始界面

2.3應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)、學(xué)科競(jìng)賽全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)

教學(xué)設(shè)計(jì)的前2個(gè)環(huán)節(jié)重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生在解題編程的實(shí)踐中探索其中帶規(guī)律性的認(rèn)識(shí),最終將感性認(rèn)識(shí)升華到理性的高度。在教學(xué)的中后期,布置綜合設(shè)計(jì)作品,要求2～3名學(xué)生為一小組,可自擬題目或選擇教師指定的題目,開(kāi)發(fā)具有一定實(shí)用性的應(yīng)用程序。從選題、功能設(shè)計(jì)到代碼編寫(xiě),全部由學(xué)生課后自主或合作完成,從而進(jìn)一步使學(xué)生全面綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),達(dá)到理論與實(shí)踐互相滲透、有機(jī)結(jié)合的目的。

學(xué)校每年舉辦北京聯(lián)合大學(xué)程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、北京聯(lián)合大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用大賽等競(jìng)賽,為學(xué)生提供一個(gè)全面展示計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用能力的平臺(tái),同時(shí)也發(fā)揮優(yōu)秀學(xué)生的帶動(dòng)作用和示范作用。在課程綜合設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,任課教師積極引導(dǎo)并組織有能力、感興趣、愿投入的學(xué)生參加這些競(jìng)賽。在參賽作品的選題上,如何將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與各專(zhuān)業(yè)有機(jī)結(jié)合,體現(xiàn)出作品設(shè)計(jì)的實(shí)用價(jià)值是設(shè)計(jì)之初要解決的重要問(wèn)題?！拔奈镏械镍B(niǎo)”“人文北京之北京傳統(tǒng)飲食文化信息查詢(xún)系統(tǒng)”“歷代帝王墓葬發(fā)掘史展示系統(tǒng)”等都是學(xué)生結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出來(lái)的新穎獨(dú)特、美觀實(shí)用、信息豐富的優(yōu)秀作品。從班級(jí)選拔到校級(jí)參加現(xiàn)場(chǎng)答辯，參賽學(xué)生感受頗多,一致表示,競(jìng)賽不僅親身實(shí)踐了課堂所學(xué)、課堂外拓展的知識(shí),提高了動(dòng)手能力,同時(shí)也鍛煉了自我學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)、溝通表達(dá)的能力。在完成作品的過(guò)程中,通過(guò)小組成員間的互幫互助、查找相關(guān)資料、探索學(xué)習(xí)、克服困難,最終設(shè)計(jì)出較為理想的系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)答辯的形式也鍛煉了學(xué)生的應(yīng)變能力,培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

以綜合設(shè)計(jì)、學(xué)科競(jìng)賽為應(yīng)用的教學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性,解決現(xiàn)實(shí)生活和學(xué)習(xí)中的各方面問(wèn)題,全面提升了學(xué)生綜合素質(zhì)。

3　結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)教育就其本質(zhì)而言,它不是簡(jiǎn)單的知識(shí)教育、工具或技術(shù)教育,而是一種思維教育、能力教育。計(jì)算機(jī)教育,就是要使學(xué)生學(xué)會(huì)通過(guò)計(jì)算機(jī)原理和操作方法去處理知識(shí)、運(yùn)用信息,得到思維的果實(shí)[10]。思維訓(xùn)練離不開(kāi)親身經(jīng)歷與體驗(yàn),這也是VB程序設(shè)計(jì)課程改革之初以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為突破口的原因之一。

重構(gòu)VB教學(xué)內(nèi)容,以實(shí)例導(dǎo)學(xué)、突出思維訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展后,教與學(xué)越來(lái)越順暢了,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性提高了。按照計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革的指導(dǎo)思想:堅(jiān)持面向應(yīng)用,切實(shí)提高學(xué)生應(yīng)用能力,同時(shí)在教學(xué)中融入計(jì)算思維,注意培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力[11]。課程的最終目的是使學(xué)生更深入地認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)知識(shí)背后的思維訓(xùn)練,從而學(xué)會(huì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)去解決問(wèn)題的思路和方法,而在應(yīng)用計(jì)算機(jī)過(guò)程中不斷理解計(jì)算思維,逐步訓(xùn)練,從而使學(xué)生具備科學(xué)思維的能力,提高分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。

References)

[1] 王吉慶.信息素養(yǎng)論[M].上海:上海教育出版社,2000:118.

[2] 李峰,王吉慶.計(jì)算思維:信息技術(shù)課程的一種內(nèi)在價(jià)值[J].中國(guó)電化教育,2013(8):19-23.

[3] 中國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革課題研究組.中國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程體系 2008[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[4] 激活思維,快樂(lè)學(xué)習(xí)[EB/OL].[2015-02-01] .http://www.doc88.com/p-9761827508974.html.

[5] 高文.教學(xué)模式論[M].上海:上海教育出版社,2002:494.

[6] 唐培和,徐奕奕,李威龍,等.關(guān)于計(jì)算思維教學(xué)改革面臨的思考[J].工業(yè)和信息化教育,2013(6):82-86.

[7] 崔武子,齊華山,于寧,等.界面設(shè)計(jì)與Visual Basic[M].3版.北京:清華大學(xué)出版社,2014.

[8] 王吉慶,黃鋼.信息技術(shù)課程與教學(xué)論[M].杭州:浙江教育出版社,2003:198.

[9] 吳文虎.我怎么講好“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”這門(mén)課[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2011(12):10-12.

[10] 李雁翎,李鵬誼.知識(shí)的內(nèi)化:計(jì)算思維的培養(yǎng)與數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2013(7):33-35.

[11] 譚浩強(qiáng). 研究計(jì)算思維,堅(jiān)持面向應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)教育,2012(21):45-49.

Experimental teaching for VB Programming based on computational thinking training

Yu Ning1, Cui Wuzi2, Cai Chun1, Dai Hong1

(1. College of Arts and Science,Beijing Union University,Beijing 100191,China; 2. Electronic Information Technology Experiment and Practice Training Base, Beijing Union University,Beijing 100101,China)

The development of computational thinking ability is currently the key task of computer basic education in colleges and universities. In Beijing Union University, the VB Programming course were designed and practiced, based on instances teaching and classical algorithm,assisted with laboratory training,comprehensive design and competitions.

computational thinking； VB programming； experimental teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.048

2016-03-10修改日期：2016-05-17

北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(CIT&TCD201404080)

于寧(1965—),女,北京,碩士,副教授,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育及應(yīng)用.

E-mail：yuning@buu.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)9-0182-04