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        融入計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)教學(xué)模式

        2018-01-29 06:59:21
        關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)

        趙 莉

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        融入計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)教學(xué)模式

        趙 莉

        (遼寧工業(yè)大學(xué) 計(jì)算中心,遼寧 錦州 121001)

        闡述了計(jì)算思維的含義,分析了國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,建立了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)教學(xué)模式,并通過(guò)教學(xué)案例,說(shuō)明了計(jì)算思維滲透教學(xué)模式的實(shí)施與訓(xùn)練過(guò)程。實(shí)踐證明,融入計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)教學(xué)模式,培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維,使學(xué)生掌握了應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理實(shí)際問(wèn)題的思維方法及開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的基本技能。

        計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ);計(jì)算思維;模式

        計(jì)算思維將是現(xiàn)代社會(huì)每個(gè)人所使用的基本技巧,也是人類的三大科學(xué)思維之一??▋?nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授,將計(jì)算思維(Computational Thinking)定義為,在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域,運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念,開(kāi)展科學(xué)的系列邏輯思維活動(dòng),包括人類行為分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、問(wèn)題求解[1]。計(jì)算思維早就存在于古代的數(shù)學(xué)之中,隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展,計(jì)算思維的作用日益突出。2010年的西安會(huì)議上,教育部計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)確定了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的改革方向,其核心為培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。2016年,在青島舉行大學(xué)計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革研討會(huì),討論改革中的成果,交流改革經(jīng)驗(yàn)。與會(huì)者一致認(rèn)為,將計(jì)算思維貫穿在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中,可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力,使學(xué)生更快地理解計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的基本內(nèi)容及程序設(shè)計(jì)的基本方法和編程技巧,更好地培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決和處理實(shí)際問(wèn)題的能力及開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的基本技能。而在案例教學(xué)中,學(xué)生接觸計(jì)算方法和模型,更能夠激發(fā)他們對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域探索的興趣。

        一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

        在國(guó)際,對(duì)計(jì)算思維的關(guān)注已十年有余,很多文章及報(bào)告用理論和實(shí)踐結(jié)果闡述計(jì)算思維的訓(xùn)練對(duì)培養(yǎng)未來(lái)人才的重要意義。計(jì)算思維的提出,使美國(guó)國(guó)家基金會(huì)NSF投入巨資設(shè)立了相關(guān)的研究項(xiàng)目,得到重大基金資助計(jì)劃CDI的有力支持,由此,將計(jì)算思維的理論研究滲透在教學(xué)中迅速展開(kāi)。英國(guó)的愛(ài)丁堡大學(xué),計(jì)算思維已不僅局限于對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科的影響,已延伸到哲學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、建筑、教育等各個(gè)學(xué)科。在國(guó)內(nèi),九校聯(lián)盟于2010年提出把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的改革方向后,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程在教育指導(dǎo)委員會(huì)的指導(dǎo)下,將大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)作為大學(xué)通識(shí)類課程,后續(xù)持續(xù)開(kāi)展計(jì)算思維能力,培養(yǎng)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)用的一系列研討、立項(xiàng)和交流培訓(xùn)工作。計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)的《C語(yǔ)言》和《Visual Basic語(yǔ)言》是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生接觸的第一門計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課程,不但要傳授學(xué)生專業(yè)的基本知識(shí),而且要科學(xué)、系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生,使之形成科學(xué)的思維。

        二、計(jì)算思維教學(xué)法實(shí)施意義

        近十年的研究,無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi),計(jì)算思維的探索更多地局限于理論上,實(shí)踐上,將其貫穿在教學(xué)中還沒(méi)有統(tǒng)一,各高校都在努力嘗試。計(jì)算思維究竟是一種什么樣的思維、如何體現(xiàn)在教學(xué)中、怎么培養(yǎng)計(jì)算思維等等問(wèn)題仍然還在不斷摸索中。因此,本文在貫徹計(jì)算思維概念及原理的基礎(chǔ)上,嘗試計(jì)算思維在教學(xué)中的具體應(yīng)用,對(duì)計(jì)算思維的研究及其推動(dòng)十分有意義。

        三、計(jì)算思維教學(xué)先期策劃

        為了在計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)的教學(xué)過(guò)程融入計(jì)算思維,教師應(yīng)充分調(diào)研國(guó)內(nèi)其他高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)施方法,編寫(xiě)合適的計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)教材,制定合理的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷,縮短理論學(xué)時(shí),增加實(shí)踐學(xué)時(shí),設(shè)計(jì)有效案例。教學(xué)機(jī)房進(jìn)行更新,并完全對(duì)學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放,開(kāi)發(fā)便于學(xué)生學(xué)習(xí)和交流的教學(xué)網(wǎng)站,更新考試系統(tǒng)題庫(kù)試題以適應(yīng)計(jì)算思維的教學(xué)方法。

        四、計(jì)算思維教學(xué)模式

        基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)課程的教學(xué),著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算環(huán)境的認(rèn)識(shí),培養(yǎng)面對(duì)典型計(jì)算環(huán)境的問(wèn)題求解方法,使學(xué)生全面系統(tǒng)地了解計(jì)算機(jī)及其運(yùn)行方式,提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

        在計(jì)算思維教學(xué)模式中,始終圍繞教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容三者之間的關(guān)系,以教師為主導(dǎo),采用平等互助的教學(xué)方式,循序漸進(jìn)提出問(wèn)題,使學(xué)生積極參與,能夠科學(xué)、主導(dǎo)地參與其中,構(gòu)建出以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的新型學(xué)習(xí)模式,如圖1所示。

        圖1 計(jì)算思維教學(xué)模式

        (一)教師主導(dǎo)

        教師主導(dǎo)是摒棄教師主體的教學(xué)模式。教師在授課過(guò)程中起引導(dǎo)、指導(dǎo)、導(dǎo)向的作用。在授課中指導(dǎo)、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)是教師的任務(wù)。在這種導(dǎo)向作用的教學(xué)模式下,教師根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí),進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容策劃和教學(xué)過(guò)程組織。鑒于學(xué)生個(gè)體能力差異,制定分組學(xué)習(xí)、幫扶學(xué)習(xí)、進(jìn)階學(xué)習(xí)模式。在實(shí)施計(jì)算思維教學(xué)過(guò)程中,適當(dāng)?shù)膮⒖假Y料是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵,適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)任務(wù)是學(xué)習(xí)的動(dòng)力。教師培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)使用參考資料的習(xí)慣,利用圖書(shū)館、電子資料、數(shù)據(jù)庫(kù)、MOOC、SPOC等學(xué)習(xí),而非依賴教師及課堂。同時(shí),教師也需要引導(dǎo)學(xué)生參加團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí),通過(guò)討論、交流、實(shí)踐的學(xué)習(xí),打破沉悶的教學(xué)氛圍。學(xué)生小組通過(guò)研討遇到的各種問(wèn)題,可以拓展思維。對(duì)難以解決的問(wèn)題,也力爭(zhēng)在教師的啟發(fā)下逐漸解決。通過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí),當(dāng)學(xué)生建立了信心,可以進(jìn)到更高一級(jí)的學(xué)習(xí)組中。這樣的教學(xué)模式體現(xiàn)了學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)的模式。

        教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況,階段性設(shè)計(jì)及發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)。設(shè)計(jì)任務(wù)可由學(xué)生參與討論。發(fā)布的任務(wù)能否完成,涉及的知識(shí)點(diǎn),任務(wù)完成需要的時(shí)間及環(huán)境,完成該任務(wù)應(yīng)該完成的前期任務(wù)及引發(fā)的后期任務(wù),由此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。任務(wù)利用微信,微博、QQ等工具進(jìn)行發(fā)布。基于計(jì)算思維的教學(xué)任務(wù)所設(shè)計(jì)的知識(shí),采用案例教學(xué)法教學(xué),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使其逐步參與其中,成為教學(xué)的主體。

        (二)翻轉(zhuǎn)課堂

        一直以來(lái),教師在教室的教學(xué)模式始終是主要的教學(xué)模式?;ヂ?lián)網(wǎng)教學(xué)的興起改變了這種單一的教學(xué)模式,使教師感受到互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的沖擊,需重新建立先進(jìn)的教學(xué)理念,并從多個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整。首先對(duì)教學(xué)資源改造,建立新的教學(xué)資源庫(kù),將教學(xué)資源庫(kù)進(jìn)行更新,除教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教師課件、電子文檔之外,增加微課資源,設(shè)計(jì)任務(wù),任務(wù)展示等模塊,使教學(xué)資源更加生活化及趣味化,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)性。其次,引入mooc教學(xué),免費(fèi)公開(kāi)的mooc已經(jīng)演變?yōu)槭澜绶秶鷥?nèi)高等教育教學(xué)的一種全新方式。我國(guó)許多高校已經(jīng)引入mooc與課堂教學(xué)交叉的混合模式教學(xué)。教師充當(dāng)課堂教學(xué)及輔導(dǎo)的角色,將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。形成課前主動(dòng)學(xué)習(xí),課上積極參與,課后思考總結(jié)的良好教學(xué)模式。采取新的教學(xué)模式,精簡(jiǎn)課堂講授時(shí)間,給學(xué)生更多主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考時(shí)間,使其專注于具體項(xiàng)目的學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題更清晰更深入地理解,進(jìn)入學(xué)習(xí)的更高層次和狀態(tài)。

        (三)開(kāi)展專題實(shí)驗(yàn)

        計(jì)算機(jī)軟件的教學(xué)內(nèi)容繁雜,對(duì)教學(xué)內(nèi)容歸類是有效提高學(xué)習(xí)效率的一種方式。開(kāi)展專題實(shí)驗(yàn)就是針對(duì)同類問(wèn)題開(kāi)展的實(shí)驗(yàn),例如,對(duì)數(shù)列求和問(wèn)題歸類,對(duì)枚舉問(wèn)題歸類等。專題實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展遵循循序漸進(jìn)的原則,由淺入深,培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、歸納、拓展的能力。使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí),通過(guò)專題實(shí)驗(yàn)進(jìn)行訓(xùn)練,從而逐步培養(yǎng)計(jì)算思維的思想。

        在計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)中,結(jié)合具體內(nèi)容,恰當(dāng)融入計(jì)算思維,按照計(jì)算思維程序,組織課堂的典型案例。將問(wèn)題抽象描述,尋找解決的方案,并由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程過(guò)渡到建立模型、設(shè)計(jì)算法、有效求解的計(jì)算思維過(guò)程。將問(wèn)題求解過(guò)渡到到計(jì)算思維的高度,并列舉相關(guān)問(wèn)題,舉一反三。

        (四)反饋機(jī)制

        反饋機(jī)制的建立有助于教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)及學(xué)習(xí)成果。是檢驗(yàn)教學(xué)模式的手段和方法。課上通過(guò)凌波多媒體教學(xué)軟件進(jìn)行討論、電子舉手、發(fā)言的方法進(jìn)行反饋信息。課后通過(guò)教學(xué)網(wǎng)站收集學(xué)生作業(yè)成果進(jìn)行反饋信息。通過(guò)項(xiàng)目答辯反饋信息。通過(guò)抽查考核反饋信息。

        五、基于計(jì)算思維的案例設(shè)計(jì)

        為了將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)融入計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程,采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題引導(dǎo)、典型案例、課堂討論、反思與構(gòu)建以及易于理解的手段組織和開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。

        案例1 數(shù)列求和問(wèn)題:求1+2+3+4……n的和

        1. 問(wèn)題:求和是重復(fù)的嗎?重復(fù)多少次?用什么結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)?涉及哪些變量?加數(shù)具有什么規(guī)律?如何停止重復(fù)?停止重復(fù)的條件是什么?

        2. 要求:

        網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)循環(huán)結(jié)構(gòu)的:for next do loop while wend

        要求掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)的格式及使用方法,各種循環(huán)結(jié)構(gòu)的特征

        觀看PPT及視頻

        畫(huà)出程序流程圖

        寫(xiě)出代碼,并調(diào)式

        3.進(jìn)一步求 1+3+5+7+………n,1+1/3+1/5+1/7+…1/n , 1-2+3-4……-100∏/4=1-1/3+1/5-1/7……+公式求∏的近似值,直到最后一項(xiàng)的絕對(duì)值小于10-6為止。

        求階乘的和

        4. 課堂教學(xué)??偨Y(jié)數(shù)列求和規(guī)律、循環(huán)結(jié)構(gòu)共同點(diǎn)及區(qū)別。課堂練習(xí)求fibonacci數(shù)列的前20項(xiàng)的和值等作業(yè)。循環(huán)結(jié)構(gòu)的其他應(yīng)用及實(shí)踐中的錯(cuò)誤總結(jié)。

        5. 反饋。凌波教學(xué)平臺(tái)收集課堂作業(yè),教學(xué)系統(tǒng)收集課后作業(yè),查看學(xué)生留言,解答學(xué)生問(wèn)題。

        六、總結(jié)

        計(jì)算思維的能力需要通過(guò)系統(tǒng)的培養(yǎng)和科學(xué)的實(shí)施才能獲得逐步的提高。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題引導(dǎo)、典型案例等將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)融入到計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中,使學(xué)生從死背硬記中解放出來(lái),提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性,是切實(shí)可行的教學(xué)方法。

        [1] 孫秀麗,王瑾德. 在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中培養(yǎng)計(jì)算思維[J]. 工業(yè)和信息化教育, 2014(6): 86~89

        [2] 龔沛曾, 楊志強(qiáng). 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué), 2012(5): 51~54

        [3] 吳朔媚, 宋建衛(wèi), 張興華. 以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心進(jìn)行大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化研究[J]. 高教學(xué)刊, 2015(3): 72-73.

        (責(zé)任編校:付春玲)

        2016-12-28

        遼寧工業(yè)大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目(2016082)

        趙莉(1966-),女,遼寧綏中人,副教授。

        10.15916/j.issn1674-327x.2017.06.031

        G642.21

        B

        1674-327X (2017)06-0105-03

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