趙 莉

?

融入計算思維的計算機(jī)軟件基礎(chǔ)教學(xué)模式

趙 莉

(遼寧工業(yè)大學(xué) 計算中心，遼寧 錦州 121001)

闡述了計算思維的含義,分析了國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，建立了基于計算思維的計算機(jī)軟件基礎(chǔ)教學(xué)模式,并通過教學(xué)案例，說明了計算思維滲透教學(xué)模式的實施與訓(xùn)練過程。實踐證明，融入計算思維的計算機(jī)軟件基礎(chǔ)教學(xué)模式，培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維，使學(xué)生掌握了應(yīng)用計算機(jī)處理實際問題的思維方法及開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的基本技能。

計算機(jī)軟件基礎(chǔ)；計算思維；模式

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

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

在國際，對計算思維的關(guān)注已十年有余,很多文章及報告用理論和實踐結(jié)果闡述計算思維的訓(xùn)練對培養(yǎng)未來人才的重要意義。計算思維的提出，使美國國家基金會NSF投入巨資設(shè)立了相關(guān)的研究項目，得到重大基金資助計劃ＣＤI的有力支持，由此，將計算思維的理論研究滲透在教學(xué)中迅速展開。英國的愛丁堡大學(xué)，計算思維已不僅局限于對計算機(jī)學(xué)科的影響，已延伸到哲學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、建筑、教育等各個學(xué)科。在國內(nèi)，九校聯(lián)盟于2010年提出把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的改革方向后，計算機(jī)基礎(chǔ)課程在教育指導(dǎo)委員會的指導(dǎo)下，將大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)作為大學(xué)通識類課程,后續(xù)持續(xù)開展計算思維能力，培養(yǎng)在計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)用的一系列研討、立項和交流培訓(xùn)工作。計算機(jī)軟件基礎(chǔ)的《C語言》和《Visual Basic語言》是非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生接觸的第一門計算機(jī)語言課程，不但要傳授學(xué)生專業(yè)的基本知識,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、計算思維教學(xué)法實施意義

近十年的研究，無論是國外還是國內(nèi)，計算思維的探索更多地局限于理論上，實踐上，將其貫穿在教學(xué)中還沒有統(tǒng)一，各高校都在努力嘗試。計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)計算思維等等問題仍然還在不斷摸索中。因此，本文在貫徹計算思維概念及原理的基礎(chǔ)上，嘗試計算思維在教學(xué)中的具體應(yīng)用，對計算思維的研究及其推動十分有意義。

三、計算思維教學(xué)先期策劃

為了在計算機(jī)軟件基礎(chǔ)的教學(xué)過程融入計算思維，教師應(yīng)充分調(diào)研國內(nèi)其他高校計算機(jī)基礎(chǔ)課程實施方法，編寫合適的計算機(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，增加實踐學(xué)時，設(shè)計有效案例。教學(xué)機(jī)房進(jìn)行更新，并完全對學(xué)生進(jìn)行開放，開發(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)題庫試題以適應(yīng)計算思維的教學(xué)方法。

四、計算思維教學(xué)模式

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

在計算思維教學(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)背景和計算機(jī)基礎(chǔ)知識，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容策劃和教學(xué)過程組織。鑒于學(xué)生個體能力差異，制定分組學(xué)習(xí)、幫扶學(xué)習(xí)、進(jìn)階學(xué)習(xí)模式。在實施計算思維教學(xué)過程中，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)的動力。教師培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會使用參考資料的習(xí)慣，利用圖書館、電子資料、數(shù)據(jù)庫、MOOC、SPOC等學(xué)習(xí)，而非依賴教師及課堂。同時，教師也需要引導(dǎo)學(xué)生參加團(tuán)隊學(xué)習(xí)，通過討論、交流、實踐的學(xué)習(xí)，打破沉悶的教學(xué)氛圍。學(xué)生小組通過研討遇到的各種問題，可以拓展思維。對難以解決的問題，也力爭在教師的啟發(fā)下逐漸解決。通過一段時間的學(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)計及發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)。設(shè)計任務(wù)可由學(xué)生參與討論。發(fā)布的任務(wù)能否完成，涉及的知識點(diǎn)，任務(wù)完成需要的時間及環(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?；谟嬎闼季S的教學(xué)任務(wù)所設(shè)計的知識，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，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，并從多個方面進(jìn)行調(diào)整。首先對教學(xué)資源改造，建立新的教學(xué)資源庫，將教學(xué)資源庫進(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)興趣及主動性。其次，引入mooc教學(xué)，免費(fèi)公開的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，精簡課堂講授時間，給學(xué)生更多主動學(xué)習(xí)和思考時間，使其專注于具體項目的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)對問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）開展專題實驗

計算機(jī)軟件的教學(xué)內(nèi)容繁雜，對教學(xué)內(nèi)容歸類是有效提高學(xué)習(xí)效率的一種方式。開展專題實驗就是針對同類問題開展的實驗，例如，對數(shù)列求和問題歸類，對枚舉問題歸類等。專題實驗的開展遵循循序漸進(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)計算機(jī)程序設(shè)計時，通過專題實驗進(jìn)行訓(xùn)練，從而逐步培養(yǎng)計算思維的思想。

在計算機(jī)軟件教學(xué)中，結(jié)合具體內(nèi)容，恰當(dāng)融入計算思維，按照計算思維程序，組織課堂的典型案例。將問題抽象描述，尋找解決的方案，并由計算機(jī)實現(xiàn)的過程過渡到建立模型、設(shè)計算法、有效求解的計算思維過程。將問題求解過渡到到計算思維的高度，并列舉相關(guān)問題，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。是檢驗教學(xué)模式的手段和方法。課上通過凌波多媒體教學(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。通過項目答辯反饋信息。通過抽查考核反饋信息。

五、基于計算思維的案例設(shè)計

為了將計算思維能力的培養(yǎng)融入計算機(jī)程序設(shè)計教學(xué)過程，采用任務(wù)驅(qū)動、問題引導(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展教學(xué)活動。

案例1 數(shù)列求和問題：求1+2+3+4……n的和

1. 問題：求和是重復(fù)的嗎？重復(fù)多少次？用什么結(jié)構(gòu)來實現(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

畫出程序流程圖

寫出代碼，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，直到最后一項的絕對值小于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項的和值等作業(yè)。循環(huán)結(jié)構(gòu)的其他應(yīng)用及實踐中的錯誤總結(jié)。

5. 反饋。凌波教學(xué)平臺收集課堂作業(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)生問題。

六、總結(jié)

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

[1] 孫秀麗，王瑾德. 在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中培養(yǎng)計算思維[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)計算機(jī)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

[3] 吳朔媚, 宋建衛(wèi), 張興華. 以計算思維能力培養(yǎng)為核心進(jìn)行大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程實驗教學(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)校級教改項目(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