王嘯楠，雷大正

（安徽信息工程學(xué)院 計算機(jī)與軟件工程系，安徽 蕪湖 241000）

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系周以真（JeannetteM.Wing）教授在美國計算機(jī)權(quán)威期刊Communications of the ACM上提出了“計算思維”(Computational Thinking)的概念和詳細(xì)定義[1].在這樣的背景下，陳國良院士和李廉教授發(fā)起并組織了若干次關(guān)于“計算思維”的研討會，對什么是“計算思維”及計算思維與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維的關(guān)系給出了科學(xué)的論述.可以說大家已經(jīng)形成了“大學(xué)計算機(jī)”課程的核心價值就是培養(yǎng)學(xué)生的“計算思維”，應(yīng)該以計算思維為導(dǎo)向進(jìn)行大學(xué)計算機(jī)課程改革的共識，面向“計算思維”的大學(xué)計算機(jī)教育的基本思路已經(jīng)深入人心[2].

因此，作為所有計算機(jī)專業(yè)甚至其他理工類專業(yè)課程的前驅(qū)課程，面向從未接觸過計算機(jī)編程語言的低年級學(xué)生，如何快速的讓學(xué)生掌握計算機(jī)科學(xué)基本概念，培養(yǎng)其計算思維以及編程能力，我們做了一次大膽的嘗試，即將計算機(jī)科學(xué)基本概念和實(shí)際編程語言進(jìn)行相結(jié)合，形成計算思維C語言綜合性課程.

1 課程現(xiàn)狀分析

目前，計算思維導(dǎo)論課程在國內(nèi)只有少數(shù)幾個學(xué)校開設(shè).很多學(xué)校都是在學(xué)生沒有對計算機(jī)科學(xué)的基本概念掌握上，直接進(jìn)行編程語言（大多數(shù)學(xué)校開設(shè)課程為C語言）的學(xué)習(xí)，這樣容易導(dǎo)致學(xué)生對編程語言理解的困難，需要很長一段時間進(jìn)行適應(yīng).大部分學(xué)校在對計算機(jī)科學(xué)概念介紹時，也只是停留在概念的區(qū)別上，沒有采用有效的實(shí)踐進(jìn)行深刻的體會.并且，從學(xué)生的實(shí)際情況來看，大部分學(xué)生在《計算思維導(dǎo)論（C語言）》課程之前沒有編程基礎(chǔ)，C語言對于學(xué)生來說屬于入門學(xué)科，而在一門入門課程中不僅要完成知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，并且實(shí)現(xiàn)兩種思維的轉(zhuǎn)換，這種教學(xué)效果是不理想的.

總體來說，傳統(tǒng)的課程教學(xué)現(xiàn)狀主要存在以下四個問題：

1.1 教學(xué)過程缺乏學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

大部分學(xué)生在課前沒有準(zhǔn)備工作，有的只是對新內(nèi)容簡單預(yù)習(xí)，有的甚至不做預(yù)習(xí)工作，并且課上更多的是以老師講授為主，學(xué)生缺乏自主思維的能力，在課堂上總是被動接受知識，所以課堂效率低，授課效果不是很理想.而在當(dāng)下，尤其是計算機(jī)行業(yè)相關(guān)的技術(shù)可以說是日益更新，學(xué)生必須具有自主學(xué)習(xí)的能力，能夠不斷學(xué)習(xí)新的技術(shù)才能在計算機(jī)行業(yè)得以立足，因此在總的課程培養(yǎng)中應(yīng)將學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)放在首要位置.

1.2 課程資源內(nèi)容老舊，缺乏綜合性

主要是兩個方面，第一點(diǎn)缺少思維的培養(yǎng)，課程資源中需引入數(shù)學(xué)或物理模型，提高學(xué)生邏輯思維和建模的能力，第二點(diǎn)C語言部分主要是培養(yǎng)學(xué)生編程的感覺，建立模塊化的思維方式，所以課程內(nèi)容上應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，讓學(xué)生在編程的開始就具有函數(shù)化的思維方式，另外學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)增加.

1.3 缺少綜合性過程考核

傳統(tǒng)的考核采用“一考定合格”的方式，但是這種方式的考核，存在一定的弊端，期末考試側(cè)重理論知識的考核，不能檢測學(xué)生綜合項(xiàng)目開發(fā)的能力以及整門課程學(xué)習(xí)過程的學(xué)習(xí)情況，而且大多數(shù)學(xué)生都是以考前瘋狂背誦記憶的方式應(yīng)對，所以從傳統(tǒng)的角度考慮是不合理的，因此《計算思維導(dǎo)論（C語言）》課程應(yīng)采用過程考核的方式，從多個維度考核學(xué)生的整體素質(zhì).

1.4 無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)過程中個性化需求

學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，結(jié)合自身學(xué)習(xí)差異性，每個人的學(xué)習(xí)情況均不相同，對同一個知識，每個人的掌握情況也是不同的，而現(xiàn)有的教學(xué)資源不能針對性的向?qū)W習(xí)者提供個性化的學(xué)習(xí)資源用于鞏固提升.

為解決上述問題，在此次新的課程實(shí)施過程中，通過建設(shè)信息化教學(xué)服務(wù)平臺形成“教學(xué)練管”新閉環(huán)管理模式，深入推進(jìn)混合式教學(xué)模式、過程考核評價和特色教學(xué)資源體系等一系列改革，構(gòu)建完整的課程支撐體系.

圖1 計算思維導(dǎo)論C語言課程實(shí)施框架圖

2 以精品資源建設(shè)為支撐的教學(xué)改革

2.1 合理定位實(shí)施群體，明確課程改革目標(biāo)

課程設(shè)計緊密圍繞學(xué)院規(guī)劃及應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，通過建設(shè)信息化教學(xué)服務(wù)平臺（智慧學(xué)習(xí)平臺），深入推進(jìn)教學(xué)模式、教學(xué)考核評價和資源體系改革，講師理論授課與學(xué)生實(shí)際操作課時達(dá)到1：5，真正落實(shí)“以學(xué)為主”的教學(xué)模式，建立以學(xué)習(xí)者為中心的個性化學(xué)習(xí)體系.

2.2 重構(gòu)知識能力體系，形成特色教學(xué)資源

針對培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行整體知識能力體系的重構(gòu)，同時考慮到當(dāng)前國內(nèi)已有的關(guān)于計算思維課程或者C語言課程的教材均為獨(dú)立單一的，目前市場上并無一本適用于該門課程的指導(dǎo)教材，因此需要由專業(yè)師資隊(duì)伍實(shí)現(xiàn)一系列高度匹配的特色系列教學(xué)材料，例如實(shí)施計劃表、學(xué)習(xí)指南等，以替換部分傳統(tǒng)教學(xué)資源，從根本上解決市場現(xiàn)有資源與實(shí)際課程不匹配的現(xiàn)象，為后期實(shí)施混合式教學(xué)模式改革奠定基礎(chǔ).

表1 特色系列教學(xué)材料功能一覽表

2.3 建設(shè)信息化教學(xué)服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)管練”閉環(huán)新模式

建設(shè)信息化教學(xué)服務(wù)平臺，依據(jù)大數(shù)據(jù)思維構(gòu)建知識技能圖譜，將知識能力與學(xué)習(xí)任務(wù)、考核、學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)維度進(jìn)行建模，針對每一名學(xué)生規(guī)劃和設(shè)置成長路徑.通過大數(shù)據(jù)分析、處理能夠可視化學(xué)生成長地圖，可以對整個學(xué)習(xí)過程提供大量的反饋和精準(zhǔn)預(yù)警，對教學(xué)過程進(jìn)行優(yōu)化、對異常情況采取補(bǔ)救措施.

圖2 學(xué)生平臺自主學(xué)習(xí)在線時段分布圖

（1）教，包含最新的行業(yè)學(xué)習(xí)資源，打破傳統(tǒng)教學(xué)，全面實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂.

（2）學(xué)，引導(dǎo)式任務(wù)驅(qū)動模式，改變學(xué)習(xí)習(xí)慣，成功實(shí)現(xiàn)學(xué)生依賴轉(zhuǎn)換.

（3）管，讓學(xué)生全過程學(xué)習(xí)結(jié)果、學(xué)習(xí)行為和狀態(tài)數(shù)據(jù)透明，形成輔導(dǎo)員與講師課內(nèi)外學(xué)習(xí)協(xié)同管理閉環(huán)式機(jī)制.

（4）練，結(jié)合學(xué)生自身學(xué)習(xí)程度差異，自適應(yīng)推送學(xué)習(xí)與練習(xí)任務(wù)，隨機(jī)出題，杜絕抄襲.

2.4 基于大數(shù)據(jù)過程評價的可持續(xù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

為避免出現(xiàn)課程中注重語法講解，而沒有通過實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生抽象和建模的能力，著重在教學(xué)內(nèi)容上引入數(shù)學(xué)和物理知識，引導(dǎo)學(xué)生自主分析問題和建模的能力；以項(xiàng)目化實(shí)戰(zhàn)的方式，培養(yǎng)學(xué)生計算思維和編程感覺的建立.

（1）基于個性化學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)內(nèi)容推薦以及個性化學(xué)習(xí)模式的建立.結(jié)合信息化平臺自適應(yīng)練習(xí)推送功能，構(gòu)建兩種學(xué)習(xí)模式：普通模式和學(xué)霸模式.普通模式只需學(xué)習(xí)基礎(chǔ)章節(jié)，并且每個章節(jié)中只學(xué)習(xí)初級資源和中級資源；學(xué)霸模式需要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)章節(jié)中初中高三個等級的資源，并且還要學(xué)習(xí)擴(kuò)展章節(jié).其中基礎(chǔ)章節(jié)分為：C語言入門、簡易計算器案例引入與分析、C語言輸入與輸出、函數(shù)、運(yùn)算符、C語言基本邏輯、編程規(guī)范、數(shù)組、指針；擴(kuò)展章節(jié)：枚舉、結(jié)構(gòu)體、文件.

（2）基于能力導(dǎo)向應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求分解，合理設(shè)計迭代式教學(xué)案例.課程涉及3個綜合案例，且3個案例難易程度及作用均不同.首先通過第一個綜合案例引入函數(shù)化的思維模式，從輸入、處理、輸出三個維度引導(dǎo)學(xué)生分析項(xiàng)目需求，從而使學(xué)生形成模塊化的思維方式，然后隨著項(xiàng)目需求的擴(kuò)大，提出問題并引出新的知識；第二個綜合案例主要用于配合第一個案例，學(xué)生通過第一個綜合案例學(xué)習(xí)知識，同步的通過第二個綜合案例鞏固和提升能力，在難度上，第二個綜合案例比第一個綜合案例要難，其業(yè)務(wù)邏輯較第一個更為復(fù)雜；第三個綜合案例是學(xué)生在學(xué)完整門課程后的一個綜合大項(xiàng)目，案例給出項(xiàng)目需求，要求學(xué)生自主進(jìn)行需求分析和詳細(xì)設(shè)計，最后通過C語言實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目.

（3）基于引導(dǎo)式及項(xiàng)目化驅(qū)動學(xué)習(xí)方式，合理設(shè)計教學(xué)內(nèi)容.改變傳統(tǒng)知識接收方式，引入函數(shù)化的思維方式.函數(shù)化的思維方式需要培養(yǎng)學(xué)生將一個大的項(xiàng)目進(jìn)行模塊化劃分的能力，函數(shù)的關(guān)鍵在于輸入處理輸出這樣三個部分，因而課程將采用學(xué)生比較熟悉又易于理解的生活場景出發(fā)，然后通過項(xiàng)目需求的擴(kuò)大，不斷的學(xué)習(xí)新的知識，進(jìn)行版本的迭代.

（4）課程資源中引入初等數(shù)學(xué)知識和物理模型，提高學(xué)生分析問題和建模的能力.為鍛煉學(xué)生模型構(gòu)建能力，在課程中引入初等數(shù)學(xué)知識和物理模型，將涉及的初等數(shù)學(xué)、物理知識的范圍包括一元、二元方程組、一元、二元不等式、最優(yōu)盈利、分解質(zhì)因數(shù)、數(shù)列、最大公約數(shù)、最小公倍數(shù)、階乘、排列組合、幾何、運(yùn)動軌跡、擲球模型、波形圖、小球碰撞等.引導(dǎo)學(xué)生分析問題和建模的能力，然后使用C語言自動化實(shí)現(xiàn)，從而改變以往C語言只學(xué)語法，不能鍛煉學(xué)生思維能力的問題.

2.5 引入助教機(jī)制，全面構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂

區(qū)別以往的教學(xué)模式，在整個教學(xué)過程中，側(cè)重學(xué)生個人學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，老師，助教的角色演變?yōu)榧夹g(shù)的指導(dǎo)者，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的問題.因此整體課程學(xué)習(xí)模式為“學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)服務(wù)平臺支撐，老師、助教輔助，梯形團(tuán)隊(duì)管理”，主講老師大班理論、重難度講解，助教小班作業(yè)輔導(dǎo).

圖3 基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)服務(wù)平臺的翻轉(zhuǎn)課程實(shí)施流程圖

在該模式中，講師、助教和輔導(dǎo)員承擔(dān)不同的角色和職責(zé)，講師角色定位于解決學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量問題，制定引導(dǎo)式計劃、查看平臺數(shù)據(jù)、整理授課內(nèi)容、助教相關(guān)任務(wù)安排；助教角色定位于提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)質(zhì)量，針對自主學(xué)習(xí)進(jìn)行輔導(dǎo)答疑，督促學(xué)生提交線下作業(yè)，督促學(xué)生完成學(xué)習(xí)計劃；輔導(dǎo)員主要協(xié)助解決學(xué)生不學(xué)問題，跟蹤不學(xué)學(xué)生情況并及時反饋給主講老師.

2.6 建立嚴(yán)格的面向應(yīng)用能力的綜合性過程考核機(jī)制

延續(xù)大部分高校傳統(tǒng)的教考分離制，強(qiáng)化課程過程性考核，通過考試的導(dǎo)向性作用激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，使得考核更具有全面性和綜合性.整體考核分為5大部分，分別是：

3 總結(jié)

我院《計算思維導(dǎo)論》課程于2015年被安徽省教育廳立項(xiàng)為省級精品課程.為了支持課程的實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的編程實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力，歷經(jīng)多年的不斷努力，建設(shè)了全方位、多元化的實(shí)踐教學(xué)支撐環(huán)境，覆蓋了課堂以外的各個教學(xué)環(huán)節(jié)，如在線平臺學(xué)習(xí)、線上線下作業(yè)、答疑討論、機(jī)上考試與自動閱卷等，形成了一系列可持續(xù)的精品課程資源.

通過對學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問卷顯示，我院學(xué)生對該門課程教學(xué)改革模式的認(rèn)可度達(dá)到90%，對學(xué)習(xí)平臺中的教學(xué)資源滿意度達(dá)到91%，對助教滿意度達(dá)到100%，并表示希望其他課程均引入助教協(xié)助教學(xué)模式.目前該門課程教學(xué)模式已在我院推廣同類型課程累計85門.

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