朱亞玲，徐瑾，王娟，張怡

（蘭州工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與人工智能學(xué)院，甘肅蘭州 730050）

培養(yǎng)計(jì)算思維的根本目的是提高人們解決問題的能力[1]。因此，計(jì)算思維是大學(xué)生應(yīng)具備的基本素質(zhì)和基本能力[2]。如何有效培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維，是高等教育教學(xué)探索的核心課題之一。

1 計(jì)算思維

1.1 計(jì)算思維的教育內(nèi)容

對于計(jì)算思維的內(nèi)容，學(xué)者及有關(guān)機(jī)構(gòu)有不同的理解：英國學(xué)者認(rèn)為計(jì)算思維主要包含邏輯、抽象、算法、遞歸的能力；Brennan 和Resnick 將計(jì)算思維劃分為概念、實(shí)踐和觀念3 個(gè)方面[2,3]；Settle 與Perkovic 提出了計(jì)算思維的概念框架[2]；國內(nèi)學(xué)者將計(jì)算思維劃分為意識、方法及能力3 個(gè)層次[4-5]；國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）認(rèn)為計(jì)算思維包含創(chuàng)造、算法、批判、問題解決和溝通合作5 個(gè)維度[6-7]。

本文認(rèn)為，雖然學(xué)者及有關(guān)機(jī)構(gòu)對計(jì)算思維的教育內(nèi)容劃分不盡相同，但其核心內(nèi)容都是抽象、算法及自動化。

1.2 計(jì)算思維的評價(jià)指標(biāo)

課程組綜合多個(gè)評價(jià)指標(biāo)，規(guī)劃設(shè)計(jì)了一個(gè)相對公平、合理的計(jì)算思維能力評價(jià)指標(biāo)體系，如表1 所示。該評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要包含了4 個(gè)一級指標(biāo)，主要評估學(xué)生的邏輯思維、抽象思維、算法思維、批判思維。每個(gè)一級指標(biāo)又細(xì)分了若干個(gè)二級指標(biāo)[8-9]。

表1 計(jì)算思維能力評價(jià)指標(biāo)

2 任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)以任務(wù)為主線，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，教師引導(dǎo)推動，學(xué)生分析思考，通過啟發(fā)學(xué)生討論、合作探究，從而解決問題并進(jìn)行歸納總結(jié)，最終幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識獲取和能力提升，是一種開放互動式教學(xué)方法[10]。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)一般包含5 個(gè)環(huán)節(jié)[11]：任務(wù)設(shè)計(jì)、任務(wù)呈現(xiàn)、任務(wù)實(shí)施、任務(wù)評價(jià)、任務(wù)延伸。

任務(wù)設(shè)計(jì)：課前，以教學(xué)目標(biāo)為指導(dǎo)，教師根據(jù)學(xué)生學(xué)情、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具有實(shí)用性的教學(xué)任務(wù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)開展任務(wù)的主要活動，如引入任務(wù)的情境、完成任務(wù)的線索或相關(guān)資料、任務(wù)的延伸設(shè)計(jì)等。

任務(wù)呈現(xiàn)：課中，教師創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境，引出需要解決的任務(wù)。

任務(wù)實(shí)施：課中，教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)、主動探究、討論交流、探索新知、協(xié)作學(xué)習(xí)、完成任務(wù)。

任務(wù)評價(jià)：課中，師生對任務(wù)完成結(jié)果及知識構(gòu)建進(jìn)行評估。同時(shí)，評價(jià)任務(wù)完成過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力。

任務(wù)延伸：課中/課后，教師設(shè)計(jì)隱含教學(xué)內(nèi)容的其他任務(wù)，組織學(xué)生課堂練習(xí)或課后布置任務(wù)讓學(xué)生討論思考。

3 基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)

基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)主要圍繞“任務(wù)”設(shè)計(jì)與實(shí)施“教”與“學(xué)”。教師提前設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)情境，啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生梳理任務(wù)要求、明確任務(wù)目標(biāo)，帶領(lǐng)學(xué)生推理、分化、抽象、剖析關(guān)鍵點(diǎn)，深入探究，構(gòu)建模型，通過溝通交流，協(xié)作完成任務(wù)，然后進(jìn)行總結(jié)歸納、反思評價(jià)，實(shí)現(xiàn)知識鞏固拓展與遷移[12-13]。整個(gè)教與學(xué)的過程通過多種計(jì)算思維方法開展，其流程如圖1 所示：

圖1 基于計(jì)算思維方法的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)

4 基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)實(shí)施

程序設(shè)計(jì)是蘭州工業(yè)學(xué)院非計(jì)算機(jī)專業(yè)的通識必修課程。以語言本身完整性和系統(tǒng)性為重點(diǎn)的傳統(tǒng)教學(xué)，缺乏對任務(wù)分析、算法設(shè)計(jì)的引導(dǎo)，忽視了抽象、分解、設(shè)計(jì)、模型等思維特征的融入[14]。本研究課題以程序設(shè)計(jì)課程為依托，精選案例，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程和教學(xué)思路，在講授專業(yè)知識的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，從專業(yè)的角度培養(yǎng)學(xué)生處理問題的思維能力，探索任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)對于提高工科學(xué)生計(jì)算思維的作用。

4.1 教學(xué)案例設(shè)計(jì)

本課題中程序設(shè)計(jì)課程為64 學(xué)時(shí)，開課學(xué)期為2021—2022 學(xué)年秋季學(xué)期第1 至第16 周，教學(xué)對象為自動化20-1班38名學(xué)生。教學(xué)大綱包含概述、算法、三大結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體、文件等內(nèi)容。教學(xué)前，課程組集中備課，選用案例，設(shè)計(jì)任務(wù)，做好教學(xué)準(zhǔn)備。

4.2 教學(xué)實(shí)施過程

下面以函數(shù)的定義與調(diào)用（50min）為例介紹教學(xué)實(shí)施過程。

課前，教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重難點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資源及基礎(chǔ)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過線上平臺完成預(yù)習(xí)任務(wù)，自主學(xué)習(xí)任務(wù)如表2 所示：

表2 自主學(xué)習(xí)任務(wù)表

課中，教師根據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，總結(jié)學(xué)生預(yù)習(xí)中存在的問題：不會分解任務(wù)，不會設(shè)計(jì)參數(shù)。因此，本節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)了2 項(xiàng)任務(wù)：

任務(wù)1（25min）：電子屏信息的輪播。該任務(wù)從無參數(shù)到有參數(shù)，從1 個(gè)參數(shù)到2 個(gè)參數(shù)，讓學(xué)生抽象、封裝函數(shù)，理解參數(shù)設(shè)計(jì)。通過對函數(shù)的逐步改進(jìn)，功能的逐層提升，讓學(xué)生體會結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法“自頂向下、逐步求精”的思想。

任務(wù)2（20min）：套路貸問題。教師對該任務(wù)采用啟發(fā)式講解，提出問題，學(xué)生分組討論、分析，尋找問題的關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)封裝函數(shù)，編碼實(shí)現(xiàn)。讓學(xué)生進(jìn)一步理解函數(shù)的定義和調(diào)用，明白套路貸邏輯，增強(qiáng)防范意識。

課后，發(fā)布任務(wù)“簡易學(xué)習(xí)者成績/人事信息管理系統(tǒng)”。各小組討論、分析，協(xié)作完成任務(wù)。

4.3 教學(xué)效果檢驗(yàn)分析

采用多元化、過程化的考核模式評估學(xué)生學(xué)習(xí)效果，主要包括三部分：（1）實(shí)驗(yàn)任務(wù)的分析設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)；（2）小組任務(wù)的分析設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、展示點(diǎn)評；（3）學(xué)生參與線上頭腦風(fēng)暴、討論、答疑、測試等各項(xiàng)學(xué)習(xí)活動的產(chǎn)出數(shù)據(jù)。圖2 為10 個(gè)小組7 次小組任務(wù)的成績統(tǒng)計(jì)，圖3 為學(xué)生參與各項(xiàng)線上活動情況。

圖2 小組任務(wù)完成情況優(yōu)良率

圖3 學(xué)生參與各項(xiàng)線上活動情況

5 結(jié)語

計(jì)算思維是現(xiàn)代教育中的一個(gè)重要概念，也是教育界學(xué)者研究的重點(diǎn)課題之一。為了提高學(xué)生的計(jì)算思維能力，培養(yǎng)學(xué)生自我建構(gòu)知識的能力，課程組以程序設(shè)計(jì)課程為例，針對主要知識點(diǎn)完成了基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與教學(xué)效果的分析，從而為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。