車敏+安利+張紅梅
(空軍工程大學(xué) 理學(xué)院,陜西 西安 710051)
摘 要:首先說明培養(yǎng)計(jì)算思維能力的重要性,然后針對(duì)軍隊(duì)院校課時(shí)少和信息資源相對(duì)不流通的特點(diǎn),提出以培養(yǎng)學(xué)員計(jì)算思維能力為目標(biāo)的資源優(yōu)化重組,搭建在線網(wǎng)絡(luò)課程資源,過程為主和結(jié)果為輔的評(píng)價(jià)機(jī)制,以參加競(jìng)賽促教促學(xué)的系列改革措施。
關(guān)鍵詞:計(jì)算思維;資源優(yōu)化重組;在線網(wǎng)絡(luò)課程資源;程序設(shè)計(jì)大賽
1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要性
隨著國(guó)家信息化進(jìn)程的加快,信息技術(shù)的發(fā)展正在改變?nèi)藗兊纳?、工作、學(xué)習(xí)、思維方式和價(jià)值觀。2010年《九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中,強(qiáng)調(diào)把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù),加強(qiáng)以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容研究[1-2]。孫家廣院士在《計(jì)算機(jī)科學(xué)的變革》一文中明確指出(計(jì)算機(jī)科學(xué)界)最具有基礎(chǔ)性和長(zhǎng)期性的思想是計(jì)算思維。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員徐志偉總工認(rèn)為計(jì)算思維是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式,就像識(shí)字、做算術(shù)一樣;在2050年以前,地球上每一個(gè)公民都應(yīng)具備計(jì)算思維的能力。例如,計(jì)算機(jī)科學(xué)對(duì)生物學(xué)的貢獻(xiàn)絕不限于其能夠在海量序列數(shù)據(jù)中搜索尋找模式規(guī)律的本領(lǐng),而最終的希望是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法(自身的計(jì)算抽象和方法)能夠以其體現(xiàn)自身功能的方式表示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)不僅要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算環(huán)境的認(rèn)識(shí),還應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算環(huán)境下掌握問題求解方法,這是高校學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決專業(yè)問題的重要基礎(chǔ)。另外,計(jì)算思維能力的培養(yǎng)還展現(xiàn)了計(jì)算機(jī)學(xué)科獨(dú)特的思維方式,為將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)問題奠定了基礎(chǔ)[3-4]。
對(duì)于軍隊(duì)院校來說,程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)偏少和信息資源相對(duì)不流通是共性問題;同時(shí)授課對(duì)象也都是大學(xué)一年級(jí)的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生,其計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)不足,理解計(jì)算思維也存在問題。如何在有限的學(xué)時(shí)中貫穿計(jì)算思維的思想,使學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中對(duì)計(jì)算思維有更深刻的理解和體會(huì),為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ),是值得探討的問題。
2 基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式
從面臨的實(shí)際問題出發(fā),無論是從教師“教”的方面,如課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容及對(duì)象重組、案例精心選擇、實(shí)踐環(huán)節(jié)巧妙設(shè)計(jì)、在線網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)置、考核方式多樣化等,還是學(xué)員“學(xué)”的方面,如課前預(yù)習(xí)、課堂討論、章節(jié)練習(xí)、實(shí)踐演練、算法訓(xùn)練、綜合應(yīng)用、參加競(jìng)賽等環(huán)節(jié),都應(yīng)開啟基于計(jì)算思維能力的培養(yǎng)模式。
(1)針對(duì)學(xué)員信息化水平良莠不齊和學(xué)時(shí)少的情況,為達(dá)到好的教學(xué)效果,在教學(xué)對(duì)象和教學(xué)內(nèi)容上都進(jìn)行優(yōu)化重組。
教員可通過摸底考試檢測(cè),把學(xué)員分為兩種級(jí)別并采用分級(jí)教學(xué),對(duì)于程度好的學(xué)員,減少基礎(chǔ)知識(shí)講解,注重解決實(shí)際問題訓(xùn)練,課堂更多采用討論和研討的模式,更傾向于發(fā)揮學(xué)員的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,讓學(xué)員以組為單位,更多地進(jìn)行綜合問題的演練;對(duì)于程度相對(duì)差的學(xué)員,由于課時(shí)少的原因,在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行優(yōu)化重組。例如,對(duì)于難點(diǎn)內(nèi)容指針,首先提出問題——為什么要采用指針,指針變量的實(shí)質(zhì)是什么,這部分內(nèi)容設(shè)置在變量介紹部分;再到剖析問題——采用指針有什么優(yōu)點(diǎn)(數(shù)組采用指針引用,效率高),這部分內(nèi)容就設(shè)置在數(shù)組部分;最后實(shí)際解決問題——怎么正確使用指針(不同指針指向不同) 部分。通過如此循序漸進(jìn)的模式,學(xué)員可以深刻體會(huì)到指針部分內(nèi)容如此設(shè)置的理由。
(2)引入競(jìng)賽案例,旨在拓展思維。
在數(shù)組部分,常規(guī)的教學(xué)案例無外乎排序和查找算法的應(yīng)用,大部分學(xué)生對(duì)于這部分內(nèi)容不能更好地拓展。我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中,引入大學(xué)生ACM競(jìng)賽中很常見的大數(shù)計(jì)算實(shí)例,讓學(xué)生知道對(duì)于超過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)類型無法表示的數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)又是如何進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)算的;通過大數(shù)加減乘除的典型運(yùn)算,幫助學(xué)生深刻地體會(huì)字符數(shù)組使用特點(diǎn),同時(shí)對(duì)于常見迭代算法又是一次很好的應(yīng)用體現(xiàn),讓學(xué)生感到計(jì)算思維是通過抽象和分解來處理龐雜的任務(wù)特性,最終真正明白“計(jì)算機(jī)不是什么神奇的魔法,教師才是真正的魔術(shù)師!”——英特爾公司董事會(huì)主席貝瑞特博士。實(shí)踐證明將競(jìng)賽案例引入課堂,能很好地訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維能力。
(3)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié),注重綜合應(yīng)用。
實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)突現(xiàn)趣味性和綜合性,如在分支結(jié)構(gòu)中安排計(jì)算快遞費(fèi)用的程序進(jìn)行計(jì)算思維訓(xùn)練。教學(xué)方法通常是陷阱教學(xué)法,通過故意把典型的、容易出錯(cuò)的代碼寫錯(cuò)來設(shè)陷阱;另一種就是在算法優(yōu)化問題上設(shè)陷阱。教員通過設(shè)置這些陷阱吸引學(xué)生的注意力,然后引導(dǎo)學(xué)生思考,使其看到問題之外的問題、方法之外的方法以及沒有聯(lián)系的聯(lián)系。這一系列問題的設(shè)置旨在培養(yǎng)學(xué)生理解計(jì)算過程的嚴(yán)謹(jǐn)性、編寫程序的準(zhǔn)確性和算法的高效性。這樣的環(huán)節(jié)設(shè)置更有助于他們理解計(jì)算機(jī)這個(gè)工具的特點(diǎn)以及計(jì)算思維的內(nèi)涵。
(4)針對(duì)信息資源相對(duì)不流通情況,搭建在線網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺(tái)。
搭建在線網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺(tái)對(duì)學(xué)員與教員溝通交流以及學(xué)員課后自主學(xué)習(xí)獲取課程信息是非常必要的。在線網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容共分為網(wǎng)絡(luò)教材、內(nèi)容講授、講授課件、上機(jī)實(shí)踐、編程訓(xùn)練、綜合應(yīng)用、學(xué)習(xí)園地和程序人生八大模塊,主要功能如圖1所示。
這8個(gè)模塊的內(nèi)容中,前4個(gè)模塊是必學(xué)模塊,要參與課程的過程評(píng)價(jià);后4個(gè)模塊是選學(xué)模塊,為拓展和深化知識(shí)應(yīng)用而設(shè)置。
(5)采取多樣化考核方式,以過程評(píng)價(jià)為主,以結(jié)果評(píng)價(jià)為輔。
對(duì)于程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的評(píng)價(jià),我們綜合運(yùn)用多種手段,形成多元化的評(píng)價(jià)機(jī)制,主要考核原則是加強(qiáng)過程評(píng)價(jià),弱化結(jié)果評(píng)價(jià)。課前預(yù)習(xí)在網(wǎng)絡(luò)課程中有問題設(shè)置,學(xué)員必須回答基本問題;課堂上有問題討論得分環(huán)節(jié),以激發(fā)學(xué)員主動(dòng)性;課后無論是在線下還是在線上均有作業(yè)設(shè)置,章節(jié)考核有題庫(kù)支持。在實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置不同難度的問題,加強(qiáng)學(xué)員操作和調(diào)試能力;在綜合應(yīng)用環(huán)節(jié),學(xué)員以小組為單位完成一個(gè)綜合項(xiàng)目,意在培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)精神。這些環(huán)節(jié)的問題都是學(xué)員必須完成的任務(wù),它們是過程評(píng)價(jià)的指標(biāo)。期末采用無紙化考試形式,在自編的考試系統(tǒng)上,學(xué)員隨機(jī)抽取試卷,閱卷有對(duì)應(yīng)的閱卷系統(tǒng),編寫程序的題目必須全部運(yùn)行結(jié)果正確才得分。過程評(píng)價(jià)占70%,結(jié)果評(píng)價(jià)占30%。考核方式多樣化,意在敦促學(xué)員注重平時(shí)知識(shí)的積累及綜合實(shí)踐,對(duì)于實(shí)踐性極強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程,只有多次練習(xí)和實(shí)踐,才能更好地體會(huì)算法的精髓及思維能力的訓(xùn)練。
3 以參加國(guó)內(nèi)外程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽為契機(jī), 開啟“選拔—培養(yǎng)—競(jìng)賽—反哺”人才培養(yǎng)模式
從新生入學(xué)后,教師就可以進(jìn)行程序設(shè)計(jì)大賽知識(shí)的宣傳,以俱樂部形式組織有潛力的學(xué)員進(jìn)行人才的選拔;選拔后,成員利用課余時(shí)間在俱樂部?jī)?nèi),由富有競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)老師舉辦專題講座和進(jìn)行競(jìng)賽輔導(dǎo),以完成人才的培養(yǎng);在學(xué)校范圍內(nèi)積極開展計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、多媒體設(shè)計(jì)大賽等計(jì)算機(jī)學(xué)科競(jìng)賽,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)員積極參加“藍(lán)橋杯”計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽等國(guó)內(nèi)外知名的競(jìng)賽;參賽后積極開展經(jīng)驗(yàn)交流會(huì),以反哺形式反饋到日常的教學(xué)改革中。通過此方式的人才培養(yǎng),實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期備賽、人才選拔、短期集訓(xùn)、賽前輔導(dǎo)、賽后反哺等環(huán)節(jié)的全流程和可持續(xù)發(fā)展。
4 結(jié) 語
基于計(jì)算思維能力的教學(xué)模式改革,是空軍工程大學(xué)實(shí)際教學(xué)改革中所采用的實(shí)際措施。從近兩年改革實(shí)踐后的效果看,學(xué)員學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手實(shí)踐能力顯著提高,在各類競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)的人數(shù)越來越多;教員的執(zhí)教能力和水平也大幅提高,做到“教學(xué)相長(zhǎng)”。目前,我國(guó)大部分高校已正式開始實(shí)踐探索基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)課程改革,如上海交通大學(xué)、南方科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、深圳大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等[5]。以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)過程,絕非一件一蹴而就、一勞永逸的事情,需要我們不斷學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐、總結(jié)和優(yōu)化。
第一作者簡(jiǎn)介:車敏,女,講師,研究方向?yàn)樾畔⑻幚?,cheminw@163.com。
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(編輯:宋文婷)