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。卡內(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(mén)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?；谟?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。互聯(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)。總結(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