基于計(jì)算思維的案例-項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式研究

李 麗

（太原工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，山西 太原 030008）

1 引言

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的必修課和基礎(chǔ)課，教學(xué)是高校培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要組成部分。目前，該類課程大都采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即“語(yǔ)言基礎(chǔ)理論講授+例題解析+完成作業(yè)小程序”的模式。上述教學(xué)方法雖能保證知識(shí)的系統(tǒng)性，但同時(shí)也因脫離實(shí)際和應(yīng)用、知識(shí)枯燥、學(xué)生學(xué)習(xí)沒有很高的積極性，導(dǎo)致教學(xué)效果差。既缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技能，也缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)思維。

2 計(jì)算思維

2006年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授就曾指出：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1]。周以真教授認(rèn)為，計(jì)算思維就是通過嵌入、轉(zhuǎn)化、約簡(jiǎn)和仿真等方法，把一個(gè)看著困難的問題重新翻譯成一個(gè)我們可以想辦法解決的問題；計(jì)算思維是一種遞歸思維；計(jì)算思維是關(guān)注的分離（SOC方法），它采用抽象和分解，以滿足龐大復(fù)雜的任務(wù)或復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；計(jì)算思維是基于預(yù)防、通過冗余、保護(hù)、糾錯(cuò)和容錯(cuò)的方法來(lái)恢復(fù)最壞情況的一種思維；計(jì)算思維是使用啟發(fā)式推理確定答案，是在不確定的條件下來(lái)規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。它不是提倡我們像計(jì)算機(jī)一樣去考慮問題，而是讓我們使用計(jì)算機(jī)解決問題的基本方法去解決問題。信息化社會(huì)要求計(jì)算思維成為每個(gè)人都擁有的基本技能，如同掌握閱讀、寫作和計(jì)算一樣，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家的專利。

2010年我國(guó)“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)的核心要點(diǎn)是“需要把培養(yǎng)學(xué)生的‘計(jì)算思維’能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)”[2]。程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)就是使的程序設(shè)計(jì)課程的基本知識(shí)、基本方法、基本算法和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)讓學(xué)生能夠掌握，培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)處理問題的能力、意識(shí)和方法，并且能夠掌握用計(jì)算機(jī)處理問題的基本技能，靈活機(jī)動(dòng)的使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和相關(guān)的專業(yè)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)程序。

3 案例-項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

案例教學(xué)法是指將理論與實(shí)際相聯(lián)系，從而提高學(xué)生分析問題和解決實(shí)際問題的能力的一種教學(xué)方法。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是實(shí)施探究式教學(xué)模式的一種教學(xué)方法，是建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的方法。這種教學(xué)方法主張選取一個(gè)或多個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的代表性項(xiàng)目給學(xué)生，學(xué)生在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下，自主協(xié)作嘗試探索，找到完成項(xiàng)目的方法，通過項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)來(lái)完成知識(shí)的建構(gòu)。這是一種以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法[3-4]。

案例-項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是將案例教學(xué)與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)相結(jié)合的一種教學(xué)方法。案例教學(xué)側(cè)重于“教”，指教師在授課的過程中以事先設(shè)計(jì)好的典型案例為基礎(chǔ)；而項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)側(cè)重于“學(xué)”，指學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，以解決問題為目標(biāo)，在解決問題的過程中學(xué)習(xí)。

4 以計(jì)算思維為基礎(chǔ)的案例-項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)

案例-項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)著重培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的思維方法或過程，這種方法的主要特點(diǎn)是“觀察-聯(lián)想-變換”。即通過對(duì)項(xiàng)目模塊的需求分析，通過對(duì)項(xiàng)目要解決的問題進(jìn)行認(rèn)識(shí)和理解；然后通過聯(lián)想，尋找已有的程序設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)和要解決的問題之間的聯(lián)系；最后經(jīng)過轉(zhuǎn)換，把這個(gè)相對(duì)復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化成另一個(gè)或幾個(gè)相對(duì)容易用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表達(dá)并實(shí)現(xiàn)的方式，這個(gè)過程實(shí)際上就是一個(gè)抽象和自動(dòng)化的計(jì)算思維的過程。在獨(dú)立解決問題的過程中，學(xué)生會(huì)體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣，感受程序設(shè)計(jì)的美、計(jì)算的美。

圖1 案例-項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法流程

4.1 設(shè)計(jì)案例、項(xiàng)目選題階段

教學(xué)案例和項(xiàng)目設(shè)計(jì)的好壞直接影響著教學(xué)效果，首先，教師要以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，主要面向知識(shí)重點(diǎn)和教學(xué)目的，從計(jì)算思維方面重新構(gòu)建經(jīng)典案例。教師在項(xiàng)目選題時(shí)，還要充分考慮學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和心理特點(diǎn)，對(duì)一些操作性強(qiáng)、與現(xiàn)實(shí)相關(guān)或與專業(yè)相關(guān)的情境項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)設(shè)，引發(fā)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲。其次，考慮到學(xué)生能力水平各不相同，教師在項(xiàng)目選題時(shí)，還應(yīng)具有層次性。層次分明的項(xiàng)目既可以發(fā)展學(xué)生的共性，又可以培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性。另外，在具體的項(xiàng)目實(shí)施過程中，也可以充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生結(jié)合興趣和專業(yè)特點(diǎn)自行設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)也是非常有效的。

總的來(lái)說，筆者認(rèn)為教學(xué)案例的選擇要偏重經(jīng)典，知識(shí)點(diǎn)的覆蓋，兼顧趣味性；而項(xiàng)目的選擇則應(yīng)偏重應(yīng)用，講究生活化、趣味性。比如VB程序設(shè)計(jì)中，在介紹分支語(yǔ)句的嵌套時(shí)，我們可以選取大家都比較熟悉和感興趣的簡(jiǎn)易QQ登陸界面作為教學(xué)案例。而項(xiàng)目上可以提供：學(xué)生信息管理系統(tǒng)的登陸界面、學(xué)生在線考試系統(tǒng)的登陸界面、模擬某某游戲登陸界面或模擬淘寶旺旺登陸界面等。

4.2 案例教學(xué)階段

對(duì)項(xiàng)目具體實(shí)施的解釋和對(duì)新知識(shí)的講解是案例教學(xué)的主要任務(wù)。在具體的教學(xué)過程中，講解新知識(shí)要簡(jiǎn)潔明了，緊扣重點(diǎn)，避免重復(fù)，不需要面面俱到。把教學(xué)的重點(diǎn)放在講思路、分析問題和對(duì)問題域的抽象上，對(duì)語(yǔ)法細(xì)節(jié)和算法實(shí)現(xiàn)不需要過多強(qiáng)調(diào)，給學(xué)生留下更多的時(shí)間去思考和討論，給學(xué)生足夠的自由發(fā)揮和創(chuàng)造的空間。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和計(jì)算思維能力，避免因?yàn)槌绦蛘Z(yǔ)言學(xué)習(xí)的枯燥、語(yǔ)法規(guī)則的繁瑣，而使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣。

為達(dá)到好的教學(xué)效果，案例教學(xué)過程中，非常有必要的一點(diǎn)是采用多種多樣的教學(xué)手段來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。比如在介紹循環(huán)結(jié)構(gòu)求最大值算法時(shí)，可通過“聰明的王妃”的故事引入和講解，從而激發(fā)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)知識(shí)，應(yīng)用知識(shí)的熱情等等。

4.3 項(xiàng)目實(shí)施階段

項(xiàng)目實(shí)施是整個(gè)教學(xué)過程中最重要的部分。在這一階段，學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)。如圖1所示，學(xué)生在這一階段要大致經(jīng)歷選題、學(xué)習(xí)制作和階段小結(jié)三個(gè)過程。選題后，學(xué)生分析項(xiàng)目，明確項(xiàng)目需要完成的任務(wù)；制定項(xiàng)目完成過程中所需要的步驟和學(xué)習(xí)計(jì)劃，并在完成項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)入“學(xué)中作，作中學(xué)”的階段；在項(xiàng)目制作的過程中，還要注意階段小結(jié)，及時(shí)總結(jié)存在的困難，隨時(shí)修改學(xué)習(xí)計(jì)劃，控制項(xiàng)目的制作朝著正確的方向發(fā)展。當(dāng)然，在學(xué)生為主體的項(xiàng)目制作過程中，教師要充分扮演好主導(dǎo)者的角色，以強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維為目標(biāo)展開教學(xué)。比如，在選題階段，注意引導(dǎo)學(xué)生搞清楚自己要完成的任務(wù)是什么；在學(xué)生學(xué)習(xí)制作項(xiàng)目階段，可以適時(shí)的提供一些“支架性”的學(xué)習(xí)資源，防止學(xué)生進(jìn)入漫無(wú)目的的“試誤”狀態(tài)；在階段小結(jié)中，對(duì)學(xué)生遇到的問題進(jìn)行點(diǎn)撥式的指導(dǎo)。

項(xiàng)目實(shí)施過程中應(yīng)注意幾點(diǎn)[6]：（1）倡導(dǎo)算法多樣化，注重培養(yǎng)學(xué)生的問題求解能力、探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。在教學(xué)過程中，要充分尊重學(xué)生的個(gè)體差異，鼓勵(lì)學(xué)生用不同方式表達(dá)算法，從不同角度認(rèn)識(shí)問題，對(duì)問題求解可以采用不同的方法實(shí)現(xiàn)。（2）多鼓勵(lì)學(xué)生克服困難完成項(xiàng)目。（3）教師的指導(dǎo)要把握“度”。實(shí)踐證明非正面、非全面的“點(diǎn)撥式”指導(dǎo)不但能加深學(xué)生的記憶，還能激發(fā)學(xué)生的思維，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有很好的作用。

4.4 項(xiàng)目評(píng)價(jià)階段

最后，學(xué)生以成果展示的形式進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)，師生共同對(duì)學(xué)生完成的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師有針對(duì)性的評(píng)價(jià)，可以有效的促進(jìn)學(xué)生反思內(nèi)省，積極思考存在問題的本質(zhì)和解決方法的改進(jìn)，通過自我梳理達(dá)到構(gòu)建知識(shí)體系，從而使學(xué)生的創(chuàng)新精神和計(jì)算思維能力得到進(jìn)一步鍛煉。除此之外，項(xiàng)目總結(jié)也很重要。教師對(duì)多種程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法的總結(jié)和對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的歸納，可以有效的促進(jìn)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目實(shí)施全過程的清晰、整體認(rèn)識(shí)。

［1］牟琴，譚良.基于計(jì)算思維的探究教學(xué)模式研究［J］.中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2010，（11）：40-45.

［2］黃靜等.基于計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式研究［J］.中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2013，（5）：51-54.

［3］趙立英等.任務(wù)驅(qū)動(dòng)式案例教學(xué)法在VB程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，（35）：144.

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［5］吳文虎，王建德.世界大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽（ACM／ICPC）高級(jí)教程（第一冊(cè)）程序設(shè)計(jì)中常用的計(jì)算思維方式［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

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