基于計算思維能力培養(yǎng)的《Web系統(tǒng)與技術(shù)》課程教學(xué)研究

韓道軍

摘要：《Web系統(tǒng)與技術(shù)》課程以網(wǎng)頁設(shè)計和網(wǎng)站開發(fā)為主要授課內(nèi)容，與實踐結(jié)合緊密。傳統(tǒng)教學(xué)方式通過獨(dú)立案例逐步對各個知識點進(jìn)行講解，忽視了學(xué)生的實踐經(jīng)驗及思維訓(xùn)練，學(xué)生對知識點理解孤立且不深刻，影響教學(xué)效果。探討基于計算思維能力培養(yǎng)下的《Web系統(tǒng)與技術(shù)》課程教學(xué)問題，闡述如何在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力。

關(guān)鍵詞：計算思維；Web系統(tǒng)與技術(shù)；教學(xué)改革

DOIDOI：10.11907/rjdk.151489

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號

文章編號：16727800（2015）008021402

0 引言

計算思維由美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機(jī)系主任周以真教授于2006 年在權(quán)威雜志Communication of the ACM上提出。她指出計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基本概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為等涵蓋計算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動[1]。此后，國內(nèi)學(xué)者對計算思維產(chǎn)生極大興趣，陳國良院士、董榮勝教授、馮博琴教授等多位專家學(xué)者組織了若干次計算思維研討會[2]。目前，許多高校正在以大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程為切入點嘗試在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維[3]。《Web系統(tǒng)與技術(shù)》是一門介紹網(wǎng)站開發(fā)技術(shù)的課程，以網(wǎng)頁設(shè)計和網(wǎng)站開發(fā)為主要授課內(nèi)容，與實踐結(jié)合緊密，且有較強(qiáng)的視覺效果，許多學(xué)生都對該課程感興趣，因此在該課程中引入計算思維模式對學(xué)生的計算思維能力培養(yǎng)有積極意義[45]。

1 課堂教學(xué)中的計算思維

課堂教學(xué)中可以貫穿計算思維，對網(wǎng)站開發(fā)與網(wǎng)頁設(shè)計過程中遇到的問題進(jìn)行分析和抽象，運(yùn)用計算思維解決問題。比如：計算思維采用抽象和分解來設(shè)計復(fù)雜的系統(tǒng)，這在課堂教學(xué)中可以經(jīng)常使用。當(dāng)探討某個問題時，不要急于給出答案，而是先分析問題，然后分解，根據(jù)已有知識，找出解決方案，讓解決過程條理化，而且基于計算機(jī)工作原理，貫徹機(jī)械化思想?！禬eb系統(tǒng)與技術(shù)》以網(wǎng)頁設(shè)計和網(wǎng)站開發(fā)為主要授課內(nèi)容，可以選用的開發(fā)語言眾多，如ASP.NET、PHP和JSP等?？紤]到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與可接受程度，本文選擇ASP.NET。該語言使用簡單、語法簡潔、易于上手，容易給學(xué)生帶來成就感。此外，教師能從具體的技術(shù)細(xì)節(jié)中解脫出來，將主要精力投入到思維訓(xùn)練中去。

1.1 教學(xué)中存在的問題

當(dāng)前教學(xué)中，部分教師實際工作經(jīng)驗較欠缺，容易把語法講解和技術(shù)細(xì)節(jié)混淆，忽視了思維訓(xùn)練及興趣的建立，在這種模式下，面臨如下問題：①學(xué)生學(xué)習(xí)興趣剛開始時很高，但是隨著面臨的困難越來越多，不知從何下手。時間一久，學(xué)習(xí)興趣逐漸減退；②大部分學(xué)生由于自身缺乏實踐開發(fā)經(jīng)驗，只能跟隨課堂節(jié)奏，模仿課堂中講授過的范例，不了解設(shè)計范例的背景，造成已有知識不能靈活運(yùn)用，與實踐嚴(yán)重脫節(jié)；③大部分課堂教學(xué)僅僅講授孤立的知識點與技術(shù)，缺乏對應(yīng)用場景的介紹及靈活運(yùn)用，注重傳授“做什么”和“怎么做”，忽視了“為什么要這么做”，及與其它方式的對比。

1.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

教師要深刻理解計算思維的本質(zhì)，將傳統(tǒng)的知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和使用計算機(jī)解決實際問題的能力。首先，在教學(xué)內(nèi)容中可以穿插其它學(xué)科知識，改變枯燥的授課方式，將新知識與已有知識融合，使學(xué)生牢固掌握所學(xué)知識并靈活運(yùn)用。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計上，對網(wǎng)頁前端開發(fā)技術(shù)（Web標(biāo)準(zhǔn)、HTML5、CSS3.0、JavaScript與jQuery、Canvas等）和網(wǎng)頁后端開發(fā)技術(shù)（服務(wù)器端開發(fā)語言C#、數(shù)據(jù)訪問技術(shù)、AJAX）、開發(fā)模式（ASP.NET WebForm、MVC）分別進(jìn)行介紹，并以網(wǎng)站設(shè)計為例，演示設(shè)計思路及各種技術(shù)應(yīng)用，講解計算思維的應(yīng)用過程。除了介紹本課程地位、核心內(nèi)容及達(dá)標(biāo)要求外，還需要介紹本課程牽涉到的知識點與開發(fā)語言，使學(xué)生對該課程有清晰的定位，為計算思維培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

教師要注重計算思維的培養(yǎng)，與基礎(chǔ)知識掛鉤，增強(qiáng)學(xué)生對知識的掌握和應(yīng)用能力?？砂延嬎闼季S分解為一些特征點，如規(guī)約、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真、遞歸、并行、抽象、分解、保護(hù)、冗余、容錯、糾錯、系統(tǒng)恢復(fù)、啟發(fā)式、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、調(diào)度、折中、優(yōu)化等[6]，在設(shè)計問題和構(gòu)造應(yīng)用場景時盡可能包括這些計算思維能力。比如規(guī)劃一個項目時，可考慮分組討論；對數(shù)據(jù)訪問操作時，除了利用現(xiàn)有的LINQ訪問方式，還要考慮使用經(jīng)典的SQL語句嵌入到開發(fā)語言中；在頁面輸入設(shè)計中，必須考慮如何容錯，能夠?qū)τ脩舻腻e誤輸入進(jìn)行驗證和處理。

1.3 教學(xué)方式設(shè)計

目前，課堂講授仍然是主流的教學(xué)方式，在這種教學(xué)模式下，學(xué)生處于被動地位。計算思維教學(xué)模式的重點是啟發(fā)式教學(xué)，需要引入多種教學(xué)手段輔助學(xué)生學(xué)習(xí)。

（1）課程交互式演示，讓學(xué)生積極主動參與到教學(xué)過程中?！禬eb系統(tǒng)與技術(shù)》課程與其它課程不同，工科特征明顯，教師不能僅僅關(guān)注理論講解與說教，而要通過在課堂上演示操作步驟，講解正確的操作方式和代碼編寫思路以及程序出錯后的故障診斷和調(diào)試技巧，讓學(xué)生觀摩和體會；學(xué)生需要通過實踐練習(xí)掌握對應(yīng)的知識，完成從知識到技能的轉(zhuǎn)換。一般情況下，教師可以先講解某個知識點，然后演示操作過程，抽查學(xué)生當(dāng)場操作，根據(jù)問題進(jìn)行分析，講解計算思維下問題解決過程。

（2）MOOC教學(xué)。目前，網(wǎng)絡(luò)資源豐富，國內(nèi)外許多大學(xué)都設(shè)立了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，提供免費(fèi)課程。教師在課堂上時間有限，更多的內(nèi)容需要學(xué)生自主探索，學(xué)生可在課外時間通過MOOC學(xué)習(xí)。

（3）小組討論。學(xué)生個人思維較為封閉，可以通過討論交流的方式啟發(fā)思維。教師在課堂上組織小組討論，有利于改變學(xué)生被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，變被動聽課為主動思考。教師先提出問題，然后讓學(xué)生分組討論（面對問題時是如何考慮的，逐步分析的過程，以理解計算思維的嚴(yán)謹(jǐn)與分解特性），得出討論結(jié)果（經(jīng)過逐步分析后的結(jié)論或操作過程），并對這類問題進(jìn)行歸納和總結(jié)，鍛煉學(xué)生的計算思維能力。

（4）視頻教學(xué)。教師可以收集和制作某些知識點講解視頻，在課堂或課后供學(xué)生觀看。在制作或選擇教學(xué)視頻時，一般時長5～10分鐘，過長會因耐心不足，失去進(jìn)一步觀看的興趣。

（5）課程教學(xué)網(wǎng)站?！禬eb系統(tǒng)與技術(shù)》的教學(xué)目標(biāo)是網(wǎng)頁開發(fā)與網(wǎng)站建設(shè)，教師完全具備構(gòu)建本課程教學(xué)網(wǎng)站的能力，將教學(xué)資料和收集到的素材發(fā)布到網(wǎng)站，供學(xué)生下載使用。同時，可以在課程教學(xué)網(wǎng)站中設(shè)置論壇，及時解答問題；設(shè)置問卷調(diào)查模塊，組織對某些核心問題的討論。

新技術(shù)的出現(xiàn)使教學(xué)方式更加多樣化，教師需要與時俱進(jìn)，理解和掌握這些技術(shù)，運(yùn)用這些新技術(shù)闡釋計算思維的內(nèi)涵。

2 實踐教學(xué)中的計算思維培養(yǎng)

將知識轉(zhuǎn)化為技能，離不開大量的實踐練習(xí)。實踐是檢驗《Web系統(tǒng)與技術(shù)》課程教學(xué)效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前實踐教學(xué)過程中，注重對局部知識和具體技術(shù)的練習(xí)，缺乏對思維的訓(xùn)練，而且過于強(qiáng)調(diào)新工具和經(jīng)過封裝后的新方法使用，忽略了內(nèi)部本質(zhì)問題的討論與理解，容易造成學(xué)生應(yīng)變能力差。經(jīng)驗表明，在計算機(jī)科學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，越是基礎(chǔ)的，越是偏向計算機(jī)學(xué)科底層知識的課程越重要；而越偏向于使用技巧的知識，越容易在時代發(fā)展的潮流中被淘汰。專業(yè)基礎(chǔ)的掌握影響學(xué)生后續(xù)職業(yè)持續(xù)發(fā)展。因此，在實踐教學(xué)中，除了講授具體的知識和技術(shù)練習(xí)之外，更需要利用計算思維強(qiáng)化計算機(jī)學(xué)科中的基礎(chǔ)知識，為學(xué)生今后更好地發(fā)展打下基礎(chǔ)。

2.1 上機(jī)內(nèi)容設(shè)計

結(jié)合計算思維，圍繞頁面設(shè)計的核心流程和技術(shù)，在理解和遵循Web標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，設(shè)置頁面設(shè)計HTML5、CSS樣式控制、Jquery事件及動畫設(shè)計、數(shù)據(jù)訪問、異步刷新等實驗題目，使內(nèi)容之間具有聯(lián)系，解決網(wǎng)頁中不同部分、不同階段的問題。同時，加強(qiáng)實驗過程管理，教師要檢查學(xué)生上機(jī)情況，查看實驗結(jié)果，交流實現(xiàn)過程，加強(qiáng)計算思維引導(dǎo)。在上機(jī)練習(xí)過程中，可以圍繞網(wǎng)頁配色加強(qiáng)對美學(xué)思維的訓(xùn)練；圍繞頁面布局（DIV+CSS）加強(qiáng)對認(rèn)知科學(xué)的理解與領(lǐng)悟；圍繞頁面中按鈕的布局理解人機(jī)工程學(xué)；圍繞網(wǎng)頁標(biāo)準(zhǔn)及MVC模式引入理解工程中的分離與復(fù)用思維；圍繞CSS的引入理解公因式提取法（需要統(tǒng)一控制的樣式提取到一個獨(dú)立的文件中），加強(qiáng)數(shù)學(xué)思維；這些內(nèi)容的講解與擴(kuò)展能夠避免思維僵化，拓寬學(xué)生視野，加強(qiáng)對已有知識的理解與應(yīng)用。

2.2 自主選擇項目綜合練習(xí)

分解和抽象是計算思維的兩個關(guān)鍵點。對此，在講解案例的基礎(chǔ)上，建議學(xué)生分成小組，自主設(shè)計并實現(xiàn)一個與實踐結(jié)合較為緊密的網(wǎng)站，培養(yǎng)分解和抽象思維能力。前一節(jié)中上機(jī)內(nèi)容的練習(xí)圍繞網(wǎng)頁編寫展開，是指導(dǎo)教師已經(jīng)分解過的，學(xué)生只需要消化和理解即可。而本節(jié)中自主設(shè)計并實現(xiàn)的網(wǎng)站，需要學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)使用情況，挑選感興趣的網(wǎng)站內(nèi)容或設(shè)計新的網(wǎng)站。為了防止“大鍋飯，養(yǎng)懶漢”的現(xiàn)象出現(xiàn)，小組負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)組織討論和任務(wù)分工，小組成員都必須參與編碼，并且每個成員負(fù)責(zé)的部分盡可能全面覆蓋有關(guān)技術(shù)。通過討論和交流，增強(qiáng)學(xué)生的計算思維能力，遇到問題能夠進(jìn)行分解和抽象，結(jié)合已有知識找出解決方案。同時，培養(yǎng)學(xué)生工程化的思維模式，理解網(wǎng)站開發(fā)的全流程，從網(wǎng)站代碼開發(fā)后的程序部署、域名申請、空間發(fā)布及Web服務(wù)器的配置等方面進(jìn)行全方位練習(xí)，增強(qiáng)實戰(zhàn)能力。

3 結(jié)語

本文在分析計算思維特征的基礎(chǔ)上，以《Web系統(tǒng)與技術(shù)》課程為目標(biāo)，在課堂教學(xué)、上機(jī)實驗及綜合項目方面培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，以增強(qiáng)學(xué)生思維訓(xùn)練、提高學(xué)習(xí)興趣為主要目標(biāo)，為靈活運(yùn)用知識和提高實踐能力奠定基礎(chǔ)，以增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。后續(xù)研究將結(jié)合該課程具體的知識點探討計算思維培養(yǎng)，做好教學(xué)素材的收集、整理和加工工作。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）