計(jì)算思維在中職計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中的培養(yǎng)

王琦偉

【摘要】? ? 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算思維成為人才培養(yǎng)的關(guān)鍵部分。中職計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維出發(fā)，構(gòu)建課堂教學(xué)活動(dòng)。本文以Python教學(xué)活動(dòng)為例，從明確教學(xué)目標(biāo)、分析學(xué)生特點(diǎn)等六個(gè)方面入手，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵字】? ? 計(jì)算思維? ? 中職計(jì)算機(jī)? ? Python教學(xué)活動(dòng)

引言

當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展人工智能、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等都在不斷影響人們的生活，由此產(chǎn)生的專業(yè)影響力也是相當(dāng)巨大的。多數(shù)中職學(xué)校都設(shè)有計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)，每年會(huì)畢業(yè)一大批學(xué)生，但近幾年的畢業(yè)生專業(yè)對(duì)口率一直不高。即使從事計(jì)算機(jī)相關(guān)工作，技術(shù)層次也不高，主要為婚紗店修片、文字錄入、計(jì)算機(jī)維修等，薪資也有限。造成這些問(wèn)題有原因有許多，其中計(jì)算思維能力的不足是關(guān)鍵因素之一。

黨的十九大中指出，信息技術(shù)作為當(dāng)前先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略支撐[1]。在信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，人的計(jì)算思維能力越來(lái)越重要。在 2017 年頒布信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，明確指出增強(qiáng)信息意識(shí)、發(fā)展計(jì)算思維、提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力、樹(shù)立正確的信息社會(huì)價(jià)值觀和責(zé)任感[1]。

由此看來(lái)，無(wú)論是社會(huì)發(fā)展需求，還是國(guó)家政策，作為中職計(jì)算機(jī)專業(yè)未來(lái)都將以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維為重要發(fā)展方向和努力目標(biāo)。

一、計(jì)算思維的基本概念

計(jì)算思維是中職計(jì)算機(jī)課程中對(duì)學(xué)生的思維培養(yǎng)目標(biāo)，也是未來(lái)就業(yè)的重要籌碼。何為計(jì)算思維？美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家周以真[2]認(rèn)為，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(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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)——此定義進(jìn)一步指明計(jì)算思維是人們基于計(jì)算機(jī)科學(xué)所形成的思維習(xí)慣、思維模式。可見(jiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維與促進(jìn)學(xué)生理解、掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)是密不可分的。

二、中職計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀

2.1高校研究多，中職學(xué)校研究少。

知網(wǎng)上計(jì)算思維相關(guān)的論文、課題有1000多篇，其中關(guān)于中職學(xué)校的只有9篇，說(shuō)明中職學(xué)校對(duì)于計(jì)算思維的研究并不多。如山西省旅游學(xué)校的馬省軒撰寫(xiě)的《中職教育中計(jì)算思維培養(yǎng)方式初探》，文中分析了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教育現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了計(jì)算思維并明確了中職教育計(jì)算思維培養(yǎng)思路。

作者提出一種在中職計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的教學(xué)新模式：任務(wù)驅(qū)動(dòng)的探究型計(jì)算思維式培養(yǎng)。[3]江蘇省南京市城建中等專業(yè)學(xué)校王亮撰寫(xiě)的《加強(qiáng)計(jì)算機(jī)教學(xué)提升中職學(xué)生計(jì)算思維能力摭探》，文中強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、以計(jì)算思維為導(dǎo)向建立教學(xué)模式，完善教學(xué)內(nèi)容、以計(jì)算思維為主線設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，注重教學(xué)方法推動(dòng)、以計(jì)算思維為目標(biāo)開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐，有目的、有計(jì)劃地將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程。在具體的教學(xué)過(guò)程中，還應(yīng)積極開(kāi)展開(kāi)放式自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，根據(jù)具體情況開(kāi)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)特點(diǎn)或興趣愛(ài)好自主選擇實(shí)驗(yàn)任務(wù)，以此提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力和自主創(chuàng)新的能力。[4]

2.2教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)不注重學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)

許多中職學(xué)校以“高職考”為主，筆者所在的學(xué)校就是這種情況，因此所開(kāi)設(shè)的專業(yè)課以考綱為指導(dǎo)，教學(xué)內(nèi)容以理論知識(shí)為主、實(shí)踐操作為輔。日常教學(xué)過(guò)程中所采用的教學(xué)方法以講授法為主，學(xué)生只是被動(dòng)地接受知識(shí)，不能充分理解。評(píng)價(jià)方式參照文化課主要以紙質(zhì)考試為主，不能全面評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)際水平。整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)沒(méi)有重視學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，容易導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，專業(yè)技能水平有限，解決實(shí)際問(wèn)題的能力不強(qiáng)，限制其創(chuàng)新能力的提升。

除以上兩個(gè)方面之外，教師自身計(jì)算思維能力不足、學(xué)生的認(rèn)知水平參差不齊等也是問(wèn)題。通過(guò)大量資料和文獻(xiàn)的分析和自身的感悟，筆者認(rèn)為中職Python程序設(shè)計(jì)課程是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的優(yōu)質(zhì)載體。

三、Python語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)課程

3.1 Python語(yǔ)言的特點(diǎn)

Python語(yǔ)言是一種被廣泛使用，面向?qū)ο蟮母呒?jí)通用腳本編程語(yǔ)言，其程序語(yǔ)法簡(jiǎn)潔，明晰易懂。對(duì)比其他的編程語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，Python語(yǔ)言有許多鮮明的特點(diǎn)，適合中職計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新思維，特別是計(jì)算思維相當(dāng)有幫助。主要原因有如下幾點(diǎn)：

1. 語(yǔ)法簡(jiǎn)單且易學(xué)。它是以簡(jiǎn)單主義思想為核心的語(yǔ)言，閱讀程序如同閱讀英語(yǔ)短文，對(duì)于初學(xué)者相當(dāng)友好，上手相當(dāng)容易。同時(shí)，Python語(yǔ)言配備了通俗易懂的說(shuō)明文檔。

2. 代碼免費(fèi)且開(kāi)源。Python程序代碼是完全自由和開(kāi)源的。使用Python語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)者可以自由地拷貝、修改他人代碼，并將其再次封裝成模塊供他人使用。人們通過(guò)免費(fèi)社區(qū)共同學(xué)習(xí)、分享和開(kāi)發(fā)代碼模塊，使得Python語(yǔ)言更加完善和強(qiáng)大。

另外豐富的庫(kù)和應(yīng)用范圍廣，也是Python語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Python的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)內(nèi)容相當(dāng)龐大，它可以幫助我們處理各種工作，包括正則表達(dá)式、文檔生成、線程處理、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)頁(yè)制作、圖形用戶界面（GUI）、密碼系統(tǒng)等。除了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以外，還提供如flask、sqlalchemy和simplejson等高質(zhì)量的庫(kù)。

3.2 Python程序設(shè)計(jì)課程

主要是指讓學(xué)生掌握Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的相關(guān)知識(shí)和編程技能的載體。Python語(yǔ)言作為一門全球前四大流行語(yǔ)言之一，其發(fā)展的空間很大，是未來(lái)中職學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)編程教學(xué)的重要方向。我校積極響應(yīng)號(hào)召、順應(yīng)時(shí)代，開(kāi)設(shè)Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程。雖然該課程開(kāi)設(shè)時(shí)間不長(zhǎng)，但反響相當(dāng)不錯(cuò)。

通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生普遍認(rèn)為Python語(yǔ)言掌握起來(lái)容易，比起枯燥、難懂的C語(yǔ)言和功能落后的VB語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，學(xué)起來(lái)更加有意思。它有專門的模塊可以和網(wǎng)頁(yè)、數(shù)據(jù)庫(kù)等交互，做出來(lái)的作品功能強(qiáng)大、兼容性好，符合社會(huì)實(shí)際需求，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性較高。

四、Python教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐

4.1明確教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是指教學(xué)使學(xué)生產(chǎn)生變化的明確表述，指期待學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中所得到的學(xué)習(xí)結(jié)果。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)目標(biāo)的作用尤為重要。所有教學(xué)活動(dòng)必須以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，圍繞實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而開(kāi)展。由于國(guó)家未明確中職Python課程的教學(xué)目標(biāo)，基于中職學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)提出課程目標(biāo)是：通過(guò)課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握Python語(yǔ)言的發(fā)展歷史、語(yǔ)法規(guī)則和常用函數(shù)，熟練使用Python集成開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)、編寫(xiě)和調(diào)試程序，掌握文件操作基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)庫(kù)信息處理，能夠編寫(xiě)簡(jiǎn)單的Python程序和閱讀分析復(fù)雜的Python程序;通過(guò)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維意識(shí)、方法和能力，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣和學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生獲得利用編程技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4.2分析學(xué)生特點(diǎn)

中職學(xué)校的編程教學(xué)一般安排在高二上學(xué)期開(kāi)始，此時(shí)的學(xué)生已經(jīng)能夠熟練操作計(jì)算機(jī)，但是絕大多數(shù)沒(méi)有計(jì)算機(jī)編程的經(jīng)歷。Python編程程序設(shè)計(jì)課程容易使剛接觸的學(xué)生對(duì)其產(chǎn)生興趣，但是隨著學(xué)習(xí)的深入，變量、數(shù)組、函數(shù)、對(duì)象等知識(shí)進(jìn)入課堂，這些抽象的知識(shí)逐漸使他們失去學(xué)習(xí)的信心，多數(shù)學(xué)生無(wú)法真正掌握課堂所學(xué)的知識(shí)，更不要說(shuō)理論聯(lián)系實(shí)際。

4.3設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目

為了讓學(xué)生能夠像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思考，能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、抽象性、創(chuàng)新性的科學(xué)思維方式。此次Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)過(guò)程中采用項(xiàng)目教學(xué)法，使學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中獲取相關(guān)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與，自主探究，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性、創(chuàng)造性等，強(qiáng)調(diào)個(gè)性化，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，從而提升其計(jì)算思維能力?？紤]到學(xué)生間認(rèn)知水平的差異和個(gè)性特點(diǎn)，為了讓所有學(xué)生都有所得，教學(xué)過(guò)程采用小組合作，將學(xué)優(yōu)生和學(xué)困生組合在一起，鼓勵(lì)生生互助，有效地提高教學(xué)的效率。

項(xiàng)目的設(shè)定需要考慮符合計(jì)算思維的培養(yǎng)規(guī)律和要求，需要貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活，具備較強(qiáng)的實(shí)用性、專業(yè)性和創(chuàng)新性。通過(guò)綜合分析，最終確定爬取“58同城網(wǎng)站”的招聘信息作為本課程的教學(xué)項(xiàng)目。學(xué)生通過(guò)自己編寫(xiě)的爬蟲(chóng)程序獲取真實(shí)的招聘信息，可以為自己或他人學(xué)習(xí)和就業(yè)提供幫助，從而直觀的感受到知識(shí)的實(shí)用性和學(xué)習(xí)的成就感。要想完成這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生必須掌握Python基礎(chǔ)知識(shí)、基本庫(kù)、正則表達(dá)式、網(wǎng)頁(yè)抓取框架（Scrapy）等知識(shí)。雖然項(xiàng)目的復(fù)雜度高、難度大，但是教師可以將大項(xiàng)目分解成小項(xiàng)目，由淺入深、循序漸進(jìn)，鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，自主探究解決問(wèn)題。

4.4引導(dǎo)前置性學(xué)習(xí)

前置性學(xué)習(xí)，又稱為前置性小研究或前置性作業(yè)，是生本教育理念的一個(gè)重要表現(xiàn)形式。我們利用前置性學(xué)習(xí)，結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)，積極融入先做后學(xué)、先學(xué)后教、少教多學(xué)和以學(xué)定教的理念，可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布課前小項(xiàng)目，給予學(xué)生充分的時(shí)間和空間去研究和探索有價(jià)值的問(wèn)題，這樣做可以拓展課堂內(nèi)容的深度和廣度，提高課堂教學(xué)效率。具體流程如下圖1所示。

4.5開(kāi)展課堂實(shí)踐

由于學(xué)生已經(jīng)開(kāi)展過(guò)前置性學(xué)習(xí)，對(duì)于本課的項(xiàng)目已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)，教師將針對(duì)學(xué)生所提出的問(wèn)題，引導(dǎo)其思考解決方法，突破課堂難點(diǎn)。學(xué)生在課堂上分析、討論，將問(wèn)題及解決方案記錄下來(lái)。具體流程如下圖2所示。

在課堂教學(xué)過(guò)程中教師積極引導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查找資料，充分使用極客學(xué)院、慕課網(wǎng)等視頻學(xué)習(xí)平臺(tái)，瀏覽編程論壇，獲取有價(jià)值的項(xiàng)目信息。同時(shí)教師也積極使用UMU互動(dòng)課堂和雨課堂等先進(jìn)教學(xué)手段來(lái)提高教學(xué)效率。課后師生間采用Github、碼云、微信等發(fā)布項(xiàng)目和相關(guān)信息，溝通問(wèn)題，努力營(yíng)造“學(xué)習(xí)無(wú)處不在”的良好氛圍。利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生不斷地深入探究。如在讀取文件時(shí)，學(xué)生會(huì)用到open函數(shù)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)忘記關(guān)閉“文件句柄”或者讀取數(shù)據(jù)發(fā)生異常，沒(méi)有進(jìn)行任何處理。這個(gè)時(shí)候一些學(xué)生就會(huì)指出可以使用try語(yǔ)句，如圖3所示。而另一些同學(xué)則提出使用with語(yǔ)句可以更加便捷，如圖4所示。

通過(guò)測(cè)試，兩種方案都能解決上面的問(wèn)題，但是從語(yǔ)言的精煉程度上來(lái)看，后者更加簡(jiǎn)潔，執(zhí)行效率更高，因此在這個(gè)問(wèn)題上，大家一致同意使用第二個(gè)方案。教師在課堂中經(jīng)常性的組織學(xué)生交流、分析和討論，對(duì)于學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力和計(jì)算思維能力的提升很有幫助。

4.6實(shí)行多元評(píng)價(jià)

多元評(píng)價(jià)可以更加全面的掌握學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力和計(jì)算思維培養(yǎng)的效果。評(píng)價(jià)過(guò)程實(shí)行“兩結(jié)合”，分別是過(guò)程性評(píng)價(jià)（40%）和考核性評(píng)價(jià)（40%）相結(jié)合、個(gè)人評(píng)價(jià)（10%）和小組評(píng)價(jià)（10%）相結(jié)合。

1. 過(guò)程性評(píng)價(jià)是隨著學(xué)期開(kāi)始就展開(kāi)了，通過(guò)積累各小組任務(wù)完成后的評(píng)價(jià)結(jié)果折算成最后成績(jī)，各小組內(nèi)成員的分值是一樣的。

2. 考核性評(píng)價(jià)主要采用期中、期末統(tǒng)一測(cè)試，分為理論和上機(jī)操作。要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的考核內(nèi)容，從而檢驗(yàn)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況。

3. 個(gè)人評(píng)價(jià)是小組內(nèi)成員相互打分，根據(jù)個(gè)人在小組中的表現(xiàn)，這里主要考察學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、人際交往能力等。

4. 小組評(píng)價(jià)是根據(jù)學(xué)期中各小組的表現(xiàn)由各小組間進(jìn)行互評(píng)。

通過(guò)以上四種評(píng)價(jià)方式，教師不僅可以獲取一個(gè)更加真實(shí)、全面的成績(jī)，還進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的“主人翁”精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和集體榮譽(yù)感。

4.7反思教學(xué)效果

曾子曰：“吾日三省吾身”，經(jīng)常性的開(kāi)展教學(xué)反思對(duì)于教師計(jì)算思維的培養(yǎng)相當(dāng)有幫助。通過(guò)一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，我們收獲很多，但也存在不少問(wèn)題。

1. 積極的影響和效果

采用項(xiàng)目教學(xué)法，提高了教學(xué)的效率，使得更多的學(xué)生能夠?qū)ython程序設(shè)計(jì)感興趣。通過(guò)教師的積極引導(dǎo)，大多數(shù)學(xué)生能夠積極主動(dòng)利用周邊的資源，開(kāi)展自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐探究。運(yùn)用項(xiàng)目化教學(xué)和小組合作，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

2. 問(wèn)題和不足

學(xué)生的認(rèn)知水平參差不齊，小組間也存在一定的差距，導(dǎo)致項(xiàng)目的進(jìn)度隨著時(shí)間的推移，差別越來(lái)越大。還有少數(shù)學(xué)生對(duì)于編程興趣依然不大，影響團(tuán)隊(duì)的氛圍。

3. 解決措施

根據(jù)實(shí)際情況，項(xiàng)目的設(shè)置要有通用性和可擴(kuò)展性。如編寫(xiě)計(jì)算器，可以編寫(xiě)簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算計(jì)算器，也可以編寫(xiě)帶有復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的計(jì)算器，甚至是特殊用途的計(jì)算器，這樣小組可以根據(jù)自己的能力水平來(lái)創(chuàng)新和改進(jìn)其項(xiàng)目方案，從而獲得更好地成績(jī)。

而對(duì)于編程興趣不大的學(xué)生，通過(guò)教師溝通交流、積極引導(dǎo)、學(xué)生互助，逐步轉(zhuǎn)變他們的思想和觀念，從而融入到學(xué)習(xí)中去。

五、總結(jié)

通過(guò)一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐證明，利用Python教學(xué)活動(dòng)來(lái)培養(yǎng)中職計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維能力是完全可行的。不僅能夠使學(xué)生在Python程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)上有很大的進(jìn)步，還能夠提高其自身的計(jì)算思維能力，為今后踏上社會(huì)奠定良好的基礎(chǔ)。未來(lái)社會(huì)的發(fā)展需要具有創(chuàng)新思維和計(jì)算思維的人才，這是我們中職學(xué)校培養(yǎng)人才的目標(biāo)，也是國(guó)家希望的源泉。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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