面向計算思維及多元能力培養的實驗教學研究

侯 爽, 馬青華， 陳世紅

(北京聯合大學 應用文理學院， 北京 100191)

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面向計算思維及多元能力培養的實驗教學研究

侯 爽, 馬青華， 陳世紅

(北京聯合大學 應用文理學院， 北京 100191)

隨著信息技術的迅猛發展和廣泛影響，“大學計算機基礎”課程面臨著學生基礎參差不齊、學習積極性不高、眼高手低等難題。根據2012年教育部的指導思想，確定了該門課程實驗教學設計的指導原則，提出了實驗教學的4個實驗層次，分別闡述了各個層次實驗的切入點、實驗目標和能力培養，并介紹了相應的實驗教學方法和評價方法。實踐表明，改進的實驗教學有助于學生對自我的正確認識，在學習過程中有的放矢，逐步形成計算思維，同時鼓勵團隊合作，從而共同提高多元能力和綜合素質。

計算思維； 實驗教學； 大學計算機基礎

“大學計算機基礎”課程是一門面向大學新生的普適性通識課程。當前由于我國基礎教育中信息技術教育的發展，使得原本高等教育中的計算機基礎教育內容重心下移，本課程受到很大沖擊，面臨著新的挑戰。2012年教育部高教司和教育部計算機基礎課程教學指導委員會提出以計算思維為切入點，拉開新一輪大學計算機教育和課程改革的序幕。較之現行的大學計算機基礎教育，改革的重點是要以能力培養為核心，突破計算機學科專業領域，運用源于計算機的思維與行為方式解決各類專業或社會生活問題[1]。

1 實驗教學設計指導原則

1.1 以計算思維培養為前提

周以真教授在2006年全面定義和闡釋了計算思維的內涵，指出計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[2]。近年來，各界學者結合我國高等教育的實際情況進一步發展了計算思維的內涵[3-5]，具體到在“大學計算機基礎”課程如何實現計算思維的培養也在不斷探索[6-8]。使用計算機解決實際生產生活的問題時，只有熟悉計算機軟件和硬件的特點、遵循計算機的工作方式、運用計算思維，才能應用計算機順利實現目標。因此，設計本課程的實驗環節非常重視計算思維的培養訓練。

1.2 以多元能力培養為目標

“大學計算機基礎”課程強調教學目標之一是培養學生的計算機應用能力，例如學會使用Office軟件進行文字處理、數據處理以及演示文稿的設計等。圖1顯示了計算機應用能力結構體系。在設計各個層次的實驗時需考慮是否有利于這些能力的提升。

圖1 計算機應用能力體系

2 實驗層次設計

2.1 學情分析

隨著信息技術的迅猛發展和廣泛影響，學生入學時的計算機水平不再是零基礎，但是由于中學階段各地信息技術課程的普及程度和各校重視程度的差異，以及學生大學之前接觸的計算機深度不同，造成了學生計算機應用的基礎差別很大。以我院2013級隨機2個班學生的摸底情況為例，成績統計如圖2所示。同時還存在文科類學生抵觸理科課程，部分學生眼高手低等情況。因此，在設計實驗任務或案例時，必須要抓住學生“眼球”，與當下大學生的討論熱點結合，吸引他們的注意力，還要“胡蘿卜”和“大棒”同在，鼓勵的同時適時提醒不足。

圖2 2013級學生入學“大學計算機基礎”摸底成績

2.2 實驗層次設計

我院開設的“大學計算機基礎”課程總課時為48學時，其中實驗為24學時。面臨的問題包括學時數少、教學內容多、學生基礎參差不齊、學習動力不足等。為了解決這些矛盾，將本課程的實驗部分改進為4個層次，創設各種應用情境，引導學生進行計算思維訓練，層層遞進，從而提高學生多元化的計算機應用能力。

4個層次為：前導實驗，驗證實驗，綜合實驗和團隊實驗。以Office部分為例，表1顯示了各層次實驗實施的時間點、實驗目標和對應的重點能力培養。

表1 實驗層次設計

前導實驗是在具體的知識點講解之前設置的實驗環節。由于Office的內容學生比較熟悉，前導實驗可以讓學生自我衡量基礎水平，發現不足之處，以便帶著問題學習。例如，講授Microsoft PowerPoint部分時，前導實驗的內容是：使用給定的關于“九寨溝”景點的文字和圖片素材，快速設計一份演示文稿。前導實驗可以作為預習內容放置在課前完成，也可以在課上開始的一段時間內完成，對于我們學院的學生，學習的主動性不夠，為保證實驗效果，選擇了第2種方式。

驗證實驗是伴隨著各知識點的介紹給出的，重點在于詳細解釋相關的理論內容和操作步驟。例如，講授Microsoft Excel部分時，單元格格式、公式和函數、排序和篩選等每個知識點都會對應一個驗證性實驗，選取學生喜聞樂見的主題作為成績計算(綜藝選秀、體育比賽、綜合測評)、條件篩選(電影場次篩選、課程篩選)等案例。該類實驗的特點是細致，每個實驗步驟都要給出具體的描述，例如在D7單元格計算總分，目的是讓學生掌握技術方法。本層次的實驗基本是一些觀察性或檢驗性的，用以輔助學生對各個知識點的理解。

綜合實驗設置在本模塊的各知識點全部介紹之后，讓學生綜合運用所學功能完成的實驗。通過驗證實驗階段的學習，學生已基本掌握“分解動作”，但是，此時他們對知識的應用還處在“離散”狀態，必須引導學生將各個知識點在一個容器中“溶化”、“融合”，本階段提供的綜合實驗就要充當這個“容器”。綜合實驗的任務可以繼續使用前導實驗，運用新舊知識共同打造完美作品，也可以擬定新的實驗題目。綜合實驗的要求不要規定得太過詳細，只需將要達到的功能列出即可。例如，Word部分的綜合實驗要求有圖文混排效果、有不同的頁眉頁腳效果、有章節目錄效果等。

最后，當Word、Excel和PowerPoint的內容全部結束后，就進入到團隊實驗階段。該階段是一個深入應用、鼓勵創新的過程。由于課上學時有限，團隊實驗布置在課后完成，回到課堂進行匯報展示。團隊實驗以小組為單位，實驗內容為：圍繞一個主題(例如根據一次調查問卷的結果、根據一次活動的策劃等)，使用Excel處理數據，使用Word形成書面報告，使用PowerPoint現場匯報。團隊實驗考查團隊成員的協作能力和知識融會貫通的能力。3個軟件不是獨立的，而是要互相支撐；團隊成員之間也不是獨立的，而是分工合作。同時，通過課上匯報，也能鍛煉學生的表達能力，在壓力和交流中更能激發創新的火花。

對于“大學計算機基礎”課程Office部分的內容，4個層次的實驗關系如圖3所示。

圖3 以Office部分為例的實驗層次關系

3 實驗教學模式改進

以計算思維及多元能力培養為導向，“大學計算機基礎”課程的實驗教學模式也進一步加以改進。在教學過程中“以學生為主體，教師為主導”，尊重學生的認知規律，堅持實驗對知識點“連點成線，織線成面”的原則，逐步推進應用的拓寬深入。

3.1 采用的實驗教學方法

教學過程是必然與偶然的有機結合，教師的教學設計會隨著實際情況微調，綜合使用各種教學方法。

前導實驗階段主要采用啟發式教學法，拋出前導實驗重點不在于要求學生此刻一定能夠完美實現，而是通過問題的方式啟發學生聯想和思考，建立正確的思維方式，通過對問題的分析確定解決辦法。啟發式教學法符合人類由感性到理性、由現象到本質的認知規律，有利于培養學生的創新性思維[9-10]。

驗證實驗階段主要采用案例教學法[11]，通過設計詳細的實驗步驟，讓學生了解如何化整為零，逐個攻破，從而實現全部功能。如前所述，這些案例必須要抓住學生的注意力，盡量結合時下他們感興趣的話題或活動，獲取“學之有用”的成就感。另外，各知識點采用的案例主題不宜過于分散，過于分散容易造成學生知識體系構建困難。可以“形散而神不散”，在完成本模塊的所有驗證實驗后，自然而然形成一套解決方案。

在綜合實驗階段和團隊實驗階段，則采用任務驅動法[12]，提出項目的主要功能要求而不局限操作步驟，讓學生有自由發揮的空間，體驗從提出問題到分析問題、再到解決問題的計算思維的應用。

3.2 評價標準

采用過程考核，對4個層次的實驗都有考核指標。團隊實驗階段采取小組自評、小組互評和教師評價3種手段來保證評價的公正性，同時也能增強學生的參與積極性和學習積極性。小組自評主要關注每個組員的貢獻率，小組互評則關注組間作品的差別，同時也是互相學習的過程，最后綜合教師評價獲得團隊實驗成績。

3.3 教學效果

教學實踐表明，通過前導實驗，學生能夠正確認識自己的計算機基礎水平，抓住知識漏洞帶著問題學習，提高了學習興趣和學習效率。通過驗證實驗的案例拓展了應用視野；通過綜合實驗和團隊實驗，提高了學生綜合運用知識的能力和團隊合作的能力，增強了溝通交流和自我表達的能力。

4 結束語

以計算思維及多元能力培養為導向的實驗教學模式設立了4個實驗層次：前導實驗、驗證實驗、綜合實驗和團隊實驗，貼合“大學計算機基礎”課程授課對象的學情特點，讓學生能夠正確認識自己，有的放矢學習，提高計算思維能力，同時鼓勵學生間的交流，師生互學，生生互學，從而共同提高計算機應用的多元能力。

References)

[1] 全國高等院校計算機基礎教育研究會,中國鐵道出版社. 關于新一輪大學計算機教育教學改革的若干意見[J]. 計算機教育,2013(20):54-57.

[2] Jeannette M Wing. Computational thinking [J]. Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.

[3] 陳國良,董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學,2011(1):7-11.

[4] 牟琴,譚良.計算思維的研究及其進展[J].計算機科學,2011(3):10-15,50.

[5] 馮博琴.對于計算思維能力培養“落地”問題的探討[J].中國大學教學,2012(9):6-9.

[6] 朱鳴華,趙銘偉,趙晶,等.計算機基礎教學中計算思維能力培養的探討[J].中國大學教學,2012(3):33-35.

[7] 龔沛曾,楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養[J].中國大學教學,2012(5):51-54.

[8] 戰德臣,聶蘭順.計算思維與大學計算機課程改革的基本思路[J].中國大學教學,2013(2):56-60.

[9] 王志軍.啟發式教學:啟發學生的創新思維[J].實驗技術與管理,2009,26(1):17-18.

[10] 吳翊.啟發式教學再認識[J].中國大學教學,2011(1):67-68.

[11] 魯紅英,肖思和.案例教學法在“大學計算機基礎”教學的應用研究[J].中國電力教育,2013(7):94-95,110.

[12] 牟琴,譚良,周雄峻.基于計算思維的任務驅動式教學模式的研究[J].現代教育技術,2011(6):44-49.

Research of experimental teaching facing computational thinking and multiple ability training

Hou Shuang, Ma Qinghua, Chen Shihong

(College of Applied Arts and Science, Beijing Union University,Beijing 100191,China)

With the rapid development and extensive influence of information technology,the University Computer Basis course is facing difficulties such as different base of students,insufficient learning enthusiasm,and blind confidence. According to the guiding ideology by the Ministry of Education in 2012,the guiding principle of the experimental teaching design is determined. Then four experimental levels are put forward,with the exposition of each level experiment when the start point is set,what the target is and which ability can be trained. And the corresponding experimental teaching methods and evaluation methods are introduced. Practices show that the improved experimental teaching can help students to understand their skill level correctly,to grasp learning target accurately,and to promote computational thinking formed gradually. At the same time, the teamwork is encouraged greatly,thereby the students’ multiple abilities and comprehensive quality are improved together.

computational thinking; experimental teaching; university computer basis

2014- 07- 04 修改日期：2014- 10- 17

北京市屬高等學校高層次人才引進與培養計劃項目(IDHT201304089)

侯爽(1980—)，女，黑龍江克山，碩士，講師，研究方向為虛擬現實和計算機教育.

E-mail：hs_2004@buu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2015)2- 0194- 03