基于思維導圖的案例教學法在培養學生計算思維的應用實踐

朱誠

摘要：為了提高學生的自主學習和知識運用以及綜合創新能力，教師在課程教學中不僅要傳授學生知識，還要時時考慮對學生計算思維能力的培養;該文從計算思維的概念出發，對案例式教學方法中如何培養計算思維能力做了嘗試，介紹了在面向程序設計的案例式教學法的實踐中，采用思維導圖來完成案例問題的相關知識體系整理，同時按照計算思維的問題解決流程對一個案例問題的解決過程做了敘述。

關鍵詞：計算思維;思維導圖;案例教學法

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）35-0132-02

Abstract：In order to improve students'autonomous learning， knowledge application and comprehensive innovation ability， teachers should not only impart students' knowledge in the course of teaching， but also consider the cultivation of students'computational thinking ability from time to time. This paper introduces the practice of case-based teaching method oriented to program design， which use mind map to complete the arrangement of relevant knowledge system of case problems， and describes the solving process of a case problem according to the problem solving process of computational thinking.

Key words： Computational Thinking; Mind Map;Case Teaching Method

1 計算思維與案例教學法

計算思維（Computational Thinking）運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為。它包括了涵蓋計算 機科學之廣度的一系列思維活動[1]，在這個概念被提出之后，逐漸為計算機教育學界所重視并廣泛接受[2，3]，我國教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會、中國計算機學會等組織，也對其開展了深入的探討，教育部教高司批準了“以計算思維為導向的大學計算機基礎課程研究”等 22 個大學計算機課程改革項目，以培養計算思維為重點，推動大學計算機課程改革[4]。教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會指出以計算思維為切入點的大學計算機課程改革，提出通過培養學生計算思維的意識和方法，提高計算機應用水平[5]。

計算機類的課程教學的核心目標之一就是培養學生的計算思維，要實現這個目標，需要采用學生自主學習、自主探究為主的分類分層教學方式，引導學生發現問題分析和解決問題;而在實際的計算機類課程的教學實踐中，很多學生感覺知識點分散且理解難度大，學習的目標變成了應付考試，這要求在教學活動中，不能以教師為中心，而應該以學生為主體，結合教學實踐來開展教學活動，案例教學法利用構建涉及多個知識點的綜合案例，在教師的引導下，讓學生自行查閱相關課程資料，并積極地思索，主動獨立地對案例中的問題做出分析并尋找具體解決方案，從而達到教學目標，是非常適合培養學生的計算思維的一個途徑。

為了將計算思維的培養融入教學案例中，需要引導學生參與到問題抽象、建模和實現環節，而引導過程中為了讓學生能對案例所涉及的知識體系有清晰、完整的認識，教師可采用思維導圖來協助案例的設計。

2 思維導圖在案例設計中的使用

思維導圖（Mind Map）是表達發散性思維的有效圖形思維工具 ，它簡單卻又很有效，是一種實用性的思維工具[6]。思維導圖運用圖文并重的技巧，把各級主題的關系用相互隸屬與相關的層級圖表現出來，把主題關鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接[7]。

在一個教學案例中，通常會涉及很多相關知識點，學生在分析解決案例問題時，需要先掌握這些知識點，并使用計算思維的方法來完成案例，教師在教學案例的設計時，可以借助思維導圖先整理出相關知識點，再給出案例的設計框架和參考分析流程，本文以面向對象程序設計的一個教學案例來介紹設計過程。

案例要求：設計實現一個繪制簡單幾何圖形的程序，可用鼠標繪制點、圓形、矩形、菱形;可設置邊線的寬度、顏色;可將繪制的圖形保存到文件，或從文件中讀取圖形信息顯示到界面上。

首先利用思維導圖將本案例所涉及的知識點列出，提示學生需要學習掌握或再憶的知識內容，繪制的思維導圖如圖1所示：

本案例中，需要學生自己設計和使用圖形類，學生要將需要繪制的圖形的特征提取出來作為類的成員，而且要考慮繪制的圖形要保存到文件，需要圖形類重載流操作運算符，另外，針對多種圖形，所以要創建一個簡單的類的繼承體系，先設計圖形基類，再從此基類派生各個具體的圖形的類，每個具體的圖形都要繪制到屏幕上，所以在基類上設計一個純虛函數的繪圖方法成員供派生類重載使用。

然后，再對案例問題的解決流程做分析，得到符合計算思維流程的思維導圖，見圖2：

這里把案例問題的解決流程分成三個步驟：（1）對問題做抽象，要繪制的多種圖形的共同特征做提取，各種圖形都有屏幕坐標范圍、線條寬度顏色、繪制圖形等特征，抽象為類用若干屬性成員和方法成員來表示，保存圖形就是保存各個圖形類的數據成員。（2）對案例問題的數據建模，設計一個抽象基類，作為各個圖形類的基類，在抽象基類中設計公共屬性成員用來表示所有圖形都具有的特征，并將圖形繪制方法和圖形數據的序列化設計為純虛函數，作為派生類重載的接口。（3）提出案例問題的實現方法，采用基于窗口的程序框架，采用鼠標事件來響應繪圖動作，文件的讀寫操作利用類的序列化和反序列化接口來實現。注：窗口程序設計和事件響應處理的知識屬于課程外的延伸內容，這里沒有單獨列出為知識點，教師可指導學生課外學習。

完成了案例的設計后，將其整理為學生自主完成案例時的指導材料，學生遇到問題時首先參照指導材料，自主查找相關資料來完成，能幫助學生將理論課程學到知識整合到一起加以靈活運用，既降低了學生的學習難度，也提升了學生的自主學習的動力，還能有效夯實學生的綜合創新實踐的基礎，在作者的教學實踐中已經取得很好的效果。

3 總結

教師在課程教學中不僅要傳授學生知識，還要時時考慮對學生計算思維能力的培養，為了提高學生的自主學習和知識運用以及綜合創新能力，教師常使用案例驅動教學模式，本文就作者在面向程序設計的案例式教學法的實踐中，介紹了采用思維導圖來對案例的知識體系整理，同時按照計算思維的問題解決流程對一個案例問題的解決做了敘述，實踐證明此方法達到了預期的效果。

參考文獻：

[1] Jeannette J M. Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006（3）：33-35.

[2] Denning P J. The Long Quest for Computational Thinking[C].New York：ACM Press，2016：120-129.

[3] Seymour Papert. An Exploration in the Space of Mathematics Educations[J].International Journal of Computers for Mathematical Learning，1996（1）：95-123.

[4] 耿國華. 以計算思維為指導提升大學文科計算機教學質量[J].中國大學教學，2013（10）：12-15.

[5] 朱亞宗. 論計算思維——計算思維的科學定位、基本原理及創新路徑[J].計算機科學，2009（4）：53-55+93.

[6] 張建新. 思維導圖在高職《液壓傳動》課程中的應用研究[J].高教學刊，2017（4）：175-176.

[7] 孫凌宇. 思維導圖在《數據結構與算法》計算過程可視化的教學行動研究[J].山西財經大學學報，2016（S2）：87-89.

[通聯編輯：王力]