楊博寧
摘要:“計(jì)算思維”這一名詞來源于一項(xiàng)美國的計(jì)算思維專題討論,那里給出的專業(yè)名詞解釋為一個(gè)所有課堂問題解決的工具。這一名詞在誕生之日起就引起了全世界范圍內(nèi)的廣泛議論與轟動。在中國,也有著一大批的教育工作者以及科學(xué)工作者針對這一概念做出了有益于、適用于我國教育工作的貢獻(xiàn),但在新教育背景下,如何應(yīng)用計(jì)算思維來豐富、優(yōu)化大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)工作又成為廣大教育工作者心頭的難題。
關(guān)鍵詞:計(jì)算思維;大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)
計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為本科生通識教育的重要組成部分,是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。近年來,大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)遭受質(zhì)疑并面臨新的挑戰(zhàn)。
一、大學(xué)計(jì)算機(jī)課程現(xiàn)狀與存在的問題
國家推動面向所有大學(xué)生開設(shè)計(jì)算機(jī)文化課程(后被各學(xué)校稱為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程)已經(jīng)近20年,期間經(jīng)歷了若干次的演變和發(fā)展,到今天已經(jīng)明確了用計(jì)算思維改造大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的方針和原則,大學(xué)計(jì)算機(jī)課程應(yīng)該講授計(jì)算思維也已經(jīng)形成了普遍的共識,以計(jì)算思維培養(yǎng)為主的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程已成為和數(shù)學(xué)、物理、外語一樣的通識類基礎(chǔ)課程。然而限于“基礎(chǔ)-學(xué)時(shí)-內(nèi)容”的矛盾,人們對面向計(jì)算思維的課程內(nèi)容體系仍舊存在一些困惑,致使很多教師的教學(xué)內(nèi)容仍舊停留在所謂“狹義工具論”的層面,或者是停留在匯集計(jì)算機(jī)各門課程前言、緒論知識的層面,仍沒有形成有特色的自成體系的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容,不能滿足新形勢下大學(xué)計(jì)算機(jī)課程面向計(jì)算思維通識教育教學(xué)改革的需要。所謂“基礎(chǔ)-學(xué)時(shí)-內(nèi)容”矛盾是指:大學(xué)一年級學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)參差不齊,有些學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)很好,而有些學(xué)生則相對較弱,講授哪些內(nèi)容學(xué)生才能受益并能接受難以確定;計(jì)算機(jī)學(xué)科是過去60年發(fā)展最為迅速的學(xué)科,知識與內(nèi)容膨脹之快速令人難以想象,如此眾多內(nèi)容怎樣進(jìn)行教學(xué)選擇成為難題;為保證非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生本學(xué)科知識的學(xué)習(xí),不可能拿出太多學(xué)時(shí)來學(xué)習(xí)“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程,而且還面臨不斷壓縮課堂學(xué)時(shí)的壓力。
二、計(jì)算思維教學(xué)方案和實(shí)施
教學(xué)過程中所采用的教學(xué)方法隨著時(shí)代的進(jìn)步而發(fā)展。計(jì)算思維的培養(yǎng)不是摒棄以前的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式,而是將新的計(jì)算思維的方法融入進(jìn)去,達(dá)到完善大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的目的。使學(xué)生在掌握計(jì)算機(jī)學(xué)科思想和方法的基礎(chǔ)上,達(dá)到內(nèi)化計(jì)算思維的目的。
(一)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性和普適性
計(jì)算思維的定義雖然是2006年周以真教授提出來的,但計(jì)算思維從遠(yuǎn)古開始由來以久,可以說是無處不在,它與學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活、工作密切相關(guān),也是學(xué)生不可或缺的生存能力。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上,以大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)大綱為指導(dǎo),重新整理出教學(xué)單元中所涉及的計(jì)算思維基礎(chǔ)性內(nèi)容,改變傳統(tǒng)單純知識的教學(xué)方法,著重體現(xiàn)計(jì)算思維的基礎(chǔ)性"可見性,突出對計(jì)算思維能力的引導(dǎo)。以講述“計(jì)算機(jī)發(fā)展階段”為例,將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為專題講座“計(jì)算機(jī)的昨天、今天和明天”,從結(jié)繩計(jì)事講起,到計(jì)算機(jī)的四個(gè)階段和未來的計(jì)算機(jī),提煉出計(jì)算和計(jì)算思維的普適性與基礎(chǔ)性,讓學(xué)生更好地理解計(jì)算思維。
(二)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)具有趣味性和啟發(fā)性
大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程有別于其他公共課,學(xué)生的起點(diǎn)層次不齊,常規(guī)的依賴于課本的教學(xué)方法,不能達(dá)到理想的教學(xué)效果,特別是理論課部分,需要很好的教學(xué)設(shè)計(jì),才能體現(xiàn)計(jì)算思維在理論課中的普遍性與趣味性。比如說“二進(jìn)制”的部分,便可以設(shè)置以游戲的方式進(jìn)行教學(xué),讓同學(xué)們在玩游戲的過程中,了解二進(jìn)制的原理以及進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則,通過使用二進(jìn)制表示二值圖像、計(jì)算人的生日、計(jì)算ISBN等,來體會二進(jìn)制與日常生活的密切聯(lián)系,讓同學(xué)們感受計(jì)算的無處不在,計(jì)算思維的無處不在。
(三)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的綜合性與實(shí)用性
課堂是一種生活,如何在這有限的時(shí)間內(nèi)讓同學(xué)們理解和建立“信息、計(jì)算、智能”三大核心概念,從傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)或無意識的思維教學(xué)中轉(zhuǎn)變過來,讓學(xué)生想學(xué)習(xí),會學(xué)習(xí),以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教案設(shè)計(jì)顯得尤為重要。計(jì)算思維的核心是算法的思維,就是抽象的思維,但是同時(shí)它也擁有著很多的時(shí)代特性。從現(xiàn)實(shí)生活的案例入手,通過感悟數(shù)字化生存的智慧,讓學(xué)生感受到計(jì)算思維的由來、原理、方法,以及如何有效地運(yùn)用計(jì)算思維來解決現(xiàn)實(shí)中的問題,把知識的教學(xué)升華為思想的教學(xué)。以程序設(shè)計(jì)內(nèi)容為例,對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的同學(xué)來說,程序設(shè)計(jì)一直是難學(xué)的內(nèi)容,為了讓同學(xué)們更好地了解算法和抽象思維,我們加入了可視化的編程語言———RAPTOR。從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度進(jìn)行案例的重組,將問題求解提升至計(jì)算思維的培養(yǎng)。以程序設(shè)計(jì)中經(jīng)典案例哥尼斯堡七橋問題為例,以計(jì)算思維為導(dǎo)向?qū)栴}進(jìn)行求解:問題求解(尋找一條經(jīng)過各城市有且僅有一次,再回到起點(diǎn)的路徑)———尋找解決方案(一筆畫算法)———算法優(yōu)化(使用編程語言實(shí)現(xiàn)一筆畫算法,并在實(shí)現(xiàn)過程中對其進(jìn)行優(yōu)化)———總結(jié)歸納為現(xiàn)實(shí)問題的延伸(總結(jié)出解決此類問題的一種通用方法)。通過從算法構(gòu)造世界的角度,來講述算法之美,計(jì)算思維之普遍與美。
三、教學(xué)評價(jià)體系
不同于其他理論課程,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類課程的操作性和設(shè)計(jì)性較強(qiáng),鑒于這個(gè)特點(diǎn),教學(xué)評價(jià)將過程性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)相結(jié)合。過程性評價(jià)(平時(shí)成績)由出勤(30%)和課堂提交作業(yè)(品)(70%)兩部分組成,占總成績50%;學(xué)生若在作業(yè)中有創(chuàng)新和提高,可以適當(dāng)增加分?jǐn)?shù),從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的求知欲。終結(jié)性評價(jià)是課程結(jié)束綜合性考核結(jié)果(期末成績)占總成績50%。不論是在過程性評價(jià)還是終結(jié)性的評價(jià)時(shí),都應(yīng)采用無紙化的考試形式,這樣才能充分體現(xiàn)計(jì)算機(jī)教學(xué)的特點(diǎn),讓學(xué)生感受到計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大魅力。
對于大學(xué)生而言,大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)是必須掌握的。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的開設(shè)有助于學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。教師在進(jìn)行教學(xué)的過程中,不妨對計(jì)算思維的訓(xùn)練課程進(jìn)行設(shè)計(jì),雖然會存在一定的難度和挑戰(zhàn),但同時(shí)也可以給大學(xué)計(jì)算機(jī)課程領(lǐng)域帶來一縷清風(fēng),促進(jìn)教學(xué)的改革和發(fā)展。筆者就大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)的問題與現(xiàn)狀進(jìn)行了概述,同時(shí)據(jù)此對計(jì)算思維教學(xué)方法進(jìn)行了分析,希望可以對大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)這方面起到一定幫助。
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