融入計算思維的公安院校計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)探索

宋華 胡芳 李鵬超 賈志卿

融入計算思維的公安院校計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)探索

宋華 胡芳 李鵬超 賈志卿

（重慶警察學(xué)院，重慶 401331）

本研究從當(dāng)前公安院校信息化教育的要求出發(fā)，將計算思維融入到大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以微課這種形式來改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。首先從理論層面對計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并就計算思維與微課的結(jié)合進(jìn)行討論，然后對計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)體系建設(shè)、微課教學(xué)過程設(shè)計以及微課制作策略等方面進(jìn)行了探索。實(shí)踐表明，該教學(xué)方式對公安院校學(xué)生的計算思維能力培養(yǎng)具有較好效果，也為其他行業(yè)院校的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了借鑒。

計算思維； 微課；大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)；公安院校；教學(xué)效果

當(dāng)前，警務(wù)信息化已朝著“警務(wù)云、智慧公安”的方向不斷發(fā)展，這要求未來的警務(wù)人員應(yīng)該是同時具備警務(wù)實(shí)戰(zhàn)和計算機(jī)應(yīng)用能力的復(fù)合型人才。公安院校作為行業(yè)性極強(qiáng)的應(yīng)用型高校，在大學(xué)計算機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式上通過不斷改革和創(chuàng)新，目前已經(jīng)形成了“教、學(xué)、練、戰(zhàn)”具有公安特色的培養(yǎng)模式。對于近年在計算機(jī)教學(xué)中興起的計算思維概念，公安院校也應(yīng)該重新審視和創(chuàng)新公安計算機(jī)教學(xué)，特別是計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，探索借助新的環(huán)境與手段將計算思維與公安計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，開設(shè)適合廣大學(xué)員學(xué)習(xí)的課程，提升未來警察的能力素質(zhì)。

微課具有教學(xué)時間短、內(nèi)容少、主題突出和傳播多樣化等特點(diǎn)，主要運(yùn)用信息技術(shù)以碎片化形式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容[1]。微課的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、時間來自由選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升了學(xué)習(xí)的自主性。

本文立足公安院校計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，結(jié)合計算思維的特點(diǎn)，介紹了融入計算思維的公安院校計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)的開展過程，以期為后來研究者和實(shí)踐者提供借鑒和參考。

一、計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）“一刀切”式的實(shí)驗(yàn)項目和難度設(shè)置

近十年來，隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的普及，過去需要在大學(xué)課堂講授的計算機(jī)操作基礎(chǔ)知識，現(xiàn)在很多學(xué)生在中學(xué)階段已經(jīng)學(xué)過，一些學(xué)生可以較熟練地使用Office軟件，或進(jìn)行基本的網(wǎng)絡(luò)配置和編程。而來自偏遠(yuǎn)地區(qū)的同學(xué)，他們對計算機(jī)了解較少，很多基礎(chǔ)的內(nèi)容需要更多、更細(xì)致的練習(xí)。學(xué)生能力的差異化，為大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的安排帶來了挑戰(zhàn)，過去沿用的“一刀切”式項目設(shè)置和難度設(shè)置無法照顧這“兩端”的學(xué)生，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課效果不理想。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)以單純的實(shí)驗(yàn)教材為主導(dǎo)

不同基礎(chǔ)、不同專業(yè)學(xué)生對計算機(jī)操作練習(xí)的需求不盡相同，純粹地以計算機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書為中心，造成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，無法方便學(xué)生獲得大量的實(shí)驗(yàn)素材和資料，束縛了學(xué)生知識面的拓寬和技能提升。

（三）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)生參與度低

目前的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式，很多依然停留在教師在臺上講授演示，學(xué)生在下面跟著模仿，遇到困難再舉手請教的現(xiàn)狀。這屬于典型的教師手把手帶行為，但一旦學(xué)生較多時，教師在實(shí)驗(yàn)課上分身乏術(shù)，不能兼顧各種層面的學(xué)生，更缺少與學(xué)生的互動交流，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情就會大幅度降低。

（四）學(xué)生被動學(xué)習(xí)，成績考核方法單一

由于現(xiàn)行的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)項目大多相對獨(dú)立，其內(nèi)容的延續(xù)性、綜合性和創(chuàng)新性都較弱，在大班上課、學(xué)時較分散的情況下，教師不能充分調(diào)動學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，學(xué)生大多是被動來完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[2]。而現(xiàn)在普遍的實(shí)驗(yàn)考核方式也是停留在對學(xué)生實(shí)驗(yàn)報告的評定上，并沒有過多關(guān)注學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作能力，這無法體現(xiàn)出教師對學(xué)生整個實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行全面考核。

二、基于計算思維的微課設(shè)計

以抽象、自動化為特點(diǎn)的計算思維在2006年首次被美國卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)的周以真教授提出后，隨即在世界各國計算機(jī)教育界引發(fā)廣泛討論。計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為，是一種全新的思維活動和能力素質(zhì)[3]。在國內(nèi)，經(jīng)李國杰院士、王飛躍教授的引入和探索，目前計算思維融入到了計算機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和實(shí)踐應(yīng)用等多個方面。

在以計算思維能力培養(yǎng)為目的的大學(xué)計算機(jī)教學(xué)探索中，教學(xué)工作者逐漸認(rèn)識到，計算思維的培養(yǎng)不是培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)思維，而是培養(yǎng)學(xué)生像計算機(jī)科學(xué)家那樣思考問題，采用模型構(gòu)造、遞歸、啟發(fā)等方法解決實(shí)際問題[4]。同時，各界學(xué)者通過結(jié)合我國高等教育的實(shí)際不斷拓展計算思維的內(nèi)涵，具體針對“大學(xué)計算機(jī)”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)，就是要樹立計算思維能力的核心培養(yǎng)目標(biāo)。

微課能在一個較短的時間內(nèi)，把課程分割出的一個知識點(diǎn)較完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，這是微課設(shè)計的基本要求，也是微課的優(yōu)勢，但卻存在著一定的不足。由于微課知識碎片化呈現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生對課程知識點(diǎn)間內(nèi)在聯(lián)系及隸屬關(guān)系的認(rèn)識比較模糊，同時由于微課本身時間較短，所以不少實(shí)驗(yàn)類微課只是簡單呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程或者結(jié)果，很少啟發(fā)學(xué)生自己去思考、構(gòu)造實(shí)驗(yàn)。另外，部分實(shí)驗(yàn)類微課存在要素缺失的問題，將微課的“微”理解為“省”，不能正確處理“短小”與“俱全”的關(guān)系[5]。要把計算思維引入計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)，教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)微課設(shè)計前，首先明確教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、技能演練、思考分析、總結(jié)反饋等多個要素的實(shí)現(xiàn)過程和手段，這才有助于鍛煉學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造能力和知識遷移能力，提高教學(xué)效果。具體實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1 學(xué)生計算思維在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的培養(yǎng)過程

三、基于微課和計算思維的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

根據(jù)教育部高等教育司提出的以計算思維為切入點(diǎn)的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革精神[6]，同時結(jié)合《公安高等教育發(fā)展規(guī)劃綱要（2015—2020年）》中對應(yīng)用型警務(wù)人才在信息技術(shù)方面的需求，我院提出“2+1+X”的課程體系，即“大學(xué)計算機(jī)”和“公安信息技術(shù)應(yīng)用”兩門公共基礎(chǔ)課，一門“網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查”專業(yè)基礎(chǔ)課，再從“網(wǎng)絡(luò)輿情監(jiān)察”“信息安全技術(shù)體系”“電子數(shù)據(jù)取證”中任選一門作為專業(yè)選修課，著力培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、數(shù)據(jù)分析能力、工具操作能力和協(xié)同破案能力。

上述課程的實(shí)驗(yàn)并不都適合制作成微課，在充分考慮能吸引學(xué)生自學(xué)、具有單獨(dú)演練可能的特性后，最后決定將“大學(xué)計算機(jī)”實(shí)驗(yàn)課程制作成微課。

（一）計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課項目體系建設(shè)

根據(jù)我院大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的總體安排，首先將實(shí)驗(yàn)分為六大板塊，再將每一板塊的實(shí)驗(yàn)總目標(biāo)拆分成若干個小目標(biāo)，每一個小目標(biāo)就是一段微課。同時又將每一板塊的實(shí)驗(yàn)微課細(xì)分為四個層次：前導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)微課（明確知識點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題）、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)微課（講解知識點(diǎn)，培養(yǎng)操作技能）、提升型實(shí)驗(yàn)微課（知識遷移，解決問題）、綜合型實(shí)驗(yàn)微課（各模塊知識點(diǎn)綜合應(yīng)用），整個大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課項目體系如表1所示。

表1 計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課項目體系

學(xué)生在使用這些微課時，可以根據(jù)自己的基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)前選擇相應(yīng)的前導(dǎo)型微課來明確知識點(diǎn)、彌補(bǔ)自身基礎(chǔ)的不足；在實(shí)驗(yàn)過程中，可以通過驗(yàn)證型微課練習(xí)基本實(shí)驗(yàn)項目，而對能力較強(qiáng)的學(xué)生，可以選擇提升型微課獲得更大的收獲。這兩部分實(shí)驗(yàn)微課數(shù)目都較多，涉及實(shí)驗(yàn)大類的各個知識點(diǎn)，且在難度上設(shè)置有梯度，解決了過去實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容有限、“一刀切”的問題，做到了因材施教。在每一章節(jié)結(jié)束后，學(xué)生可以通過綜合型實(shí)驗(yàn)微課，將前邊所學(xué)的知識綜合應(yīng)用，提升分析問題、綜合應(yīng)用能力。

（二）融入計算思維的實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)過程設(shè)計

將計算思維融入到大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程中，并通過微課的形式展示給學(xué)生，是本實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)創(chuàng)新的目標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)設(shè)計中為突出計算思維能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)案例的選擇至關(guān)重要，既要與知識點(diǎn)緊密結(jié)合[7]，又不離開公安領(lǐng)域，這才能讓學(xué)生有興趣去思考，提出問題并解決。同時每一個實(shí)驗(yàn)微課中的案例應(yīng)具有多種解決辦法，便于引導(dǎo)學(xué)生利用計算思維從多角度尋找不同解決方案，并歸納總結(jié)出最優(yōu)解決方案。

在實(shí)驗(yàn)微課的使用策略上，我們借助微課彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不足，采用線上觀看與線下練習(xí)指導(dǎo)相結(jié)合的方式。教師在實(shí)驗(yàn)課前，應(yīng)先布置實(shí)驗(yàn)題目和預(yù)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生則根據(jù)自身基礎(chǔ)，通過觀看前導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)微課，預(yù)先練習(xí)實(shí)驗(yàn)基本操作。在課堂上，學(xué)生可按實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和自身能力情況，選擇不同難度的驗(yàn)證型、提升型實(shí)驗(yàn)微課觀看，同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在此過程中如遇到困難，教師應(yīng)適時參與到實(shí)驗(yàn)中，和學(xué)生一起探討未解決的問題，并積極回應(yīng)他們的提問，指引學(xué)生按照計算思維的方法進(jìn)行思考。在實(shí)驗(yàn)課后，學(xué)生還能對實(shí)驗(yàn)微課內(nèi)容進(jìn)行觀看及練習(xí)。

由于實(shí)驗(yàn)微課應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課前、課中和課后，所以在實(shí)驗(yàn)微課的教學(xué)設(shè)計過程中，不能因?yàn)闀r間短暫，就僅僅是把最后的答案或結(jié)果直接告訴學(xué)生，微課制作者更要像一個導(dǎo)演，通過環(huán)環(huán)相扣的情境設(shè)置，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探索性思考[8]。

在實(shí)驗(yàn)微課案例選擇上，要認(rèn)真推敲，反復(fù)斟酌，盡量選擇有公安警務(wù)類背景的案例，這樣更能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。下面用一個具體的循環(huán)選擇結(jié)構(gòu)計算機(jī)破案的例子來介紹如何以微課的形式在大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)中融入計算思維。

李某在家中遇害，公安機(jī)關(guān)在偵查中發(fā)現(xiàn)有A、B、C、D四名嫌疑人曾到過現(xiàn)場。

在詢問中，A嫌疑人說：“我沒有殺人?！盉嫌疑人說：“C是兇手?！盋嫌疑人說：“殺人者是D?！盌嫌疑人說：“C在冤枉好人?！卑讣赊k民警經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)四名嫌疑人中有三人說的是真話，兇手就是這四名嫌疑人中的一個，請找出兇手到底是誰。

對公安專業(yè)的學(xué)生來說，上面這個案例非常有探討價值，由于專業(yè)性和趣味性都比較強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)微課設(shè)計的過程中可按照下面的幾個步驟來進(jìn)行計算思維的融入。

（1）首先引導(dǎo)學(xué)生要把實(shí)際問題進(jìn)行抽象轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的表達(dá)式）。

A說：我沒有殺人。對應(yīng)（murderer!=‘A’）；

B說：C是兇手。對應(yīng)（murderer==‘C’）；

C說：殺人者是D。對應(yīng)（murderer==‘D’）；

D說：C在冤枉好人。對應(yīng)（murderer!=‘D’）。

然后對上述抽象結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：判定每句話的真或假（用1或0表示），然后再求取4句話邏輯值之和sum（sum=(murderer!=‘A’)+(murderer==‘C’)+(murderer==‘D’)+(murderer!=‘D’)）。

（2）設(shè)置問題，比如：可以用什么算法結(jié)構(gòu)來分析這個問題？這個問題的條件有幾個？

（3）通過自問自答的形式給出幾種解決方案，比如：多分支選擇結(jié)構(gòu)、選擇嵌套結(jié)構(gòu)、循環(huán)選擇結(jié)構(gòu)的綜合。

（4）讓學(xué)生選擇不同的方案進(jìn)行分析，并嘗試寫出程序流程圖，然后進(jìn)行相應(yīng)的討論分析，判斷哪種方法是最簡潔高效的。

（5）在課程的最后，讓學(xué)生通過實(shí)際編寫程序來實(shí)現(xiàn)算法，得出結(jié)果，并總結(jié)在解決問題過程中用到的計算思維方法。

本案例的算法設(shè)計如圖2所示。算法是先假設(shè)兇手是A，然后判斷這四個人說的話是否有三句是真實(shí)的（顯然，若A為兇手，A、B、C都說了假話，排除）；再假設(shè)兇手是B，再一次判斷這四名嫌疑人的話是否有三句是真實(shí)的，以此類推，直到假設(shè)兇手是D時結(jié)束。其中誰的假設(shè)條件滿足有三句話是真實(shí)的，那該人就是兇手，最后推出兇手是C（此時A、B、D都說的是真話，C說了假話）。

同樣的方式，我們在對實(shí)驗(yàn)微課教學(xué)設(shè)計時，Word軟件的應(yīng)用練習(xí)可選用“案卷制作”案例，對Excel軟件可選用“犯罪嫌疑人碰撞”“地區(qū)發(fā)案走勢圖”等案例進(jìn)行設(shè)計，對Flash軟件則可選用“案發(fā)現(xiàn)場動畫模擬”案例進(jìn)行設(shè)計。

圖2 循環(huán)選擇結(jié)構(gòu)計算機(jī)破案案例算法流程圖

（三）計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課的制作策略

大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課在教學(xué)過程（劇本）設(shè)計好之后，要最終達(dá)到良好的效果，微課的制作過程很關(guān)鍵。微課制作要圍繞教學(xué)目標(biāo)，突出重點(diǎn)，同時為了在融入計算機(jī)思維的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課中充分調(diào)動學(xué)生的手、眼、腦的參與，一個相對輕松且生動的學(xué)習(xí)環(huán)境很重要[9]，這對微課的設(shè)計制作提出了更高要求。因此，為了保證計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課視頻的質(zhì)量，我們?nèi)吭谛Ｒ粢曨l實(shí)驗(yàn)室錄制，并對錄完的微課采用Premiere CC2014軟件進(jìn)行后期處理，完成字幕添加、視頻剪輯、聲音濾波等操作。同時，實(shí)驗(yàn)微課的制作還需注意下面幾個問題。

首先，大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)微課的講解語言一定要嚴(yán)謹(jǐn)，用詞規(guī)范、有節(jié)奏感，所以制作前應(yīng)該先寫好講解腳本，并反復(fù)修改，對重要的操作步驟要注重語言技巧，適當(dāng)設(shè)置懸念，促使學(xué)生進(jìn)行思索，突出計算思維能力的培養(yǎng)。

其次，實(shí)驗(yàn)微課要能持續(xù)吸引學(xué)生的注意力，除了案例典型，最好采用二人對話的形式進(jìn)行講解，也就是一方以老師身份負(fù)責(zé)設(shè)問、引導(dǎo)，另一方則按照學(xué)生的思維回答問題，模擬出現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)過程，這既能提起學(xué)生的觀看興趣，也較好地解決了實(shí)驗(yàn)微課現(xiàn)場交互性差的問題。

再次，對于技能操作型實(shí)驗(yàn)微課，要事先設(shè)計好操作步驟，每一步之間跨度不能太大，操作既要相對獨(dú)立又要有邏輯順序，盡量讓基礎(chǔ)一般的學(xué)生看得明白，并能模仿演練。

最后，在微課的背景上，風(fēng)格盡量清新和諧，畫面的變換不能過于頻繁[10]，實(shí)驗(yàn)操作步驟不能有多余動作，在制作的后期，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)微課的內(nèi)容適當(dāng)加入背景音樂，以期取得更好的視聽效果。

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（責(zé)任編輯 孫志莉）

Exploration of Computational Thinking Integrated Micro-lectures in the Teaching of Computer Experiment for Public Security Colleges

SONG Hua,HU Fang,LI Pengchao,JIA Zhiqing
(Chongqing Police College,Chongqing,China 401331)

Based on the requirements of information technology education in public security colleges and universities,computational thinking is integrated into college computer experiment teaching.This type of teaching takes the form of micro-lecture to reform the traditional experimental teaching mode.Firstly,this paper analyzes the current situation of computer experiment teaching from the theoretical perspective.Meanwhile,it discusses the integration of computational thinking and microlecture.Secondly,this paper comprehensively explores the computer experiment teaching in terms of constructing a micro-lecture teaching system,designing micro-lecture teaching process,and developing micro-lecture teaching strategies.The practice shows that this teaching method has a good effect on the cultivation of public security college students’ computational thinking ability.In addition,it also provides some references for the computer experiment teaching in other types of colleges and universities.

computational thinking;micro-lecture;college computer experiment;public security colleges;teaching effectiveness

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2096-0069（2017）03-0071-05

2017-03-23

重慶警察學(xué)院院級項目“精品資源共享課——計算機(jī)基礎(chǔ)”（20140105）；重慶高等教育教學(xué)改革研究項目“基于微課程的公安院校教學(xué)創(chuàng)新研究與實(shí)踐”（153168）

宋華（1977— ），男，重慶人，講師，碩士，CCF（中國計算機(jī)學(xué)會）會員，研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)基礎(chǔ)教學(xué)、程序設(shè)計、智能信息處理；胡芳（1979— ），女，青海西寧人，博士，研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)基礎(chǔ)教育研究；李鵬超（1983— ），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，講師，碩士，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用；賈志卿（1962— ），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，教授，碩士，研究方向?yàn)楣残畔⒒虒W(xué)。