面向计算思维及多元能力培养的实验教学研究

侯 爽, 马青华， 陈世红

(北京联合大学 应用文理学院， 北京 100191)



面向计算思维及多元能力培养的实验教学研究

侯 爽, 马青华， 陈世红

(北京联合大学 应用文理学院， 北京 100191)

随着信息技术的迅猛发展和广泛影响，“大学计算机基础”课程面临着学生基础参差不齐、学习积极性不高、眼高手低等难题。根据2012年教育部的指导思想，确定了该门课程实验教学设计的指导原则，提出了实验教学的4个实验层次，分别阐述了各个层次实验的切入点、实验目标和能力培养，并介绍了相应的实验教学方法和评价方法。实践表明，改进的实验教学有助于学生对自我的正确认识，在学习过程中有的放矢，逐步形成计算思维，同时鼓励团队合作，从而共同提高多元能力和综合素质。

计算思维； 实验教学； 大学计算机基础

“大学计算机基础”课程是一门面向大学新生的普适性通识课程。当前由于我国基础教育中信息技术教育的发展，使得原本高等教育中的计算机基础教育内容重心下移，本课程受到很大冲击，面临着新的挑战。2012年教育部高教司和教育部计算机基础课程教学指导委员会提出以计算思维为切入点，拉开新一轮大学计算机教育和课程改革的序幕。较之现行的大学计算机基础教育，改革的重点是要以能力培养为核心，突破计算机学科专业领域，运用源于计算机的思维与行为方式解决各类专业或社会生活问题[1]。

1 实验教学设计指导原则

1.1 以计算思维培养为前提

周以真教授在2006年全面定义和阐释了计算思维的内涵，指出计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]。近年来，各界学者结合我国高等教育的实际情况进一步发展了计算思维的内涵[3-5]，具体到在“大学计算机基础”课程如何实现计算思维的培养也在不断探索[6-8]。使用计算机解决实际生产生活的问题时，只有熟悉计算机软件和硬件的特点、遵循计算机的工作方式、运用计算思维，才能应用计算机顺利实现目标。因此，设计本课程的实验环节非常重视计算思维的培养训练。

1.2 以多元能力培养为目标

“大学计算机基础”课程强调教学目标之一是培养学生的计算机应用能力，例如学会使用Office软件进行文字处理、数据处理以及演示文稿的设计等。图1显示了计算机应用能力结构体系。在设计各个层次的实验时需考虑是否有利于这些能力的提升。

图1 计算机应用能力体系

2 实验层次设计

2.1 学情分析

随着信息技术的迅猛发展和广泛影响，学生入学时的计算机水平不再是零基础，但是由于中学阶段各地信息技术课程的普及程度和各校重视程度的差异，以及学生大学之前接触的计算机深度不同，造成了学生计算机应用的基础差别很大。以我院2013级随机2个班学生的摸底情况为例，成绩统计如图2所示。同时还存在文科类学生抵触理科课程，部分学生眼高手低等情况。因此，在设计实验任务或案例时，必须要抓住学生“眼球”，与当下大学生的讨论热点结合，吸引他们的注意力，还要“胡萝卜”和“大棒”同在，鼓励的同时适时提醒不足。

图2 2013级学生入学“大学计算机基础”摸底成绩

2.2 实验层次设计

我院开设的“大学计算机基础”课程总课时为48学时，其中实验为24学时。面临的问题包括学时数少、教学内容多、学生基础参差不齐、学习动力不足等。为了解决这些矛盾，将本课程的实验部分改进为4个层次，创设各种应用情境，引导学生进行计算思维训练，层层递进，从而提高学生多元化的计算机应用能力。

4个层次为：前导实验，验证实验，综合实验和团队实验。以Office部分为例，表1显示了各层次实验实施的时间点、实验目标和对应的重点能力培养。

表1 实验层次设计

前导实验是在具体的知识点讲解之前设置的实验环节。由于Office的内容学生比较熟悉，前导实验可以让学生自我衡量基础水平，发现不足之处，以便带着问题学习。例如，讲授Microsoft PowerPoint部分时，前导实验的内容是：使用给定的关于“九寨沟”景点的文字和图片素材，快速设计一份演示文稿。前导实验可以作为预习内容放置在课前完成，也可以在课上开始的一段时间内完成，对于我们学院的学生，学习的主动性不够，为保证实验效果，选择了第2种方式。

验证实验是伴随着各知识点的介绍给出的，重点在于详细解释相关的理论内容和操作步骤。例如，讲授Microsoft Excel部分时，单元格格式、公式和函数、排序和筛选等每个知识点都会对应一个验证性实验，选取学生喜闻乐见的主题作为成绩计算(综艺选秀、体育比赛、综合测评)、条件筛选(电影场次筛选、课程筛选)等案例。该类实验的特点是细致，每个实验步骤都要给出具体的描述，例如在D7单元格计算总分，目的是让学生掌握技术方法。本层次的实验基本是一些观察性或检验性的，用以辅助学生对各个知识点的理解。

综合实验设置在本模块的各知识点全部介绍之后，让学生综合运用所学功能完成的实验。通过验证实验阶段的学习，学生已基本掌握“分解动作”，但是，此时他们对知识的应用还处在“离散”状态，必须引导学生将各个知识点在一个容器中“溶化”、“融合”，本阶段提供的综合实验就要充当这个“容器”。综合实验的任务可以继续使用前导实验，运用新旧知识共同打造完美作品，也可以拟定新的实验题目。综合实验的要求不要规定得太过详细，只需将要达到的功能列出即可。例如，Word部分的综合实验要求有图文混排效果、有不同的页眉页脚效果、有章节目录效果等。

最后，当Word、Excel和PowerPoint的内容全部结束后，就进入到团队实验阶段。该阶段是一个深入应用、鼓励创新的过程。由于课上学时有限，团队实验布置在课后完成，回到课堂进行汇报展示。团队实验以小组为单位，实验内容为：围绕一个主题(例如根据一次调查问卷的结果、根据一次活动的策划等)，使用Excel处理数据，使用Word形成书面报告，使用PowerPoint现场汇报。团队实验考查团队成员的协作能力和知识融会贯通的能力。3个软件不是独立的，而是要互相支撑；团队成员之间也不是独立的，而是分工合作。同时，通过课上汇报，也能锻炼学生的表达能力，在压力和交流中更能激发创新的火花。

对于“大学计算机基础”课程Office部分的内容，4个层次的实验关系如图3所示。

图3 以Office部分为例的实验层次关系

3 实验教学模式改进

以计算思维及多元能力培养为导向，“大学计算机基础”课程的实验教学模式也进一步加以改进。在教学过程中“以学生为主体，教师为主导”，尊重学生的认知规律，坚持实验对知识点“连点成线，织线成面”的原则，逐步推进应用的拓宽深入。

3.1 采用的实验教学方法

教学过程是必然与偶然的有机结合，教师的教学设计会随着实际情况微调，综合使用各种教学方法。

前导实验阶段主要采用启发式教学法，抛出前导实验重点不在于要求学生此刻一定能够完美实现，而是通过问题的方式启发学生联想和思考，建立正确的思维方式，通过对问题的分析确定解决办法。启发式教学法符合人类由感性到理性、由现象到本质的认知规律，有利于培养学生的创新性思维[9-10]。

验证实验阶段主要采用案例教学法[11]，通过设计详细的实验步骤，让学生了解如何化整为零，逐个攻破，从而实现全部功能。如前所述，这些案例必须要抓住学生的注意力，尽量结合时下他们感兴趣的话题或活动，获取“学之有用”的成就感。另外，各知识点采用的案例主题不宜过于分散，过于分散容易造成学生知识体系构建困难。可以“形散而神不散”，在完成本模块的所有验证实验后，自然而然形成一套解决方案。

在综合实验阶段和团队实验阶段，则采用任务驱动法[12]，提出项目的主要功能要求而不局限操作步骤，让学生有自由发挥的空间，体验从提出问题到分析问题、再到解决问题的计算思维的应用。

3.2 评价标准

采用过程考核，对4个层次的实验都有考核指标。团队实验阶段采取小组自评、小组互评和教师评价3种手段来保证评价的公正性，同时也能增强学生的参与积极性和学习积极性。小组自评主要关注每个组员的贡献率，小组互评则关注组间作品的差别，同时也是互相学习的过程，最后综合教师评价获得团队实验成绩。

3.3 教学效果

教学实践表明，通过前导实验，学生能够正确认识自己的计算机基础水平，抓住知识漏洞带着问题学习，提高了学习兴趣和学习效率。通过验证实验的案例拓展了应用视野；通过综合实验和团队实验，提高了学生综合运用知识的能力和团队合作的能力，增强了沟通交流和自我表达的能力。

4 结束语

以计算思维及多元能力培养为导向的实验教学模式设立了4个实验层次：前导实验、验证实验、综合实验和团队实验，贴合“大学计算机基础”课程授课对象的学情特点，让学生能够正确认识自己，有的放矢学习，提高计算思维能力，同时鼓励学生间的交流，师生互学，生生互学，从而共同提高计算机应用的多元能力。

References)

[1] 全国高等院校计算机基础教育研究会,中国铁道出版社. 关于新一轮大学计算机教育教学改革的若干意见[J]. 计算机教育,2013(20):54-57.

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

[3] 陈国良,董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学,2011(1):7-11.

[4] 牟琴,谭良.计算思维的研究及其进展[J].计算机科学,2011(3):10-15,50.

[5] 冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学,2012(9):6-9.

[6] 朱鸣华,赵铭伟,赵晶,等.计算机基础教学中计算思维能力培养的探讨[J].中国大学教学,2012(3):33-35.

[7] 龚沛曾,杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养[J].中国大学教学,2012(5):51-54.

[8] 战德臣,聂兰顺.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].中国大学教学,2013(2):56-60.

[9] 王志军.启发式教学:启发学生的创新思维[J].实验技术与管理,2009,26(1):17-18.

[10] 吴翊.启发式教学再认识[J].中国大学教学,2011(1):67-68.

[11] 鲁红英,肖思和.案例教学法在“大学计算机基础”教学的应用研究[J].中国电力教育,2013(7):94-95,110.

[12] 牟琴,谭良,周雄峻.基于计算思维的任务驱动式教学模式的研究[J].现代教育技术,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

北京市属高等学校高层次人才引进与培养计划项目(IDHT201304089)

侯爽(1980—)，女，黑龙江克山，硕士，讲师，研究方向为虚拟现实和计算机教育.

E-mail：hs_2004@buu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2015)2- 0194- 03