基于思维导图的案例教学法在培养学生计算思维的应用实践

朱诚

摘要：为了提高学生的自主学习和知识运用以及综合创新能力，教师在课程教学中不仅要传授学生知识，还要时时考虑对学生计算思维能力的培养;该文从计算思维的概念出发，对案例式教学方法中如何培养计算思维能力做了尝试，介绍了在面向程序设计的案例式教学法的实践中，采用思维导图来完成案例问题的相关知识体系整理，同时按照计算思维的问题解决流程对一个案例问题的解决过程做了叙述。

关键词：计算思维;思维导图;案例教学法

中图分类号：G642        文献标识码：A        文章编号：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 计算思维与案例教学法

计算思维（Computational Thinking）运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。它包括了涵盖计算 机科学之广度的一系列思维活动[1]，在这个概念被提出之后，逐渐为计算机教育学界所重视并广泛接受[2，3]，我国教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会、中国计算机学会等组织，也对其开展了深入的探讨，教育部教高司批准了“以计算思维为导向的大学计算机基础课程研究”等 22 个大学计算机课程改革项目，以培养计算思维为重点，推动大学计算机课程改革[4]。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会指出以计算思维为切入点的大学计算机课程改革，提出通过培养学生计算思维的意识和方法，提高计算机应用水平[5]。

计算机类的课程教学的核心目标之一就是培养学生的计算思维，要实现这个目标，需要采用学生自主学习、自主探究为主的分类分层教学方式，引导学生发现问题分析和解决问题;而在实际的计算机类课程的教学实践中，很多学生感觉知识点分散且理解难度大，学习的目标变成了应付考试，这要求在教学活动中，不能以教师为中心，而应该以学生为主体，结合教学实践来开展教学活动，案例教学法利用构建涉及多个知识点的综合案例，在教师的引导下，让学生自行查阅相关课程资料，并积极地思索，主动独立地对案例中的问题做出分析并寻找具体解决方案，从而达到教学目标，是非常适合培养学生的计算思维的一个途径。

为了将计算思维的培养融入教学案例中，需要引导学生参与到问题抽象、建模和实现环节，而引导过程中为了让学生能对案例所涉及的知识体系有清晰、完整的认识，教师可采用思维导图来协助案例的设计。

2 思维导图在案例设计中的使用

思维导图（Mind Map）是表达发散性思维的有效图形思维工具 ，它简单却又很有效，是一种实用性的思维工具[6]。思维导图运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，把主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接[7]。

在一个教学案例中，通常会涉及很多相关知识点，学生在分析解决案例问题时，需要先掌握这些知识点，并使用计算思维的方法来完成案例，教师在教学案例的设计时，可以借助思维导图先整理出相关知识点，再给出案例的设计框架和参考分析流程，本文以面向对象程序设计的一个教学案例来介绍设计过程。

案例要求：设计实现一个绘制简单几何图形的程序，可用鼠标绘制点、圆形、矩形、菱形;可设置边线的宽度、颜色;可将绘制的图形保存到文件，或从文件中读取图形信息显示到界面上。

首先利用思维导图将本案例所涉及的知识点列出，提示学生需要学习掌握或再忆的知识内容，绘制的思维导图如图1所示：

本案例中，需要学生自己设计和使用图形类，学生要将需要绘制的图形的特征提取出来作为类的成员，而且要考虑绘制的图形要保存到文件，需要图形类重载流操作运算符，另外，针对多种图形，所以要创建一个简单的类的继承体系，先设计图形基类，再从此基类派生各个具体的图形的类，每个具体的图形都要绘制到屏幕上，所以在基类上设计一个纯虚函数的绘图方法成员供派生类重载使用。

然后，再对案例问题的解决流程做分析，得到符合计算思维流程的思维导图，见图2：

这里把案例问题的解决流程分成三个步骤：（1）对问题做抽象，要绘制的多种图形的共同特征做提取，各种图形都有屏幕坐标范围、线条宽度颜色、绘制图形等特征，抽象为类用若干属性成员和方法成员来表示，保存图形就是保存各个图形类的数据成员。（2）对案例问题的数据建模，设计一个抽象基类，作为各个图形类的基类，在抽象基类中设计公共属性成员用来表示所有图形都具有的特征，并将图形绘制方法和图形数据的序列化设计为纯虚函数，作为派生类重载的接口。（3）提出案例問题的实现方法，采用基于窗口的程序框架，采用鼠标事件来响应绘图动作，文件的读写操作利用类的序列化和反序列化接口来实现。注：窗口程序设计和事件响应处理的知识属于课程外的延伸内容，这里没有单独列出为知识点，教师可指导学生课外学习。

完成了案例的设计后，将其整理为学生自主完成案例时的指导材料，学生遇到问题时首先参照指导材料，自主查找相关资料来完成，能帮助学生将理论课程学到知识整合到一起加以灵活运用，既降低了学生的学习难度，也提升了学生的自主学习的动力，还能有效夯实学生的综合创新实践的基础，在作者的教学实践中已经取得很好的效果。

3 总结

教师在课程教学中不仅要传授学生知识，还要时时考虑对学生计算思维能力的培养，为了提高学生的自主学习和知识运用以及综合创新能力，教师常使用案例驱动教学模式，本文就作者在面向程序设计的案例式教学法的实践中，介绍了采用思维导图来对案例的知识体系整理，同时按照计算思维的问题解决流程对一个案例问题的解决做了叙述，实践证明此方法达到了预期的效果。

参考文献：

[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] 耿國华. 以计算思维为指导提升大学文科计算机教学质量[J].中国大学教学，2013（10）：12-15.

[5] 朱亚宗. 论计算思维——计算思维的科学定位、基本原理及创新路径[J].计算机科学，2009（4）：53-55+93.

[6] 张建新. 思维导图在高职《液压传动》课程中的应用研究[J].高教学刊，2017（4）：175-176.

[7] 孙凌宇. 思维导图在《数据结构与算法》计算过程可视化的教学行动研究[J].山西财经大学学报，2016（S2）：87-89.

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