面向问题解决能力培养的大学计算机基础实验教学改革探索

梁洁

（广州医科大学基础医学院，广州 511436）

0 引言

在信息时代，随着科技进步和知识经济发展，社会对人才的要求越来越高，对具有创新能力和实践能力的人才需求越来越多。高等院校如何培养和提升大学生面对动态环境和复杂问题的问题解决能力显得尤为重要[1]。大学计算机基础是一门大学教育必修通识课，能向大学生传授信息时代的计算机基本知识和基本技能，能引导学生采用计算机技术与手段来分析、处理、解决问题。因此，培养和提升学生的问题解决能力，是大学计算机基础课的重要目标之一。然而，在通常教学中，任课教师不仅需要传授理论知识，还需要传授技能实践的要领。实验教学是重要的教学内容，如何引领学生学会运用理论知识和技能要点进行实验操作，并在日常生活学习中学以致用，培养学生的问题解决能力，这是大学计算机基础课难题。有研究表明，以问题解决的角度进行实验教学，能够提高学生的知识迁移应用能力，扩展解决问题的思路和方法，改善学生的学习效果。[2]本研究以问题解决能力培养为导向，尝试在大学计算机基础实验教学中进行教学改革，尝试探索提升学生的问题解决能力发展的策略。

1 问题解决能力培养的相关概述

问题解决是一项人类的基本学习活动，是人类适应生存环境、促进社会创新的一项重要能力[3]。这种能力体现在：一个人在遇到问题时，能自主地、主动地谋求解决，能有规划、有方法、有步骤地处理问题，并能适宜地、合理地、有效地解决问题[4]。并在问题解决过程中，学会思考并采取行动，最终习得知识与认知技能。著名教育学家乔纳森认为问题解决是有意义的学习，是主动的、建构的、有意图的、真实的、合作的学习[5]。《中国中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出了以“提高学生的解决问题的能力”的战略主题[6]。由此可见，学生问题解决能力的培养已成为学校教育的一项重要内容，也是当前时代人类生存发展的能力需求。

问题解决的教学最先发展在医学专业的教学领域，最初提出的是基于问题的学习的教学方法，其基本原理是发现问题、分析问题、提出假设、检验假设，首先激活学生的先备知识，然后指导学生运用这些先备知识解决问题，最后获得新的知识[7]。当前问题解决教学已在法学、教育学、经济学等多个专业领域得到发展，主要包括的教学环节：创设情境，引入问题-分析问题，收集信息-寻找方法，设计方案-评价方法，得出结论-应用新知，产生迁移[8]。这些教学遵循了探索、启发、实践等教学理论，强调理论与实践相结合的教学形式，特别注重实践教学，让学生通过亲身实践来获得解决问题的成就感，增强对理论的理解，从而提高学习兴趣和学习内动力，并进一步培养了动手操作能力和问题解决能力。

2 面向问题解决能力培养的大学计算机基础实验教学策略

结合当前研究，借鉴蒋兰学者对大学生的问题解决能力分解“发现问题能力、确定问题能力、分析问题能力、解决问题能力、反思问题能力和拓展能力”[9]，在当前大学计算机实验教学实际情况的基础上，本研究依据这六个能力培养层面，提出相应的实验教学策略。

2.1 发现问题的能力培养

设计与现实生活密切相关的实验内容，以问题为导向，启发学生思考。

发现问题建立在理解问题的基础上，能够全面地提取和理解案例背景信息，理解相关概念，从而识别其中的具体问题。实验教学的案例选择、任务设计需与学生的现实生活密切相关，在学生熟悉的领域，容易激发学生的兴趣，触发学生的思考。然后，以问题为导向，激活学生的先备知识，回忆并在理解相关概念及原理的基础上，提出质疑，并识别出问题所在。例如：在《Photoshop 的图层蒙版运用》实验教学中，设计背景抠图的任务，抠图是学生感兴趣的图片美化常用技能，在提供的样式效果图上，体现了黑、白、灰三种颜色画笔在图层蒙版上的运用效果，让学生尝试发现和比较样式图和效果图之间的不同之处，启发学生思考需要用到哪些工具，如何实现样式效果图上的效果。

2.2 确定问题与分析问题的能力培养

设计线上与线下学习资源，指引学生探索。

先备知识的激活与运用是确定问题的前提，只有学生知道哪些先备知识能够解决问题，才能最终确定问题，并分析其中的影响因素和变量关系，从而更好地理清问题解决的思路。设计线上学习资源（如视频、课件、动画、模拟操作等）以及线下学习资源（如实验教材、任务单、实验培训指导等），课内课外相结合，供学生随时随地学习，指引学生运用所学的知识来分析问题，拓展解决问题的思路。例如：提供画笔工具的操作视频案例、色彩模式的理论解说材料、图层蒙版的运用原理课件等学习材料，任学生自由选择，探索画笔工具在图层蒙版的运用方法，色彩模式所发挥的作用，利于学生更加明确地分析出黑、白、灰三种颜色画笔在图层蒙版上的运用效果的不同，学会使用画笔工具来实现抠图美化图片的效果。

2.3 解决问题的能力培养

设计多样化实验形式，注重理论知识与实践操作的衔接，引导学生发现。

解决问题的能力体现在能提出解决策略方案，判断各种策略方案的优劣，并选择最优策略方案以行动来处理问题。在大学计算机基础实验教学中，可组织学生以小组协作或同伴学习方式，相互探索可能的问题解决策略，提出假设，并实施策略来处理问题；可进行讲练结合的教学方式，构建理论知识的应用场景，指引学生在实践情境中进行有益的探索与发现，以行动来验证理论知识，实现理论知识与实践操作之间的双向理解；在一些网络技术（如交换机工作原理等）可采用虚拟仿真或动画模拟等现代智能化教育技术，构建模拟仿真的实操情境，让学生带着质疑，在模拟情境中，形成最优解决策略，达到解决问题的能力。例如：在图层蒙板应用的教学中，学生学习完图层蒙版的应用原理后，以小组协作的方式，完成一个综合性的复杂抠图实验任务。实验任务需要学生学会运用多种工具（画笔、选择、颜色填充工具等），由学生相互探索这些工具的运用技巧，综合比较操作效果，提出操作最简单、效果最明显的最优方案，共同协作完成任务，形成小组成果。

2.4 反思问题能力和拓展能力培养

注重学生反思与总结，激励学生课外拓展，实现知识迁移。

反思问题能力是指学生对自己的学习过程和学习结果的反省，具体表现为学生能够清晰地意识到所学习的内容是什么，为什么要应用，怎样应用及其应用效果如何等，还需要找出在问题解决过程中所出现的错误及其原因。在大学计算机实验教学中，学生遇到的问题往往是各种各样的，如接触新软件时出现的畏难心理问题、软件工具使用的不熟悉问题、程序语言编写的细节问题、实验任务的理解偏差问题、知识点的遗忘等，设计反思的实验教学环节，如课堂提问、课堂总结、课后问卷调查等，利于帮助学生梳理与回顾实验知识点与技能点，总结学习过程的问题及其解决策略。在反思基础上，设计拓展性的实验任务，利于学生及时将其解决问题的方法策略用于解决其他类似的问题，能够有效地培养学生的知识迁移的拓展能力。例如组织学生尝试比较图层剪贴蒙版、图层蒙版、快速蒙版的应用范围、操作步骤及其应用效果的区别，用图表来陈列这些应用的共性与不同之处；设计综合性的图片美化实验任务，综合运用蒙版来实现最优的图片美化效果。

3 教学实施及效果验证

3.1 教学实施过程

本研究采用课堂教学和网络教学相结合的教学方式，在2019 级的理科专业（生物工程、生物技术）开展C#程序设计模块的大学计算机实验教学，主要训练基本的程序设计思维与技能，为后期其他专业课程打下一定的编程基础。实施周期为8 周，共16 个理论学时和16 个实验学时。教师在理论讲授之后，实施实验教学，由学生以个人或小组为单位，开展问题解决的实践活动。在实验教学过程中，由教师对学生的实践进行指导。具体的教学活动实施过程如图1 所示。

图1 问题解决的实验教学过程

3.2 问题解决能力培养的效果调查

经过课堂观摩发现，学生问题解决的意识有所增强，主要表现为学生举手提问逐渐减少，实验操作遇到问题，能够学会思考问题，并查阅学习资料；学生畏难心理减弱，能够小组协作，相互帮助；学生在完成课堂实验任务后，主动学习拓展资料，并尝试完成拓展任务。此外，针对学生问题解决能力方面，本研究进行了问卷的态度调查，结果如表1 所示。调查显示，以问题解决能力为导向的大学计算机基础实验教学，有助于促进学生的问题解决能力发展，在分析问题、反思问题能力与拓展能力方面，学生有明显的态度认可。

表1 问题解决能力的态度调查

4 结语

实验教学是大学计算机基础课程教学的重要组成部分。随着社会对实践型人才的要求愈来愈高，探索并实施以问题解决能力培养为导向的大学计算机基础实验教学改革，从“发现问题、确定问题与分析问题、解决问题、反思问题和拓展能力”这些方面，实施启发性、探索性、拓展性的实验教学，注重学生的临近知识发展区，注重理论知识与技能实操的紧密衔接，注重学生反思与拓展，可以更好地促进学生问题解决能力的发展，能够有效地帮助学生提高实践能力。