计算机专业课程情境化教学方法研究

关键词：课堂效率；教学情景；设计方法；操作系统；导入示例

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）25-0130-03

0 引言

提升计算机类专业教学质量和课堂效率[1-2]，发挥学生的创造性思维，是我们课堂教学一直追求的目标，其关键是发挥学生的主体性。

要发挥学生的主体性，就要创设适合学生学的教学情境，让学生在情境教学中主动参与进来。教学情境在启发式教学、项目导入法[3]、BOPPPS教学模式[4]等教学方式及方法中皆为关键研究问题。导入环节的教学情境内容，直接影响后续教学过程的展开，是保证创设的教学情境能否实现高效课堂教学的关键。

论文从工程应用、工程设计、工程建造等工程视角入手[5]，将课程内容或目标分解成8个大问题，将每个大问题分解成若干个小问题，并从工程的视角来解决以上问题。我们把其中一堂课应用的工程问题看成是教学情境导入环节的内容，那么其他的课程中这个适合一堂课应用的工程问题——作为教学情境导入环节导入的示例，应如何设计呢？我们从专业培养目标、课程教学目标、学生期望等方面研究了导入环节的教学情境内容的创设问题。不同于项目导入法[3]中导入的内容是项目或案例，本文探讨的导入环节的教学情境内容是一个示例，该示例不一定是一个项目、一个案例，可能是一个设计出来的可以实现的问题，其主要特点是与课堂内容高度相关的，其解决过程所涉及的内容是本次课堂（一般在2个学时内完成）的教学内容。因此不能照搬实际的项目或案例进行导入，还需要进行再设计。

1 教学情境导入示例的需求分析

1998年联合国教科文组织在世界首届高等教育大会宣言中提出，高等教育需要转向“以学生为中心”的新视角和新模式。“以学生为中心”的教育教学模式的突出特点是：以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心，也称“新三中心”[6]。“新三中心”与工程教育专业认证的OBE理念在内涵上是一致的。教学情境的设计要考虑学生和教师的需求，以及教学目标的要求。

1.1 学生和教师的需求

1.1.1 学生的需求

大学教育中，学生的需求主要是求知需求，当然其他层次的需要也不容忽视。学生的求知需求，涉及基本教学理论内容、技能、考试、毕业证等，具有功利性的需要。其次是对爱的需求，即包括对友谊、爱情以及组织和谐需求。再次是对尊重的需求，尊重需求既包括对成就或自我价值的个人感觉，也包括他人对自己的认可与尊重。最后是对自我实现的需求，自我实现需求的目标是自我实现，或是发挥潜能。

1.1.2 教师的需求

大学教师的需求主要是对自我实现的需求，自我实现需求的目标是通过教学目标的达成实现自我，或是发挥潜能。其他如生存需求、安全需求、爱的需求和尊重的需求等需求，则通过社会和学生的回馈等方式得以满足。

1.2 教学目标的要求

教学活动以教学目标为导向，且始终围绕实现教学目标而进行。教学情境导入问题作为教学活动的一个环节操作的对象，必须符合高等教育教学目标的需要。教学目标可以分为课程目标、教学目标、教育成材等三个层次。教学目标来源于课程教学大纲，课程教学大纲根据学校定位和专业培养方案制定。

教学目标也分为现实性需求和潜在性需求。现实性需求，涉及基本教学内容，学生需要学习相关的知识，掌握相关的技能、具有相关的能力。潜在性需求：为实现培养目标，体现在学生未来的成长与发展方面，包括自主学习与终身学习的能力等。

2 设计的基本步骤

2.1 分析教学目标和教材，确定基本目标

2.1.1 分析教学目标

在高等教育中，各专业都有各自的培养目标，但就某一技术来说，在课程设置可能是多个专业的课程体系的一部分，也就是说多个专业有同样名称的课程。在设计前，首先要明确所授课专业的总体培养目标，以及该课程的教学目标及其各个知识点与教学目标的关系，是专业基础课还是专业课，是必修课还是选修课，是考试科目还是考查科目等，做到心中有数。

不仅要确定总体目标，还要确立阶段性目标，每一节课的目标，不仅要确立知识目标和能力目标，还要确立情感目标，为进一步的教学确定方向，提高学生的综合素质。

2.1.2 分析教材

课堂教学的内容基本来自教材，对教材的分析是上好一门课的重要准备工作，对于内容的把握决定着堂课的成败，因此，教师设计教学情境导入示例，一定要分析教材、熟知教材，这样才能使教学情境示例的导入完美贴合教材内容或覆盖教材内容，达到预期的教学效果。

2.1.3 初选示例内容

如果教材中有适当的示例内容，能代表或带动后续教学内容的展开，教学情境示例可以从教材中选取。

教学示例也可以从实际的应用项目中提取，但一般的项目可能太大太复杂，不能在较短的时间内进行叙述，需要进行精简，而精简后可能与实际项目相去甚远。另外一种方法是凝练教学内容，梳理其关联关系，并用一个具有实用价值的综合示例来设计串联多次课程[5]。

2.2 了解技术现状和发展趋势，调整目标内容

示例内容可以是源于生活的常识，也可以是正在使用或较新颖的技术，这样有利于引发师生共鸣，知识迁移。生活常识学生较容易理解，内容新颖的问题能够较好地吸引全班同学，让学生感到新奇，提高学习积极性与主动性，从而达到带动学生思考问题，解决问题，理解新内容，接受新知识的目的。

2.3 了解学情，力求能无缝对接

在课前要了解授课对象群体的知识基础、授课对象群体以及个体的特点，包括生源渠道、理想信念、兴趣爱好、组织纪律、学习风气以及掌握相关的知识程度；本次课堂教学情境导入示例需关联的基础知识中，学生已经掌握或要求掌握情况。力求在课前掌握尽可能多的信息，使得设计时能融合授课对象的特点，做到导入示例与教学知识点无缝对接。

2.4 根据教学资源，选择实施方案

要求示例内容能够将教材理论联系实际应用，要求能在现有的教学资源条件下实现导入，如果不能实现导入，则需要调整。如有较好的硬件或者人员支持某些过程用动画演示，会取得更好的效果。

3 教学情境导入示例设计举例

3.1 操作系统中的教学情境导入示例

教学内容：分页存储管理方式

适用学生：计算机类专业

基础知识：分页存储器管理的基本方法、分页地址转换。

教学目标：理解内存分页管理方式中页面、物理块、地址结构及页表作用，掌握分页管理方式中地址转换机构及转换运算。

教学情景内容：将班级当作运行的进程，教室中座位数量看作内存存储单元数量。班级同学进入教室入座后如何以优异的方式管理两个班级同学呢？如何尽快计算出每位同学的座位号并且找到每位同学？

如图1所示，班级连续8人一组作为一页，模拟进程逻辑地址划分，教室8个连续座位作为一个物理块，模拟计算机内存划分。2个班的同学按组进入教室物理块按顺序就座。如此以班级模拟进程，教室模拟内存作为场景讲解分页地址结构，讲解页表作用及通过1班第1组同学学号8-15号到了教室第10块80-87号座位落座，讲解十进制、二进制和十六进制逻辑地址到物理地址的转换过程。

最后，由情景教学案例引导出教材32位内存分页地址结构、页表作用及地址转换的知识。由简单问题到复杂问题分析的迁移，摆脱枯燥的理论知识讲解，强化同学知识理解深度，提升学生学习兴趣。培养学生知识迁移能力，提高同学课堂参与主动性。

3.2 物联网工程导论课程中的教学情境导入示例

教学内容：物联网中的信息安全与隐私保护

适用学生：物联网工程专业一年级

基础知识：物联网的概念，物联网的组网技术的相关概念。

教学目标：了解物联网系统中信息安全与隐私保护的重要性及其基本技术的作用，关注物联网系统及其信息安全与隐私保护的需求。

导入环节的教学情境内容：物联网的应用非常广泛，如图2所示的物联网智能家居安防系统是怎样实现家居安防的？存在哪些信息安全威胁与隐私保护风险？

物联网的概念，物联网的组网技术的相关概念是前面学习过的，但是现在面对的是一个实际的系统及其安全问题。因此首先引导学生分析实现智能家居安防的设备、信息及其功能，这些设备存在的安全隐患，这些信息存在的安全威胁，哪些涉及居住者的隐私？怎么解决？

至此，课程导入环节结束，进入课程分析阶段。

接着，我们从以下三个方面进行分析和解决：1） 智能家居安防系统的功能模块及其工作原理；2） RFID 的安全隐患及其解决技术；3） 位置信息的安全隐患及其解决技术。

最后，进行分析总结，从智能家居安防系统的运行思考系统功能的完成，需要在各种可能的环境下都要求能够正常运行，还有网络安全的问题是否也需要考虑？下次课我们考虑怎样设计安全的智能家居安防系统的基本思路。从而加深对物联网系统的设计方案的理解，也培养学生解决问题能力和创新意识。

4 教学情境导入示例应用的效果分析

教学情境导入示例不仅具有一般的教学情境导入的作用，即通过导入创设教学情境，还便于学生将整个课程知识串接起来。

4.1 有助于吸引学生的注意

如果说良好的开端是成功的一半，那么课堂中的“导入示例”就是如此。设计良好的教学情境问题作为导入，让学生带着具体问题或悬念，紧紧跟着老师的节奏与思路进入课堂。情境问题是教学的关键，解决问题是学习的手段。通过对导入环节的教学情境内容所表示问题进行分析和解决，实现课堂教学的目标。

4.2 有助于教师把控课堂

根据问题解决的思路、学生的认知等因素，设计良好的教学情境问题，调动学生参与的积极性，在问题的发展过程中把控课堂，判断自己的授课进程、方法是否针对了授课对象的特点，并在授课的过程中及时予以修正。应用教学情境导入示例，授课的过程就是教学情境导入示例中问题的分析解决过程。

4.3 有助于提高教师激情，从而提高课堂教学的效率

激情，是指一种积极、饱满的兴奋情绪，它是增强课堂凝聚力和讲授感染力的重要因素，也是激发学生的课堂学习热情，使之聚精会神，专注好学的催化剂[8]。好的教学情境是设计有价值的具体问题，可以让教师充分有效地在课堂内“表演激情”，既传授知识，也传授方法，充分发挥课堂“台词”的作用，以提高教师的教学技艺和素质感染力。体现教师的使命感，体现教师的敬业精神。

4.4 便于师生需求信息交流，融洽师生关系

一个情境演绎或复杂问题分割及解决的过程，可以是一个提问和讨论的过程，一个学习信息交流的过程，也是一个师生需求信息交流的过程。在良好的交流过程中，建立融洽的师生关系，有助于增强学生学习团队归属感、学习成就感和学习自信心。

4.5 便于学生建立自己的知识图谱

应用教学情境导入示例，课堂的教学内容就是教学情境导入示例中问题的分析解决。所用到的知识点，新的知识点都是有机地联系到了一起。一堂课如此，如果每一堂课都如此，可以顺利地将整门课程的知识串接起来，建立自己的知识图谱。

5 总结

本文介绍的教学情境导入示例的设计方法从师生的需求、教学目标的要求出发，结合技术的发展趋势和课程内容，联系实际应用设计出教学情境导入示例，可以满足师生的需求和教学的需要，可以有效地提高课堂效率。