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探析培养大学生计算思维的教学模式的应用策略

2021-12-11 64 上传者：管理员

摘要：为培养大学生的计算思维，本文针对昌吉学院新生计算机基础差异大这一主要现状，提出分层次分组教学和MOOC+SPOC混合式教学模式。该教学模式在昌吉学院施行探索一年后，取得了较好的成效。

关键词：
分层次分组教学
大学计算机
混合式教学
计算思维
计算机软件
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1、引言

时代在发展，科技在进步，计算机的使用范围几乎覆盖了全世界的每一个角落。无论是文科还是理科专业的大学生，都无法避免使用与专业相关的计算机软件。因此大学计算机基础教学成为各高校培养人才的重要组成部分。

在科学技术不断发展的新时代背景下，大学计算机基础课程的开设不仅是为了培育大学生掌握几项具体的应用技能，而是使学生掌握专业问题的分析能力以及运用计算思维的能力。

但如何将大学计算机基础课程结合各高校自身特点培养学生们的计算思维，成为目前高校教育界的热议问题。本文针对昌吉学院新生受计算机教育程度参差不齐这一大现状，提出应用分层次分组教学和MOOC+SPOC混合式教学两种模式培养大学生的计算思维。

2、计算思维的概念

计算机科学家EdsgerWybeDijkstra说过：“我们使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力[1]。”计算机技术的发展必然也潜移默化地影响着人类的思维方式，从起初的结绳计数，到算盘计算、计算器的使用，再发展到如今的电子计算机，人类思维方式已经发生了很大的改变[2]。目前，计算思维成为了各个专业利用计算机求解问题的一条基本的、主流的途径。

计算思维是由美国周以真教授最先提出的。它是一种抽象的思维模式，主要是指以计算机科学的概念为基础，进行问题分化、分步求解、提炼出框架进行系统设计，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[3,4]。近年来，不少学者都专注于将计算思维融入教学问题的研究中。如康苇苇将计算思维与C语言教学相结合，巧用关注点分离的计算思维思想解决教学问题[5]。张阳等人以课程体系结构为切入点，探究基于计算思维的计算机基础教学改革[6]。

总而言之，计算机基础课程应注重培养大学生的计算思维。大学计算机作为大学新生的公共基础课，是学生们养成计算思维的启蒙课程，对学生运用计算思维学习专业课程起到关键的作用。因此，根据本校实际现状进行教学模式探索是培养学生计算思维的最佳方法。

3、教学主要现状

大学计算机是昌吉学院各专业大一新生公共必修基础课程。就目前高校教育情况而言，无论是文科专业还是理工科专业学生，在大学学习过程以及今后的职业生涯中，都将大量使用到大学计算机的相关知识。因此，高校教师教好大学计算机课程、培养学生计算思维极其重要。

为了更好地教授这门课程，施行因材施教，本文首先对昌吉学院大一新生入校前计算机基础知识的掌握情况进行了调查。

调查问卷涉及昌吉学院数学系、物理系、计算机工程系、化学与应用化学系、中语系、航空学院、经济管理系等7个院系，共收集了500份调查问卷，有效调查问卷500份。调查问卷的统计结果显示，从小学开始学习、从初中开始学习、从高中开始学习和从大学开始学习计算机课程的人数比例分别为30%、36%、23%和11%。

调查结果表明，近一半学生在进入高中阶段才有机会接触计算机课程，大一新生对计算机知识的掌握起点参差不齐。这对任课教师如何有针对性地设计具有层次性、深度性的教学方案提出了更高要求。这也是昌吉学院对如何更有效地培养学生计算思维教学模式探索中面临的主要挑战。

4、教学模式探索

计算思维的养成需以基础课程为抓手，循序渐进地培养大学生具有提出问题、解决问题、分解问题的计算思维意识。针对昌吉学院大学计算机课程的现状，本文展开了具有针对性的教学模式探索，形成了“分层次分组教学”和“MOOC+SPOC混合式教学”两种模式。

4.1 分层次分组教学

传统的大学计算机授课方式，主要是“教师讲、学生听”的填鸭式教学[7]。此种模式对于计算机知识掌握起点不同、学习能力不一的学生来说，并非是最佳教学方式，也不利于学生动手能力的培养[8]。教师的授课应根据学生们自身的学习水平因材施教，实行分层次分组教学模式。

为了有效地开展分层次分组教学实践，本文在试点班级的第一堂课中进行了计算机知识水平摸底测试。测试内容为期末考试题库中的一套试卷，分数为百分制，并以A组（≥70分）、B组（50分<分数<70分）和C组（≤50分）三个层次进行分组。

本文在教学过程中将分类型、分层次地对A、B、C三个分组布置课堂习题和课后作业。对于C组的新生来说，由于计算机基础知识掌握较差，难以通过课堂时间快速熟练地完成实操内容。因此，C组学生主要以教材上基础的课后习题为主，根据后续的学习情况，逐步增加习题难度，由浅及深地开展课程学习。B组学生具有一定计算机基础知识，但基础知识相对不坚实。因此，B组学生主要以巩固基础、强化练习为主。A组学生已经较好地掌握了计算机相关知识。这部分学生主要以创新、独立完成一些编程设计为主，锻炼他们的计算思维能力。

下面以一个课堂案例进行描述。对所选教材《大学计算机（第五版）（微课版）》的第四章算术与统计函数的内容，教师在习题课中对不同层次的组员制定了不同难度的习题要求。以成绩表为示例，对于C组学生，要求他们掌握Sum、Average、Max和Min等基础函数。对于B组学生，要求他们要额外掌握If、Sumif、Round等提升函数。对于A组学生，则进一步要求他们额外掌握Count、Countif等进阶函数。这些基础、提升函数的使用方法大部分在书本中都有具体的操作步骤，较容易理解和操作。然而对于Round、Count和Countif等进阶函数，在书本中未提及具体步骤，新生们往往对书中没有的内容第一反应是询问教师。如果教师直接告诉学生如何操作，则完全起不到培养学生计算思维的目的。因此要求学生们遇到问题首先通过查询资料、网上学习、小组间讨论等方式自行解决，从而养成提出问题、解决问题、多方面学习的计算思维。

大学计算机通常是合班授课，学生人数常常多达六七十人。这对于计算机水平相差很大的大合班来说，教师可能无法全面顾及每位学生的学习情况。为了解决这个现实问题，在分层次分组教学的基础上，采用优带差帮扶的教学方式[7]。所谓“优带差帮扶”是指给基础较好的学生平均分配几名基础较差的学生，实行“谁帮扶，谁负责”的责任制。具体实施方法是：让B组的学生督促、帮助C组的学生完成课堂练习及课下作业。对于B组的学生，由于他们具有一定的基础知识，只需稍加指导便可进步很快，因此这些学生由A组学生进行指导。A组的学生由于整体掌握情况很好，应注重让这部分学生挑战更高难度的练习，由任课教师进行指导。这种“优带差帮扶”教学方式既能在一定程度上减轻教师的压力，还能充分提高每位学生的参与度，调动学生的学习积极性。

同样以成绩表的函数使用为示例进行说明。各层次组在习题课上的练习题虽然难度不同，但都比较符合各层次组学生的接受度。然而课堂上的练习内容还达不到教学要求，因此课下作业的内容为：B组学生指导C组学生练习并掌握If、Sumif、Round函数，A组学生指导C组学生练习并掌握Count和Countif函数，老师拓展指导A组学生学会使用Frequency、Large和Small函数等。

通过引入分层次分组教学模式，不同层次组的学生可以互相探讨，互相答疑，最终在组内归纳总结出难点问题，通过自行查阅资料或向教师请教的方式解决问题。这种方式有利于提高学生们提出问题、解决问题、归纳问题的能力，逐渐形成“建模”式的计算思维。分组练习是为了让不同层次的学生最大程度地掌握书本知识，而优带差帮扶是为了让不同层次的学生不断加强所学知识，并在此基础上有所提升。这样既可以让各个分组都能对基础知识进行巩固，还能促进每位学生向优秀学生看齐，有助于营造良好的学习氛围。

4.2 MOOC+SPOC混合式教学

课上时间是有限的，课下时间是宽裕的。鉴于部分学生的学习能力较弱，对于课堂上的内容在有限的时间无法完全吸收，因此充分利用在线教学资源是一种很有效的教学辅助方式。

MOOC教学是指通过互联网传播课程视频的大规模在线课程，便于学生们自主学习，不受时间、空间的限制，并具备完整的教学环节，如开课、上课、作业、反馈等。SPOC教学是小规模限制性在线课程，只有符合一定条件的线上学习者才可进入SPOC课堂，是MOOC的发展和补充。但与MOOC不同的是，SPOC课程是非公开、有针对性的，因此非常适用于校园中的辅助教学[9]。

为了让学生们更好地掌握大学计算机课程内容，任课教师课前向学生推荐“中国大学MOOC”平台中优质的教学资源，例如同济大学的《大学计算机基础》课程，引导学生进行自主预习[10]。这一环节，一方面可以让学生们在课堂上更快地跟上教师的授课进度，提出针对性的问题；另一方面也避免了学生们的学习思路仅局限于任课教师的教授思路，也在一定程度上避免了对任课教师教授风格的疲倦性。

对于学生们在MOOC和线下课堂中提出的具体问题，任课教师可有效利用SPOC课程模式，及时对课堂内容进行录屏，尤其是实操性的内容。然后通过再一次详细的录屏讲解，让学生们巩固知识点，加强实操锻炼。这不仅可以满足学生们反复观看、反复练习的需求，也在很大程度上弥补了学生们在课堂上由于计算机死机、未能连接教师共享屏幕等客观因素造成的知识点缺失等问题。

除此之外，昌吉学院计算机工程系教师充分发挥昌吉学院官网中的在线教育平台，导入大学计算机各章节综合练习题和教学笔记，供学生们下载学习。同时提供课程作业和试题库，以便学生课后练习。在校教育平台内容还包括在线测试模块和线上答疑讨论平台。这样便于师生进行线上互动，达到了及时解惑的目的。此课程资源自投入使用后，平均每天就有130次下载量，学生们自主学习的效果较为显著。

MOOC+SPOC混合式教学方式的引入，使学生们可以利用闲暇时间，随时随地进行课程学习，从而可以多渠道地对知识进行巩固和扩充[11]。它有效打破了线下教学的时间及空间局限性，实现了多维度对知识点进行学习训练，体现了“计算思维”是既能感知又能实现的、具有可操作性的思维方式特点[12]。

5、模式探索取得的效果

探索大学计算机课程的教学模式，是为了让学生学好这门课程。更重要的是通过该课程的学习，培养学生的计算思维，将计算思维模式应用于学习、生活、工作中。经过一年的模式探索和跟踪调查，昌吉学院大学计算机课程在多方面都取得了较好的成效。

在成绩方面，实施教学改革前，各院系大学计算机的挂科率在10%～15%范围；而经过本文研究精心设计课程内容、改变教学方式后，各院系大学计算机的挂科率降为6%～11%之间。这是一个直观的成效。

在学习积极性方面，随着分层次分组教学模式的展开，很多任课教师反映课堂上学生们做练习的速度越来越快，指导学生越来越多，被指导学生越来越少，学生们普遍希望扮演指导者角色。由此可知，大学计算机课程的教改模式探索激发了学生们向优看齐、走在前头的欲望，形成了良性竞争。

在思维方式方面，通过对各院系的反馈结果分析发现，学生们做事效率明显有了提高。例如由于疫情防控需要，各班级的班委常常需要统计各种表格；经过对各班委进行调查问卷后发现，学生们遇到统计问题能自行查找资料、查看大学计算机课本、请教其他班委、请教教师的比例分别是62%、16%、12%和10%，对于表格统计能善用函数、分小组进行、人工核对的人数比例分别是74%、17%和9%。这些均表明学生们发现问题、解决问题的能力在提高，并且逐渐形成了问题简化、分解问题、提高效率的计算思维。

6、结语

本文针对昌吉学院大学计算机课程中，学生对计算机基础差异大这一主要现状，提出分层次分组教学和MOOC+SPOC混合式教学两种改革模式。同时以课堂案例进行阐述如何培养大学生的计算思维，并取得了较为显著的成效。

本文的模式探索也表明，大学计算机课程的授课方式需要创造更优质的教学环境，采取更加先进的教学模式，需要合理有效地利用多媒体资源，需要采取合适的手段调动学生们的积极性。同时教学要注重因材施教，针对不同程度的学生分配不同难度的学习任务。

计算思维的养成是一个漫长的过程。大学计算机作为基础课程，难度不大，但重要性不可小觑。一年的教学模式探索还远远不够，后续会继续探索适合本校的大学计算机课程教学模式，使更多学生从该门课程中获得收益。

参考文献:

[1]郭影强.计算思维与数字化学习:一个教材片段的讨论[J].中国信息技术教育,2021(04):11.

[2]谢姣.计算机基础教学中计算思维能力培养的探讨[J].明日,2017,000(047):135

[3]曾莉.基于计算机思维能力培养的计算机基础教学模式浅谈[J].电脑知识与技术,2020,16(32):109-10.

[4]李禾.试析计算思维的计算机公共基础课研究性的教学模式[J].黑龙江高教研究,2012,30(06):158-90.

[5]康苇苇.基于计算思维的C语言教学模式分析与案例设计[硕士学位论文].重庆师范大学,重庆,2015

[6]张阳李雄伟卢宏锋,王凯,韩月霞,谢志英.基于计算思维的计算机基础教学改革与实践[J].北京邮电大学学报(社会科学版),2015,17(02):113-118.

[7]王子须,李元臣.计算机教师教学质量提高及授课方式转变探讨[J].福建电脑,2008,24(004):191,88