[摘要]文章提出了基于計算思維的項目教學(xué)法，認為該方法應用中需要注意計算思維知識傳授、計算思維環(huán)境創(chuàng )設、師生的思維溝通、多元評價(jià)體系建立的問(wèn)題。同時(shí)，以“VFP程序設計”課程為例，按照項目教學(xué)法的基本流程，即項目設計、計劃制訂、計劃實(shí)施、小組自評、展示交流和綜合評價(jià)六個(gè)步驟，將基于計算思維的項目教學(xué)法在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐。
[關(guān)鍵詞]計算思維 項目教學(xué)法 教學(xué)實(shí)踐
[作者簡(jiǎn)介]薛磊（1969- ），女，山東青島人，常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，副教授，研究方向為數據挖掘；孫玉強（1956- ），男，河南鄭州人，常州大學(xué)數理學(xué)院院長(cháng)，教授，博士，研究方向為并行計算；顧曉清（1981- ），女，江蘇常州人，常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，講師，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò )、信息安全。（江蘇 常州 213164）
[基金項目]本文系2011年常州大學(xué)教育教學(xué)研究課題“‘大工程觀(guān)’下大學(xué)計算機公共基礎課程改革的研究與實(shí)踐”的研究成果。
[中圖分類(lèi)號]G642.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1004-3985（2012）32-0148-02
一、計算思維與項目教學(xué)法
1.計算思維。周以真教授認為，計算思維是一種以計算科學(xué)為核心，運用計算科學(xué)的基本概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統設計和行為理解的涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。這種思維在不久的將來(lái)，將如同人人都具備的“讀、寫(xiě)、算”（簡(jiǎn)稱(chēng)“3R”）能力一樣，成為每一個(gè)人的技能組合。計算思維和理論思維、實(shí)驗思維一起被稱(chēng)為推動(dòng)人類(lèi)社會(huì )文明進(jìn)步和科技發(fā)展的三大科學(xué)思維。
2.項目教學(xué)法。項目教學(xué)法是師生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的項目而進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)方法，目前被廣泛應用于教學(xué)實(shí)踐中。項目教學(xué)法建立在建構主義、多元智能理論等現代教育思想、教學(xué)理論和學(xué)習理論的基礎之上，有別于傳統教學(xué)方法。它強調教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為主體，學(xué)生在教師的幫助和指導下，通過(guò)探索和協(xié)作獲得知識，而教師的主要任務(wù)更側重于設計教學(xué)情境，營(yíng)造學(xué)習氛圍，組織和引導教學(xué)過(guò)程；它把學(xué)生引入真實(shí)的工作情景，利用“項目工程”驅動(dòng)學(xué)生自主地應用已有知識和汲取新的知識去破解項目“難題”，使學(xué)生在項目計劃的實(shí)施過(guò)程中發(fā)現知識、應用知識、提高技能；它允許學(xué)生在一定時(shí)間范圍內自行組織和安排自己的學(xué)習行為，并且有明確而具體的成果，能夠滿(mǎn)足學(xué)生自我實(shí)現的需要。毋庸置疑，項目教學(xué)法“教、學(xué)、做”合一，“寓教于做”，尊重學(xué)生的價(jià)值，是一種能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習主動(dòng)性和創(chuàng )造性，提高學(xué)生實(shí)踐能力的先進(jìn)教學(xué)方法。項目教學(xué)法的整個(gè)教學(xué)過(guò)程可以粗略地分為三個(gè)階段：開(kāi)始階段、主體階段和結尾階段。在開(kāi)始階段，學(xué)生與教師一起確定項目任務(wù)，制訂工作計劃；在主體階段，學(xué)生根據各自在小組中的分工以及合作形式，按照已確立的工作步驟和程序開(kāi)展工作；在結尾階段，全班同學(xué)共同分享并獲得評價(jià)。
學(xué)會(huì )計算思維，是信息社會(huì )中創(chuàng )新的需要，是大學(xué)生創(chuàng )新性思維培養的重要組成部分。項目教學(xué)法采用類(lèi)似科學(xué)研究與實(shí)踐的方法，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習、自主發(fā)展，且具有較為穩定、具體的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)程，這些特點(diǎn)使得項目教學(xué)法具備了培養學(xué)生思維能力的良好基礎。
二、基于計算思維的項目教學(xué)法需注意的問(wèn)題
基于計算思維的項目教學(xué)法是指在項目教學(xué)法的相關(guān)環(huán)節中融入計算思維的訓練，通過(guò)訓練使學(xué)生領(lǐng)悟計算思維的概念，習得計算思維能力，并在計算思維的指導下更好地完成項目任務(wù)?；谟嬎闼季S的項目教學(xué)法是一種滲透式教學(xué)，它使思維訓練和學(xué)科教學(xué)相統一，知識隨著(zhù)思維的講解而展開(kāi)，思維隨著(zhù)知識的貫通而形成，最終使能力隨著(zhù)思維的理解和訓練而提高。這樣的項目教學(xué)法雖然過(guò)程沒(méi)有發(fā)生變化，但是內涵卻更豐富了?；谟嬎闼季S的項目教學(xué)法要做到以下幾點(diǎn)：
1.使學(xué)生了解計算思維的原理和方法。適量而準確的知識有助于將無(wú)意識的習得化為有意識的學(xué)得，有助于將混沌的內隱能力轉化為明晰的外顯能力，從而提高學(xué)習效率。比如，關(guān)注點(diǎn)分離是計算思維的重要原則之一，教師可以給學(xué)生事先講解關(guān)注點(diǎn)分離的概念，并舉例說(shuō)明作為一種普適的處理復雜問(wèn)題的系統思維方法和原則，如何在完成一項復雜任務(wù)時(shí)獲得恰如其分的分離視角以及簡(jiǎn)明優(yōu)雅的合成策略。這樣學(xué)生在接到復雜的項目任務(wù)時(shí)，就能夠有意識地運用這種思維方法，把復雜項目轉化成幾個(gè)簡(jiǎn)單的能夠完成的子項目。通過(guò)這些訓練，把類(lèi)似的計算思維能力內化到學(xué)生的能力結構中，使學(xué)生能夠自如地應用。
2.創(chuàng )設良好的計算思維環(huán)境。計算思維不是靠教師簡(jiǎn)單地傳授計算思維知識和方法就能形成的，而是在某種情境中，包括思維者所處的內部環(huán)境（知識、經(jīng)驗、情感）和外部環(huán)境，以及內外環(huán)境相互作用下產(chǎn)生的。作為教師，要為計算思維的形成創(chuàng )設合適的思維環(huán)境。比如，通過(guò)各種載體為學(xué)生提供豐富的實(shí)例，讓學(xué)生在模仿中逐漸形成計算思維能力；把學(xué)生引入真實(shí)的工作情景，激發(fā)其自覺(jué)運用計算思維的方法原則；營(yíng)造寬松、和諧、民主的氛圍，鼓勵學(xué)生獨立思考，提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生高漲的學(xué)習情緒和強烈的探索欲望，使其思想流暢，思維活躍；運用自身廣博的知識、高超的計算思維能力、謹嚴的態(tài)度、生動(dòng)的語(yǔ)言、富有吸引力的方法成為計算思維形成情景中的重要角色。
3.注重教學(xué)過(guò)程中師生的思維溝通。根據思維教學(xué)理論，思維的訓練和發(fā)展是以暴露思維過(guò)程為前提的，是在暴露的過(guò)程中得到錘煉和提高的，所以在計算思維教學(xué)活動(dòng)中，師生雙方都必須通過(guò)多種載體，充分暴露自己的思維過(guò)程。教師可將自己處理問(wèn)題的想法表現出來(lái)，展現給學(xué)生，便于學(xué)生深層次的理解與思維方法的借鑒；學(xué)生可將自己認識問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維曝光，便于教師及時(shí)地反饋評價(jià)與針對性地糾錯。比如，在項目教學(xué)法的結尾階段，教師可安排每一組的學(xué)生代表講述本組是如何完成項目的，其他人，包括教師都可以提問(wèn)、質(zhì)疑，給出自己的思路。這樣，學(xué)生將本組對知識的認識過(guò)程、思維方法的運用過(guò)程進(jìn)行整理，用自己的語(yǔ)言表達出來(lái)，開(kāi)闊了其他學(xué)生的思路，加大了信息的交流；同時(shí)，也通過(guò)別人的，包括教師的方法修正自己的思維策略，使思維的發(fā)展處于開(kāi)放的良好環(huán)境中。以語(yǔ)言、文字等為載體，交流展示思維過(guò)程，是一種提高思維能力的好方式。
4.建立充分考慮計算思維能力的多元評價(jià)體系。項目教學(xué)法中選取的工作項目通常具有真實(shí)性、典型性、綜合性、完整性等特征，具有一定的規模和復雜度，需要運用多種領(lǐng)域知識和多方面能力，借助于多種資源才能完成。按照傳統的評價(jià)方式，以結果性評價(jià)為主導顯然是不恰當的，而應該建立評價(jià)主體互動(dòng)化、評價(jià)內容多元化、評價(jià)過(guò)程動(dòng)態(tài)化的多元評價(jià)體系，把評價(jià)作為發(fā)展學(xué)生計算思維的一個(gè)有機構成環(huán)節，從多個(gè)角度及多種評價(jià)方式來(lái)促進(jìn)學(xué)生計算思維的發(fā)展。一是評價(jià)方式，不應只是單一的由教師完成的“權威性”評價(jià)，而應該是師生、生生之間雙邊和多邊的互動(dòng)。二是評價(jià)內容，不僅僅考慮項目的完成質(zhì)量，還要看學(xué)生的思維狀態(tài)，如是否敢于提出問(wèn)題、發(fā)表見(jiàn)解，提出的問(wèn)題和見(jiàn)解是否具有獨創(chuàng )性，是否體現了計算思維的水平，以及情感、意志、協(xié)作精神等非智力因素。三是評價(jià)過(guò)程與項目完成過(guò)程同步，在每一階段都有相應的評價(jià)結果。
三、基于計算思維的項目教學(xué)法的教學(xué)實(shí)踐
“VFP程序設計”是許多高校面向文科類(lèi)學(xué)生開(kāi)設的一門(mén)計算機基礎課程，課程目標是培養學(xué)生利用數據庫技術(shù)進(jìn)行信息管理、加工和利用的意識和能力，同時(shí)使學(xué)生掌握程序設計的方法和基本算法。計算思維的本質(zhì)特征是基于不同層次計算環(huán)境的問(wèn)題求解，程序設計其實(shí)是語(yǔ)言級的問(wèn)題求解活動(dòng)，應用系統的設計與實(shí)現則是系統級的問(wèn)題求解。所以“VFP程序設計”課程是培養學(xué)生計算思維能力的極好的載體。結合課程和學(xué)生的特點(diǎn)，在教學(xué)中我們以“示范項目”“練習項目”“實(shí)訓項目”三個(gè)項目為載體來(lái)幫助學(xué)生達成學(xué)習目標?！笆痉俄椖俊庇山處熤鲗痉?，在課堂教學(xué)過(guò)程中共同完成；“練習項目”由學(xué)生在實(shí)驗指導書(shū)的引導下自行完成；“實(shí)訓項目”按照項目教學(xué)法的基本步驟，由學(xué)生選題自主完成。在“示范項目”和“練習項目”的教學(xué)過(guò)程中，除進(jìn)行知識的傳授和技能的訓練以外，還舉例說(shuō)明計算思維的一些基本概念和應用方法，如通過(guò)對現實(shí)世界的約簡(jiǎn)、轉化，抽象出數據庫的概念模型；通過(guò)關(guān)注點(diǎn)分離原則的應用，將復雜的系統劃分成多個(gè)模塊，等等。按照項目教學(xué)法的基本流程，實(shí)訓項目按項目設計、計劃制訂、計劃實(shí)施、小組自評、展示交流和綜合評價(jià)六個(gè)步驟完成，在此過(guò)程中融入了計算思維的訓練活動(dòng)。
1.項目設計。在項目設計階段，每組學(xué)生通過(guò)廣泛調研，并與教師進(jìn)行充分的思維溝通后確定選題并明確項目的總體目標。在此過(guò)程中可以引導學(xué)生運用計算思維的啟發(fā)式推理方法，利用從文獻中、網(wǎng)絡(luò )上和實(shí)際的生活、學(xué)習中了解的實(shí)際情況，就項目開(kāi)發(fā)是否有意義、技術(shù)上是否可行等問(wèn)題，一步一步地自主提問(wèn)、自我啟發(fā)，循序漸進(jìn)，最終確定選題；運用抽象、約簡(jiǎn)，在不確定情況下規劃、學(xué)習和調度的方法，提煉出項目的總體目標。
2.制訂計劃。通過(guò)開(kāi)展小組交流討論，確定項目的實(shí)施計劃，包括步驟、內容、完成時(shí)間以及組員間的分工等，制訂系統實(shí)施計劃書(shū)。在此階段教師引導項目組長(cháng)運用計算思維的關(guān)注點(diǎn)分離方法指導組內的分工，按照軟件公司的項目管理方法，分成系統分析和設計、系統實(shí)現和測試三個(gè)團隊。但是由于每組只有四人，所以我們采用“一套班子三塊牌子”的方法，每個(gè)組員負責其中一個(gè)團隊，其余兩人作為成員，項目負責人總協(xié)調，但也是團隊中的一個(gè)成員。
3.實(shí)施計劃。按照實(shí)施計劃書(shū)中確定的工作步驟和分工，完成項目的開(kāi)發(fā)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及很多具體的細節問(wèn)題，這些問(wèn)題的解決過(guò)程其實(shí)就是計算思維的培養過(guò)程。系統分析和設計是學(xué)生運用抽象、分解、基于關(guān)注點(diǎn)分離的方法將系統總目標具體化，并分解成為較小的功能模塊；數據庫設計則訓練學(xué)生運用抽象、約簡(jiǎn)、轉化、遞歸等計算思維的一系列方法把現實(shí)生活中的對象抽象成信息世界中的概念模型并轉化為數據模型；而表單設計又可以看做是一種代碼級別的問(wèn)題求解過(guò)程，在此過(guò)程中進(jìn)一步理解分支、循環(huán)、面向對象程序設計等計算科學(xué)的基本概念；此外，組內分工還體現了一種并行處理的計算思維方法，比如“系統實(shí)現”團隊負責人可以將各個(gè)功能模塊分給不同的學(xué)生來(lái)完成，以提高開(kāi)發(fā)效率。不過(guò)分工時(shí)要特別關(guān)注任務(wù)量的均衡性，盡量在同一時(shí)間段完成任務(wù)。
4.小組自評。學(xué)生此時(shí)完成的系統可以說(shuō)是一個(gè)系統原型，這個(gè)原型并不完善。在自評階段，教師指導學(xué)生理解迭代和收斂的概念，不斷迭代地優(yōu)化系統模型，一方面消除功能性錯誤；另一方面，按照預防、保護及通過(guò)冗余、容錯、糾錯的方式，從最壞情形恢復系統的計算思維原則，使系統足夠強壯，此時(shí)視為收斂，得到最終的系統。
5.展示交流。完成自評過(guò)程后，每一組的代表在全班展示各自的系統，并說(shuō)明系統設計的過(guò)程，遇到過(guò)什么問(wèn)題，這些問(wèn)題是怎么解決的。其他組的學(xué)生，包括教師都可提出問(wèn)題，讓代表作出解釋。這個(gè)過(guò)程是暴露思維的過(guò)程，在彼此的交流中，不同觀(guān)點(diǎn)之間相互碰撞，使每一位學(xué)生在較短時(shí)間內都對問(wèn)題獲得了多方面的較深入的認識。這不僅對培養學(xué)生的計算思維，而且對培養學(xué)生發(fā)散思維、批判性思維的能力都大有好處。
6.綜合評價(jià)?；谟嬎闼季S的項目教學(xué)法的評價(jià)是過(guò)程性的評價(jià)。在每一個(gè)階段我們都要求學(xué)生記工作日記，并給出相應的評價(jià)表，包括自評和組內互評，不僅對工作，還對其表現出的包含計算思維在內的能力、態(tài)度、方法等進(jìn)行全方位的評價(jià)；教師根據項目完成情況，以及與學(xué)生思維溝通、觀(guān)察平時(shí)表現、查看工作日記等給出自己的評價(jià)。最終的評價(jià)由自評、組內互評和教師評價(jià)三者構成。
在本課程中將計算思維融入項目教學(xué)法，最明顯的效果在于學(xué)生開(kāi)發(fā)的系統功能更為豐富，模塊劃分更為合理，考慮容錯性，錯誤較少；工作安排更為合理，學(xué)生之間合作順利，開(kāi)發(fā)效率提高。將計算思維訓練和成熟的教學(xué)方法相結合，使學(xué)習者能夠運用計算思維這種高水平的思維方式去發(fā)現和解決問(wèn)題，一方面使思維訓練有具體的依托，另一方面豐富了項目教學(xué)法的內涵?；谟嬎闼季S的項目教學(xué)實(shí)踐，也為項目教學(xué)法從思維方法的高度培養學(xué)習者作出了有益的嘗試。
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