基于關注點分離的教學法研究

【摘 要】本文依據筆者的實際教學工作經驗，基于計算思維關注點分離原則并結合單元式模塊化教學的特點，提出了以單元式理論教學、思維啟發式教學和創新型實驗教學三者相結合的綜合立體教學法，達到培養學生操作能力、應用開發能力和研究創新能力三個層次計算思維能力培養的目標。并通過實例驗證了該教學法的可行性和高效性。

【關鍵詞】計算思維 關注點分離 單元式 思維啟發式

教學方法是教師教學行為的心理基礎和內在根源， 教學改革要取得成功，改變教師的教學方法成為關鍵問題。作為教學研究重要內容之一的教學方法其先進性和實用性對于教學改革具有重要的意義。以往過于追求和重視規律的教學雖使學生掌握了一定的書本知識，卻因所謂的“本質規律”和“標準做法和答案”扼殺了學生的個性和創造性，也限制了教師主觀能動性的發揮，其教學效果和功能是十分有限的。本文所提出的教學方法改革的前提是不再假定教學活動存在固有不變和先在唯一的本質和規律， 其本質和規律是在具體的教學過程中生成的， 是內在于教學過程之中的。

計算思維是運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為，通過采用抽象和分解方法，并通過約簡、嵌入、轉化和仿真等手段，把一個看似困難的問題重新闡述成一個我們知道怎樣解的問題。關注點分離作為最重要的計算思維原則之一，通常以“分而治之”的方式出現，模塊化（Modularity ） 是其中最具代表性的具體設計原則之一。基于關注點分離的教學法認為：第一，教學活動是在復雜的應用背景中進行的，不能將教學與應用背景分離開來進行研究；第二，教學是由人參與的過程，不能完全拋開具體教學活動進行所謂的客觀研究；第三，教師進行教學， 必須注意到教學情境的復雜性和特殊性，利用關注點分離相關方法形成智能化“教”和適應性“學”相融合過程。

今后，具備計算思維能力，能夠運用計算機技術和手段進行學習、工作、解決專業問題是高層次人才的必備素質。目前，一些計算機教育工作者正在教學過程中逐步推進計算思維能力的培養，盡管如此，如何在具體的課程教學過程中培養計算思維能力仍處于一個初級探索階段，沒有形成一套完整的方法體系，需要計算機教育者進一步探索和研究基于計算思維能力培養的新型教學法。

本文依據筆者的實際教學工作經驗，并結合計算思維關注點分離原則和單元式模塊化教學的特點，提出了以單元式理論教學、思維啟發式教學和創新型實驗教學三者相結合的綜合立體教學模式。該模式提出的教學法不僅是計算思維能力的培養方法、應用方法，也是當前利用先進教學手段進行綜合創新式教學的進一步提高和升華，落實了培養學生的信息素養這一終極目標。

一、基于關注點分離的單元模塊驅動式教學原理

（一）關注點分離策略

利用關注點分離策略控制問題復雜性，提高可理解性，需要掌握相關問題具體知識之后，通過分解機制將教學內容分割為有意義且易管理的片段，把握問題的關鍵特征，對具體問題具體分析，并運用模塊合成方法將這些片段組合成整體方案。計算機類課程教學過程不但涉及眾多具體知識點， 而且涉及從課程不同的性質特性、教學手段開發過程和組織方式、不同層次學生的利益關注點， 到技術、實現工具、設計方案等多方面問題，這些不同問題既有各自獨立的需求和約束，同時，不同的問題側面可能互相交織，甚至互相沖突，既需從其關注點的角度細化考慮，又需以統一的觀點統領全局綜合考慮。

在基于計算思維關注點分離的教學法實施過程中， 關注點的分離視角與關注重點扮演了十分重要的角色。體現分而治之思路的模塊化教學單元設計是最重要的設計原則。通過對模塊化單元教學內容實施時間關注點的分離，在不同層次開展教學內容實施過程，達到培養操作能力、應用開發能力和研究創新能力這三個層次計算思維能力培養的目標。

（二）閉環迭代遞增教學模型

建立在可實現基礎上的思維性基礎教育、知識講授、素養培養三位一體的思維性教學是大學計算機類課程的核心價值，思維性教學原則可概括為以下的“三而目標”：“知識”隨著“思維”的講解而展開，“思維”隨著“知識”的貫通而形成，“能力”隨著“思維”的理解和訓練而提高。

基于關注點分離策略的單元模塊驅動式思維教學過程中，圍繞單元模塊教學內容設計這根主線，充分考慮教師、學生與單元模塊教學內容三者之間相輔相成的關系，構建以下單元模塊教學內容驅動式閉環迭代遞增教學模型，具體如圖1所示。

圖1 單元模塊教學內容驅動式迭代遞增教學模型

該閉環迭代遞增教學模型將教師的教學過程和學生的學習過程連接互動起來，教師與學生在整個教學過程中都發揮主體作用，形成一個迭代遞增的過程。教師在課程體系設置、單元教學內容設計、模塊化教學內容講授、綜合教學效果總結評價等方面的教學活動實施過程中，運用以思維帶知識的方式進行教學，將各類知識點和核心教學內容“分而治之”，設計出針對計算思維能力培養的模塊化教學單元。并在模塊逐一實施過程中，關注學生的主觀感受和個性行為方式，不斷改進教學實施方式，形成一個閉環智能化“教”和適應性“學”相融合的迭代遞增過程。同時，學生需要進行課前預習，自主式學習、協作式練習和能力綜合測試等幾個方面的培訓，并始終堅持計算思維能力培養這個目標。在教師和學生的學習交互過程中，學生可自主構建個性化的系統學習方法。教師利用思維性教學方法啟發學生運用已獲得的核心知識訓練獨立求解問題的能力，潛移默化地培養自我信息素養。

總之，按此模型構建的閉環迭代遞增教學過程，“模塊化單元核心知識點”隨著“思維”的講解而介紹出來，而“思維”隨著“核心知識”的貫通而形成，同時能力隨著“思維”的理解而提高。

二、 單元模塊驅動式教學內容設計與實施

（一）單元模塊化教學內容設計原則

在現代信息技術支持下，作為構建研究創新型教學不可缺少的條件，教師和學生之間的良好平等互動貫穿于整個教學活動中，單純強調或忽略任何一方教學主體都不會取得預期良好的教學效果。傳統的教學任務設計往往陷入極端，教學內容設計得太容易或太難，或把教學任務設計得太詳細或過于簡單。筆者認為造成這些極端的原因是教師在單元教學內容設計時未將計算思維能力培養的作為指導性和統領全局的目標，使得教師和學生在教學中沒有發揮主動性和創造性。作為本文前述“三而目標”實現前提的“單元模塊化教學內容”設計需要從實施對象、思維性教學培養目標和計算思維能力相關知識點和難點等多個方面綜合考慮，采用關注點分離策略將復雜問題劃分為簡單的教學單元模塊，具體包括：單元理論核心知識教學模塊、面向特定學科專業的范例教學內容模塊、驗證性多層次的單元實驗內容模塊和創新型綜合能力分級訓練模塊等相關內容。

（二）思維性基礎教學內容實施方式

單元模塊化教學內容設計只是完成了單元模塊驅動式思維性教學的第一步，教學效果的好壞最終還是由教學內容的實施效果來決定，具體實施方式如下：

第一，通過多種措施努力創造師生交互的良好學習環境：提倡師生平等交流、互動，教師要善于發現和捕捉學生思維活動的亮點并及時加以引導，鼓勵學生勇于提出自己的想法和思路，給出問題不同的解決方案，幫助學生在計算思維能力訓練過程中不斷得到鼓勵，提高自信心。

第二，形成在單元模塊化教學內容驅動下的自主學習過程：老師通過各種先進手段（特別是開放網絡交流平臺）隨時發布各種最新的教學資源，與學生積極交流，了解學生對課程的建議和想法。學生及時把運用計算思維解決問題時所遇到的困難反饋給老師，老師積極轉變角色發揮主導性作用，增強學生積極參與學習的熱情，啟發學生自主學習能力。

第三，構建融合多媒體和網絡等現代教學技術的教學環境：一方面，需要充分利用課程教學網站提供各種學習資源，包括多媒體課件、視頻教學錄像、習題資料、仿真試題和前沿問題等，供學生在線即時學習或下載；另一方面，通過網絡在線答疑平臺，能夠及時幫助和指導學生開展自主學習和研究性學習。這對于培養學生的形成自主學習體系和獨立發現問題、思考探索解決方案的品質具有顯著積極作用。

第四，提倡開展研究型技能學習：針對大班教學難以發揮學生自主性的不足，鼓勵學生自由組合成實驗小組，自主選擇相應的創新型實驗技能項目。考慮到不同層次學生的主觀感受和教學過程的規范性和客觀性，創新型實驗技能題目可分為教師指定和自我創新兩種，按照難易程度劃分為多個級別，鼓勵學生根據自身實際能力進行選擇，教師需要適當指導干預保證最終選擇項目的難易程度形成正態分布。學生需要按照事先提供的實驗報告模板提交研究成果，最終以個人和小組的共同表現進行綜合評定。

第五，實時控制教學內容實施過程：思維性教學要求教師不要對如何完成教學任務做過于詳細的講解，應當把精力放在幫助學生正確理解計算思維涉及的相關概念和方法，培養學生自主學習，獨立研究的能力。重點監控單元模塊化教學內容的實施質量，對面向特定學科專業教學效果的把握等方面。

三、 多層次多主體教學效果評價機制

為了實現培養學生計算思維能力這一目標，必須重視教學效果評價在教學質量中的重要作用。階段性公共答疑接待日、開放網絡在線交流平臺為教學過程的不斷改進提供了教學質量的保證，而教學效果評價需針對學生和教師兩個不同評價主體區別公平對待。針對不同主體構建的多層次評價體系如下圖2所示：

圖2 多層次多主體評價體系

上圖2中，針對學生學習效果的評價由多層次的評價手段組合而成。首先，期末考試和創新型實驗技能測試等考核手段為評價學生的提供了客觀公平的教學評價基礎。其次，在此基礎上結合學生個人自我評價總結、實驗小組組員互評價、教師認可評價組成綜合立體的評價系統。多層次評價機制促使學生更注重計算思維和自主學習能力的培養，從而更有利于思維性教學目標的實現。

注重能力培養而不是知識點掌握的多層次綜合考核方式，大大加大了學生自主學習的內容比例，既提高了學生的自主完成作業的能力，也能進一步的防止抄襲，使學生能真正獲得能力上的培養，最終完成培養學生信息素養這一終極目標。筆者在2011年對所授課的班級“程序設計”課程采用了本文提出的以單元模塊化理論教學、思維式啟發教學和創新型實驗教學三者相結合的綜合立體教學法進行了授課，在整個教學過程中注重學生主觀感受和思維能力培養，與以往采用傳統教學法教學的班級進行了對比，具體評教指標數據如下表1所示。

從表中的數據不難看出，無論從學生考核成績的差距，還是最能說明教學效果的網絡評教結果，以計算思維能力培養為目標的基于關注點分離的思維性教學法更具優勢。特別令人欣慰的是學生的創新實驗能力得到了大幅提高，為真正落實培養學生的計算思維能力這一教學目標起到了拋磚引玉的作用。

四、結束語

關注點分離作為一種普適的處理復雜問題的系統思維方法和原則， 在教學實施過程中起著重要的方法論指導意義。在實踐中， 關注點分離原則必須以具體問題具體分析的方式進行視角分離，通過模塊化合成策略，從精心選擇的教學內容、平等互動的教學主體、多樣化教學手段和多層次多主體教學評價等多方面出發，結合單元模塊驅動式理論教學、思維式啟發教學和創新型實驗教學相結合的立體授課體系，在具體教學實踐中實現訓練和培養學生的計算思維能力，為將來更好的從通用計算手段到各學科專業計算手段跨越打下堅實基礎，落實培養學生信息素養這一終極目標，真正體現了先進的計算機類課程教學改革的發展方向。由于基于計算思維能力培養的大學計算機類課程教學改革剛剛起步，還有很多實際問題需要我們進一步探討和嘗試。

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