以虛擬實驗方法促進計算思維落地的教學研究

李鳳霞

目前，計算思維在大學計算機課程中的落地問題主要涉及兩個瓶頸：一是學時少，無法設計真正能夠表達計算思維的教學內容；二是專業分類多，學生程度參差不齊，難于展開面向專業服務的計算機基礎教學。為此，北京理工大學計算機學院計算機基礎教學部研究開發了一套大學計算機課程實驗教學資源包。這個資源包由大學計算機實驗軟件、大學計算機實驗教材和電子配套素材3部分組成，其主要特色如下：

（1）實踐了計算思維在大學計算機課程中的適當表達。以輔助方式將課程的教學重點鎖定在以計算思維為導向的大前提下，將與計算緊密相關卻難于表達的教學內容，以驗證型實驗展現出來，用于說明基于計算機進行問題求解的優勢和限制，展示形式化方法的必要性。

（2）從系統層面探索大學計算機課程的知識結構。18個虛擬實驗內容覆蓋最新的教學大綱，結合不同專業分類給出最廣范圍，從內容上兼顧機械、管理、文科等不同專業。交互型實驗適應不同層次學生的認知過程，強調理論和方法的技術落地，支持了專業需求。

（3）實驗內容設計體現基本原理、概念和方法。演示型實驗對計算機科學的基本原理和方法進行模擬展示，揭示問題的本質；交互型實驗加深學生對基本原理的理解，落實課程的基礎性。

（4）實驗教材引導學生自主學習。實驗教材包含大量綜合應用和拓展學習，體現“突出新技術發展，強調與實際結合，重視創新思維培養”的基本原則，啟發學生的學習興趣與探究精神。

在北京理工大學“研究型課程教學改革”項目和教育部大學計算機2012改革項目的支持下，科研團隊利用3年（2011—2013年）時間開發并完善了計算機虛擬實驗體系。經過兩年教學實踐，我們初步實現了“改革教學內容，推動計算思維落地”的目標。計算機虛擬實驗體系可以推廣到計算機硬件、數據結構、計算機網絡乃至數學、物理等多種課程中，希望能對計算機基礎教學改革、計算思維落地提供參考，對教學內容改革提供技術途徑。

《計算機教育》雜志始終關注大學計算機基礎教學的改革，擬對大學計算機課程虛擬實驗教學改革進行追蹤報道，本期遴選了3篇文章介紹這方面的改革成果，希望引發更多一線教師對先進教育技術如何支持教學改革進行思考。endprint