社科大類“大學計算機基礎”教學方法研究與情境案例設計

歐陽元新

面向核心素養的信息科技教育注重對學生計算思維的培育，以及“綜合應用”和“問題解決”等高階能力的發展，突出在具體情境中開展教育而非簡單的機械操作。[1]北京航空航天大學“大學計算機基礎”是面向非信息類一年級新生的信息科技類基礎課程，旨在通過系列案例講解、課堂研討和上機實踐，幫助學生理解計算思維，掌握使用計算機解決實際問題的一般方法，為各專業領域的創新活動奠定堅實的基礎。其中社會科學大類教學班由法學、經濟學、行政管理專業學生組成，文科生源約占80%。

社科大類學生高階計算機能力培養目標

隨著信息社會的發展，信息素養和人文素養、科學素養一樣，已成為現代人必須具備的核心素養，其代表的是信息獲取、信息鑒別和信息利用的意識和能力。而計算思維是信息素養的核心之一，其在學生綜合素質中的位置將越來越重要。根據修訂后的布魯姆認知目標分類體系[2]，分析、評價和創造屬于高階的思維能力，學生應能夠：①將信息分解，以探究、理解、發現其中的關聯，完成對比、組織、解構、提問以及探尋;②對行為決策進行理性評價，完成校驗、假設、批判、實驗和判斷;③創造出新想法、新產品或看待事物的新方法，完成設計、構建、計劃、創造以及創新。

在對法學、經濟學、行政管理專業研究方向進行調研之后，本課程組將社科大類學生高階計算機能力培養目標定位為掌握探究社會問題的科學研究方法、具有良好的科學和人文素養、具有自我發展和自主學習能力三個方面。同時，確定了課程的目標與任務，即按照問題求解的方式表述教學內容和實施教學，引導學生理解如何使用計算機解決現實中的社會科學數據分析問題，學習使用Python語言進行數據處理、自動分析和結果展現，能夠使用常用工具軟件完成社會科學數據分析報告和成果展示。具體教學目標可分解為以下五點：

①了解計算思維，具備基本的運用計算思維思想解決數據分析問題的能力;

②理解算法的概念，了解基本的算法控制結構，逐步理解使用計算機求解問題的一般方法;

③能使用Python語言實現基本的程序設計;

④能夠運用Python語言進行數據自動分析和結果展現;

⑤能夠使用常用工具軟件的基本功能，具備通過自學掌握其他高級功能的能力。

以解決社會科學數據分析問題為導向的項目式教學方法研究

信息技術學科具有理論性、工具性和實踐性并重的特征，正因為如此，《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》提出“倡導基于項目的學習方式，將知識建構、技能培養與思維發展融入到運用數字化工具解決問題和完成任務的過程中”。[3]項目式學習是一種基于構建主義思想的學習模式，強調以學生為中心，讓學生在真實問題情境中探究學習。根據文獻得知，境外項目式學習主要集中于高等教育（大學本科）階段的工科類及科學相關專業。有研究表明，項目式學習的運用能夠優化教學效果，提高學生興趣。[4]

在過去兩學年的教學過程中，本課程組已在社科大類的教學過程中進行了項目式學習的初步嘗試（如下圖）。在學期初，安排學生從自己的大類學科領域出發，尋找一個可以通過數據統計學方法或者大數據方法求解的問題。在課程的學習過程中，逐步掌握使用計算機求解計算問題的方法、數據文件的訪問方法、數據分析結果的呈現方法，最終通過設計大作業海報和答辯環節，展示項目的成果。

基于真實情境的教學與實踐案例設計

由于選課學生中的文科生源比例較大，與理科和綜合改革生源相比，他們在高中階段接受的形式化邏輯訓練偏弱，所以不少學生在學習編程語言的時候遇到了較大障礙。為了避免“以信息學科的教學方法培養非信息專業學生”，本課程教學實施中強調情境教育和案例化教學?？紤]到在本課程開設的春季學期，同時還安排有一定數量的法律類課程，課程組設計了一系列與刑法相關的教學和實驗案例，將程序設計與問題求解緊密結合，讓學生的注意力回歸到需要解決的問題本身，進而引導他們像計算機專家一樣思考、理解和解決問題。

考慮到教學內容和題目設計難度較大，案例情境較現實情況有一定程度的簡化。例如，在我國的法律體系中，由全國人大及其常委會頒布的為“法律”，由國務院頒布的為“行政法規”，由最高法、最高檢頒布的為“司法解釋”。簡言之，以“法”結尾的一般為法律，以“國務院”開頭的或者以“條例”結尾的一般是行政法規，以“最高人民法院”或者“最高人民檢察院”開頭的一般為司法解釋。上述“開頭”和“結尾”可直接作為Python字符串和列表索引位的教學案例。此外，在Python字典類型的教學過程中，以往使用的是{姓名：電話}等相對生活化的案例，而在刑法分則相關文獻中，引用刑法法條往往只標明序號（如第一百零二條對應“背叛國家罪”等），可以使用{序號：罪名}生成字典，進而實現通過序號查找相應的罪名。以下案例則是給學生留下深刻印象的上機實踐案例。

實踐案例1：故意毀壞公私財物立案追訴判定。

對應知識點：條件分支與復合表達式。

案例情境：根據我國刑法，故意毀壞公私財物，有下列情形之一的，應予以立案追訴：造成公私財物損失5000元及以上的，毀壞公私財物3次及以上的，糾集3人及以上公然毀壞公私財物的。如果有熱心市民向民警舉報有人故意毀壞公私財物，請幫忙算一算是否立案偵查。

案例說明：本案例幫助理解復合表達式和分支語句的使用方法。首先分別輸入造成公私財物損失數額、毀壞公私財物次數、糾集人數（均使用整型變量存儲），之后使用分支語句對是否符合立案偵查的條件進行判斷，并輸出。為了增加程序的可讀性，建議使用復合表達式來描述是否滿足立案三個情形（條件）之一。

實踐案例2：案件是否受到刑修十的規制。

對應知識點：字符串split方法、字符串排序與數值排序。

案例情境：《中華人民共和國刑法修正案（十）》（簡稱《刑修十》）由中華人民共和國第十二屆全國人民代表大會常務委員會第三十次會議于2017年11月4日通過，中華人民共和國主席令（第八十號）于2017年11月4日公布，自公布之日起施行。請設計一個程序，使得給出一個輸入時間（年-月-日），可以輸出該時間發生的刑事案件是否受到《刑修十》的規制。

案例說明：本案例幫助理解字符串split方法和列表自動生成器的用法，以及字符串排序和數值排序的區別。首先使用split方法，將以“-”分隔的輸入字符串轉換為字符串列表，之后使用自動生成器轉換為整型列表，并進行時間大小的判斷。本案例如果直接使用字符串比較大小，則可能出現“2017-9-1”大于“2017-11-4”，導致判斷錯誤。

實踐案例3：數罪并罰的最高刑期與最低刑期。

對應知識點：max、sum函數。

案例情境：根據我國刑法，我國有期徒刑的期限為半年到十五年;在數罪并罰的情況下應當在各個罪名總刑期以下，數刑中最高刑期以上，酌定決定執行的刑期。但是有期徒刑總和刑期不滿三十五年的，最高不能超過二十年，總和刑期在三十五年及以上的，最高不能超過二十五年。現在某被告觸犯了若干種罪名，每個罪名要被判處有期徒刑若干年，請計算出他可能面臨的最高刑期與最低刑期。

案例說明：本案例在生成存儲數刑刑期的整型列表之后，需要分別使用max和sum函數得到數刑中的最高刑期（即總刑期的最低刑期）和總和刑期，再進行最高刑期的判斷。由于文字敘述上有容易混淆的點（如總刑期、總和刑期、最高刑期等），學生在抽象判斷條件的過程中遇到了不小的麻煩，因此部分同學耗時較長。

結語

隨著計算機科學的不斷發展，前沿技術（特別是大數據、人工智能）與各專業領域的結合已經成為當前的應用推廣熱點。人工智能時代不僅僅需要專業的科研人才，同樣需要具有創新意識的交叉學科應用推廣人才，這其中也包含與社會科學的交叉人才。同時，越來越多的創新活動也需要跨領域的協同合作才能完成。因此，在本課程的后續建設過程中，將逐步幫助學生建立對計算機科學的深度理解，并在實踐中著重培養他們在現有科技成果基礎上的集成式（合作）開發能力，讓他們從大一開始就具有“人工智能+”的意識，這也是新時代對本課程提出的更高要求。

參考文獻：

[1]教育部基礎教育課程教材專家工作委員會.《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]Center for Advancing Teaching and Learning Trough Research. REVISED Blooms Taxonomy Action Verbs[EB/OL]. http：//www.northeastern.edu/nuolirc/wp-content/uploads/2018/01/Blooms-Taxonomy-Handout.pdf

[3]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版） [M].北京：人民教育出版社，2018.

[4]張文蘭，蘇瑞.境外項目式學習研究領域的熱點、趨勢與啟示——基于CiteSpace的數據可視化分析[J].遠程教育雜志，2018，36（05）：91-102.