面向問題解決能力培養的大學計算機基礎實驗教學改革探索

梁潔

（廣州醫科大學基礎醫學院，廣州 511436）

0 引言

在信息時代，隨著科技進步和知識經濟發展，社會對人才的要求越來越高，對具有創新能力和實踐能力的人才需求越來越多。高等院校如何培養和提升大學生面對動態環境和復雜問題的問題解決能力顯得尤為重要[1]。大學計算機基礎是一門大學教育必修通識課，能向大學生傳授信息時代的計算機基本知識和基本技能，能引導學生采用計算機技術與手段來分析、處理、解決問題。因此，培養和提升學生的問題解決能力，是大學計算機基礎課的重要目標之一。然而，在通常教學中，任課教師不僅需要傳授理論知識，還需要傳授技能實踐的要領。實驗教學是重要的教學內容，如何引領學生學會運用理論知識和技能要點進行實驗操作，并在日常生活學習中學以致用，培養學生的問題解決能力，這是大學計算機基礎課難題。有研究表明，以問題解決的角度進行實驗教學，能夠提高學生的知識遷移應用能力，擴展解決問題的思路和方法，改善學生的學習效果。[2]本研究以問題解決能力培養為導向，嘗試在大學計算機基礎實驗教學中進行教學改革，嘗試探索提升學生的問題解決能力發展的策略。

1 問題解決能力培養的相關概述

問題解決是一項人類的基本學習活動，是人類適應生存環境、促進社會創新的一項重要能力[3]。這種能力體現在：一個人在遇到問題時，能自主地、主動地謀求解決，能有規劃、有方法、有步驟地處理問題，并能適宜地、合理地、有效地解決問題[4]。并在問題解決過程中，學會思考并采取行動，最終習得知識與認知技能。著名教育學家喬納森認為問題解決是有意義的學習，是主動的、建構的、有意圖的、真實的、合作的學習[5]。《中國中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出了以“提高學生的解決問題的能力”的戰略主題[6]。由此可見，學生問題解決能力的培養已成為學校教育的一項重要內容，也是當前時代人類生存發展的能力需求。

問題解決的教學最先發展在醫學專業的教學領域，最初提出的是基于問題的學習的教學方法，其基本原理是發現問題、分析問題、提出假設、檢驗假設，首先激活學生的先備知識，然后指導學生運用這些先備知識解決問題，最后獲得新的知識[7]。當前問題解決教學已在法學、教育學、經濟學等多個專業領域得到發展，主要包括的教學環節：創設情境，引入問題-分析問題，收集信息-尋找方法，設計方案-評價方法，得出結論-應用新知，產生遷移[8]。這些教學遵循了探索、啟發、實踐等教學理論，強調理論與實踐相結合的教學形式，特別注重實踐教學，讓學生通過親身實踐來獲得解決問題的成就感，增強對理論的理解，從而提高學習興趣和學習內動力，并進一步培養了動手操作能力和問題解決能力。

2 面向問題解決能力培養的大學計算機基礎實驗教學策略

結合當前研究，借鑒蔣蘭學者對大學生的問題解決能力分解“發現問題能力、確定問題能力、分析問題能力、解決問題能力、反思問題能力和拓展能力”[9]，在當前大學計算機實驗教學實際情況的基礎上，本研究依據這六個能力培養層面，提出相應的實驗教學策略。

2.1 發現問題的能力培養

設計與現實生活密切相關的實驗內容，以問題為導向，啟發學生思考。

發現問題建立在理解問題的基礎上，能夠全面地提取和理解案例背景信息，理解相關概念，從而識別其中的具體問題。實驗教學的案例選擇、任務設計需與學生的現實生活密切相關，在學生熟悉的領域，容易激發學生的興趣，觸發學生的思考。然后，以問題為導向，激活學生的先備知識，回憶并在理解相關概念及原理的基礎上，提出質疑，并識別出問題所在。例如：在《Photoshop 的圖層蒙版運用》實驗教學中，設計背景摳圖的任務，摳圖是學生感興趣的圖片美化常用技能，在提供的樣式效果圖上，體現了黑、白、灰三種顏色畫筆在圖層蒙版上的運用效果，讓學生嘗試發現和比較樣式圖和效果圖之間的不同之處，啟發學生思考需要用到哪些工具，如何實現樣式效果圖上的效果。

2.2 確定問題與分析問題的能力培養

設計線上與線下學習資源，指引學生探索。

先備知識的激活與運用是確定問題的前提，只有學生知道哪些先備知識能夠解決問題，才能最終確定問題，并分析其中的影響因素和變量關系，從而更好地理清問題解決的思路。設計線上學習資源（如視頻、課件、動畫、模擬操作等）以及線下學習資源（如實驗教材、任務單、實驗培訓指導等），課內課外相結合，供學生隨時隨地學習，指引學生運用所學的知識來分析問題，拓展解決問題的思路。例如：提供畫筆工具的操作視頻案例、色彩模式的理論解說材料、圖層蒙版的運用原理課件等學習材料，任學生自由選擇，探索畫筆工具在圖層蒙版的運用方法，色彩模式所發揮的作用，利于學生更加明確地分析出黑、白、灰三種顏色畫筆在圖層蒙版上的運用效果的不同，學會使用畫筆工具來實現摳圖美化圖片的效果。

2.3 解決問題的能力培養

設計多樣化實驗形式，注重理論知識與實踐操作的銜接，引導學生發現。

解決問題的能力體現在能提出解決策略方案，判斷各種策略方案的優劣，并選擇最優策略方案以行動來處理問題。在大學計算機基礎實驗教學中，可組織學生以小組協作或同伴學習方式，相互探索可能的問題解決策略，提出假設，并實施策略來處理問題；可進行講練結合的教學方式，構建理論知識的應用場景，指引學生在實踐情境中進行有益的探索與發現，以行動來驗證理論知識，實現理論知識與實踐操作之間的雙向理解；在一些網絡技術（如交換機工作原理等）可采用虛擬仿真或動畫模擬等現代智能化教育技術，構建模擬仿真的實操情境，讓學生帶著質疑，在模擬情境中，形成最優解決策略，達到解決問題的能力。例如：在圖層蒙板應用的教學中，學生學習完圖層蒙版的應用原理后，以小組協作的方式，完成一個綜合性的復雜摳圖實驗任務。實驗任務需要學生學會運用多種工具（畫筆、選擇、顏色填充工具等），由學生相互探索這些工具的運用技巧，綜合比較操作效果，提出操作最簡單、效果最明顯的最優方案，共同協作完成任務，形成小組成果。

2.4 反思問題能力和拓展能力培養

注重學生反思與總結，激勵學生課外拓展，實現知識遷移。

反思問題能力是指學生對自己的學習過程和學習結果的反省，具體表現為學生能夠清晰地意識到所學習的內容是什么，為什么要應用，怎樣應用及其應用效果如何等，還需要找出在問題解決過程中所出現的錯誤及其原因。在大學計算機實驗教學中，學生遇到的問題往往是各種各樣的，如接觸新軟件時出現的畏難心理問題、軟件工具使用的不熟悉問題、程序語言編寫的細節問題、實驗任務的理解偏差問題、知識點的遺忘等，設計反思的實驗教學環節，如課堂提問、課堂總結、課后問卷調查等，利于幫助學生梳理與回顧實驗知識點與技能點，總結學習過程的問題及其解決策略。在反思基礎上，設計拓展性的實驗任務，利于學生及時將其解決問題的方法策略用于解決其他類似的問題，能夠有效地培養學生的知識遷移的拓展能力。例如組織學生嘗試比較圖層剪貼蒙版、圖層蒙版、快速蒙版的應用范圍、操作步驟及其應用效果的區別，用圖表來陳列這些應用的共性與不同之處；設計綜合性的圖片美化實驗任務，綜合運用蒙版來實現最優的圖片美化效果。

3 教學實施及效果驗證

3.1 教學實施過程

本研究采用課堂教學和網絡教學相結合的教學方式，在2019 級的理科專業（生物工程、生物技術）開展C#程序設計模塊的大學計算機實驗教學，主要訓練基本的程序設計思維與技能，為后期其他專業課程打下一定的編程基礎。實施周期為8 周，共16 個理論學時和16 個實驗學時。教師在理論講授之后，實施實驗教學，由學生以個人或小組為單位，開展問題解決的實踐活動。在實驗教學過程中，由教師對學生的實踐進行指導。具體的教學活動實施過程如圖1 所示。

圖1 問題解決的實驗教學過程

3.2 問題解決能力培養的效果調查

經過課堂觀摩發現，學生問題解決的意識有所增強，主要表現為學生舉手提問逐漸減少，實驗操作遇到問題，能夠學會思考問題，并查閱學習資料；學生畏難心理減弱，能夠小組協作，相互幫助；學生在完成課堂實驗任務后，主動學習拓展資料，并嘗試完成拓展任務。此外，針對學生問題解決能力方面，本研究進行了問卷的態度調查，結果如表1 所示。調查顯示，以問題解決能力為導向的大學計算機基礎實驗教學，有助于促進學生的問題解決能力發展，在分析問題、反思問題能力與拓展能力方面，學生有明顯的態度認可。

表1 問題解決能力的態度調查

4 結語

實驗教學是大學計算機基礎課程教學的重要組成部分。隨著社會對實踐型人才的要求愈來愈高，探索并實施以問題解決能力培養為導向的大學計算機基礎實驗教學改革，從“發現問題、確定問題與分析問題、解決問題、反思問題和拓展能力”這些方面，實施啟發性、探索性、拓展性的實驗教學，注重學生的臨近知識發展區，注重理論知識與技能實操的緊密銜接，注重學生反思與拓展，可以更好地促進學生問題解決能力的發展，能夠有效地幫助學生提高實踐能力。