計算思維在中職計算機專業教學中的培養

王琦偉

【摘要】? ? 隨著計算機技術的高速發展，計算思維成為人才培養的關鍵部分。中職計算機專業應從培養學生計算思維出發，構建課堂教學活動。本文以Python教學活動為例，從明確教學目標、分析學生特點等六個方面入手，實現學生計算思維的培養。

【關鍵字】? ? 計算思維? ? 中職計算機? ? Python教學活動

引言

當今社會，計算機技術高速發展人工智能、深度學習、大數據和云計算等都在不斷影響人們的生活，由此產生的專業影響力也是相當巨大的。多數中職學校都設有計算機相關專業，每年會畢業一大批學生，但近幾年的畢業生專業對口率一直不高。即使從事計算機相關工作，技術層次也不高，主要為婚紗店修片、文字錄入、計算機維修等，薪資也有限。造成這些問題有原因有許多，其中計算思維能力的不足是關鍵因素之一。

黨的十九大中指出，信息技術作為當前先進生產力的代表，已經成為我國經濟發展的重要支柱和網絡強國的戰略支撐[1]。在信息技術高速發展的時代，人的計算思維能力越來越重要。在 2017 年頒布信息技術課程標準中，明確指出增強信息意識、發展計算思維、提高數字化學習與創新能力、樹立正確的信息社會價值觀和責任感[1]。

由此看來，無論是社會發展需求，還是國家政策，作為中職計算機專業未來都將以培養學生的計算思維為重要發展方向和努力目標。

一、計算思維的基本概念

計算思維是中職計算機課程中對學生的思維培養目標，也是未來就業的重要籌碼。何為計算思維？美國計算機科學家周以真[2]認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動——此定義進一步指明計算思維是人們基于計算機科學所形成的思維習慣、思維模式?？梢姡囵B學生的計算思維與促進學生理解、掌握計算機科學知識是密不可分的。

二、中職計算機專業計算思維培養現狀

2.1高校研究多，中職學校研究少。

知網上計算思維相關的論文、課題有1000多篇，其中關于中職學校的只有9篇，說明中職學校對于計算思維的研究并不多。如山西省旅游學校的馬省軒撰寫的《中職教育中計算思維培養方式初探》，文中分析了計算機基礎的教育現狀，詳細分析了計算思維并明確了中職教育計算思維培養思路。

作者提出一種在中職計算機基礎課程中培養學生計算思維能力的教學新模式：任務驅動的探究型計算思維式培養。[3]江蘇省南京市城建中等專業學校王亮撰寫的《加強計算機教學提升中職學生計算思維能力摭探》，文中強調對學生計算思維能力的培養，要轉變教學觀念、以計算思維為導向建立教學模式，完善教學內容、以計算思維為主線設計教學內容，注重教學方法推動、以計算思維為目標開展教學實踐，有目的、有計劃地將計算思維能力的培養貫穿于整個教學過程。在具體的教學過程中，還應積極開展開放式自主實驗教學法，根據具體情況開展實驗項目，引導學生根據自己的專業特點或興趣愛好自主選擇實驗任務，以此提高學生解決問題的能力和自主創新的能力。[4]

2.2教學活動設計不注重學生計算思維的培養

許多中職學校以“高職考”為主，筆者所在的學校就是這種情況，因此所開設的專業課以考綱為指導，教學內容以理論知識為主、實踐操作為輔。日常教學過程中所采用的教學方法以講授法為主，學生只是被動地接受知識，不能充分理解。評價方式參照文化課主要以紙質考試為主，不能全面評價學生的實際水平。整個教學活動的設計沒有重視學生計算思維能力的培養，容易導致學生的學習積極性不高，專業技能水平有限，解決實際問題的能力不強，限制其創新能力的提升。

除以上兩個方面之外，教師自身計算思維能力不足、學生的認知水平參差不齊等也是問題。通過大量資料和文獻的分析和自身的感悟，筆者認為中職Python程序設計課程是培養學生計算思維能力的優質載體。

三、Python語言和程序設計課程

3.1 Python語言的特點

Python語言是一種被廣泛使用，面向對象的高級通用腳本編程語言，其程序語法簡潔，明晰易懂。對比其他的編程語言來說，Python語言有許多鮮明的特點，適合中職計算機專業學生學習，對于培養學生的邏輯思維、創新思維，特別是計算思維相當有幫助。主要原因有如下幾點：

1. 語法簡單且易學。它是以簡單主義思想為核心的語言，閱讀程序如同閱讀英語短文，對于初學者相當友好，上手相當容易。同時，Python語言配備了通俗易懂的說明文檔。

2. 代碼免費且開源。Python程序代碼是完全自由和開源的。使用Python語言的開發者可以自由地拷貝、修改他人代碼，并將其再次封裝成模塊供他人使用。人們通過免費社區共同學習、分享和開發代碼模塊，使得Python語言更加完善和強大。

另外豐富的庫和應用范圍廣，也是Python語言的優勢。Python的標準庫內容相當龐大，它可以幫助我們處理各種工作，包括正則表達式、文檔生成、線程處理、數據庫、網頁制作、圖形用戶界面（GUI）、密碼系統等。除了標準庫以外，還提供如flask、sqlalchemy和simplejson等高質量的庫。

3.2 Python程序設計課程

主要是指讓學生掌握Python程序設計語言的相關知識和編程技能的載體。Python語言作為一門全球前四大流行語言之一，其發展的空間很大，是未來中職學校計算機專業編程教學的重要方向。我校積極響應號召、順應時代，開設Python語言程序設計課程。雖然該課程開設時間不長，但反響相當不錯。

通過學習，學生普遍認為Python語言掌握起來容易，比起枯燥、難懂的C語言和功能落后的VB語言來說，學起來更加有意思。它有專門的模塊可以和網頁、數據庫等交互，做出來的作品功能強大、兼容性好，符合社會實際需求，因此學生的學習積極性較高。

四、Python教學活動的設計和實踐

4.1明確教學目標

教學目標是指教學使學生產生變化的明確表述，指期待學生在教學活動中所得到的學習結果。整個教學過程中，教學目標的作用尤為重要。所有教學活動必須以教學目標為導向，圍繞實現教學目標而開展。由于國家未明確中職Python課程的教學目標，基于中職學生計算思維的培養提出課程目標是：通過課程的學習使學生掌握Python語言的發展歷史、語法規則和常用函數，熟練使用Python集成開發環境設計、編寫和調試程序，掌握文件操作基礎和數據庫信息處理，能夠編寫簡單的Python程序和閱讀分析復雜的Python程序;通過學習，培養學生的計算思維意識、方法和能力，養成良好的編程習慣和學習方式，使學生獲得利用編程技術解決實際問題的能力。

4.2分析學生特點

中職學校的編程教學一般安排在高二上學期開始，此時的學生已經能夠熟練操作計算機，但是絕大多數沒有計算機編程的經歷。Python編程程序設計課程容易使剛接觸的學生對其產生興趣，但是隨著學習的深入，變量、數組、函數、對象等知識進入課堂，這些抽象的知識逐漸使他們失去學習的信心，多數學生無法真正掌握課堂所學的知識，更不要說理論聯系實際。

4.3設計教學項目

為了讓學生能夠像計算機科學家那樣去思考，能夠進行結構化、抽象性、創新性的科學思維方式。此次Python程序設計課程教學過程中采用項目教學法，使學生在完成項目的過程中獲取相關知識，強調學生的主動參與，自主探究，充分調動學習積極性、創造性等，強調個性化，發揮學生的主體作用，從而提升其計算思維能力。考慮到學生間認知水平的差異和個性特點，為了讓所有學生都有所得，教學過程采用小組合作，將學優生和學困生組合在一起，鼓勵生生互助，有效地提高教學的效率。

項目的設定需要考慮符合計算思維的培養規律和要求，需要貼近學生的學習和生活，具備較強的實用性、專業性和創新性。通過綜合分析，最終確定爬取“58同城網站”的招聘信息作為本課程的教學項目。學生通過自己編寫的爬蟲程序獲取真實的招聘信息，可以為自己或他人學習和就業提供幫助，從而直觀的感受到知識的實用性和學習的成就感。要想完成這個項目，學生必須掌握Python基礎知識、基本庫、正則表達式、網頁抓取框架（Scrapy）等知識。雖然項目的復雜度高、難度大，但是教師可以將大項目分解成小項目，由淺入深、循序漸進，鼓勵學生利用網絡資源，自主探究解決問題。

4.4引導前置性學習

前置性學習，又稱為前置性小研究或前置性作業，是生本教育理念的一個重要表現形式。我們利用前置性學習，結合項目教學，積極融入先做后學、先學后教、少教多學和以學定教的理念，可以培養學生的計算思維。

通過網絡平臺發布課前小項目，給予學生充分的時間和空間去研究和探索有價值的問題，這樣做可以拓展課堂內容的深度和廣度，提高課堂教學效率。具體流程如下圖1所示。

4.5開展課堂實踐

由于學生已經開展過前置性學習，對于本課的項目已經有了一定的認識，教師將針對學生所提出的問題，引導其思考解決方法，突破課堂難點。學生在課堂上分析、討論，將問題及解決方案記錄下來。具體流程如下圖2所示。

在課堂教學過程中教師積極引導學生上網查找資料，充分使用極客學院、慕課網等視頻學習平臺，瀏覽編程論壇，獲取有價值的項目信息。同時教師也積極使用UMU互動課堂和雨課堂等先進教學手段來提高教學效率。課后師生間采用Github、碼云、微信等發布項目和相關信息，溝通問題，努力營造“學習無處不在”的良好氛圍。利用先進的網絡技術，鼓勵學生不斷地深入探究。如在讀取文件時，學生會用到open函數，時常會出現忘記關閉“文件句柄”或者讀取數據發生異常，沒有進行任何處理。這個時候一些學生就會指出可以使用try語句，如圖3所示。而另一些同學則提出使用with語句可以更加便捷，如圖4所示。

通過測試，兩種方案都能解決上面的問題，但是從語言的精煉程度上來看，后者更加簡潔，執行效率更高，因此在這個問題上，大家一致同意使用第二個方案。教師在課堂中經常性的組織學生交流、分析和討論，對于學生專業技術能力和計算思維能力的提升很有幫助。

4.6實行多元評價

多元評價可以更加全面的掌握學生的專業技術能力和計算思維培養的效果。評價過程實行“兩結合”，分別是過程性評價（40%）和考核性評價（40%）相結合、個人評價（10%）和小組評價（10%）相結合。

1. 過程性評價是隨著學期開始就展開了，通過積累各小組任務完成后的評價結果折算成最后成績，各小組內成員的分值是一樣的。

2. 考核性評價主要采用期中、期末統一測試，分為理論和上機操作。要求學生在規定的時間內完成相應的考核內容，從而檢驗學生的基礎知識掌握情況。

3. 個人評價是小組內成員相互打分，根據個人在小組中的表現，這里主要考察學生的團隊合作能力、人際交往能力等。

4. 小組評價是根據學期中各小組的表現由各小組間進行互評。

通過以上四種評價方式，教師不僅可以獲取一個更加真實、全面的成績，還進一步培養學生的“主人翁”精神，激發學生的學習熱情和集體榮譽感。

4.7反思教學效果

曾子曰：“吾日三省吾身”，經常性的開展教學反思對于教師計算思維的培養相當有幫助。通過一個學期的教學實踐，針對學生計算思維的培養，我們收獲很多，但也存在不少問題。

1. 積極的影響和效果

采用項目教學法，提高了教學的效率，使得更多的學生能夠對Python程序設計感興趣。通過教師的積極引導，大多數學生能夠積極主動利用周邊的資源，開展自主學習和實踐探究。運用項目化教學和小組合作，可以有效地培養學生的計算思維。

2. 問題和不足

學生的認知水平參差不齊，小組間也存在一定的差距，導致項目的進度隨著時間的推移，差別越來越大。還有少數學生對于編程興趣依然不大，影響團隊的氛圍。

3. 解決措施

根據實際情況，項目的設置要有通用性和可擴展性。如編寫計算器，可以編寫簡單的四則運算計算器，也可以編寫帶有復雜數學運算的計算器，甚至是特殊用途的計算器，這樣小組可以根據自己的能力水平來創新和改進其項目方案，從而獲得更好地成績。

而對于編程興趣不大的學生，通過教師溝通交流、積極引導、學生互助，逐步轉變他們的思想和觀念，從而融入到學習中去。

五、總結

通過一個學期的教學實踐證明，利用Python教學活動來培養中職計算機專業學生的計算思維能力是完全可行的。不僅能夠使學生在Python程序設計學習上有很大的進步，還能夠提高其自身的計算思維能力，為今后踏上社會奠定良好的基礎。未來社會的發展需要具有創新思維和計算思維的人才，這是我們中職學校培養人才的目標，也是國家希望的源泉。

參? 考? 文? 獻

[1] ESBN? 978-7-107-31845-0，普通高中信息技術課程標準 [S].

[2] Wing J M.Computational thinking[J].Communications of ACM， 2006，（3）：33-35.

[3]馬省軒.中職教育中計算思維培養方法初探[J].科教文匯（下旬刊），2014 （05）：109+119.

[4]王亮.加強計算機教學提升中職學生計算思維能力摭探[J].成才之路，2017（29）：47.

[5]莫雷. 教育心理學[M].教育科學出版社，2017.

[6]李偉. 基于建構主義理論的項目教學法在高職課程中的應用實證研究[D].黑龍江大學，2018.

[7]何鹍，葉昕.大學計算機基礎教學中計算思維能力的培養[J].長春師范大學學報，2014，33（12）：123-124.