計算思維導向的大學計算機基礎PBL教學模式

秦芮?鄒綿璐?張雪?李世軍

摘要：當前部分高校計算機基礎教學存在忽視培養學生計算思維、缺少明確教學目標等問題，為此需對教師自身思維模式進行改進，積極培養學生的計算思維。PBL教學模式包括確定問題、成立小組、解決問題、匯報結果和反饋總結，將其應用在大學計算機基礎教學當中，不僅可以培養學生的計算思維能力，還可以增強該課程教學效果。基于此，以大學計算機基礎課程為例，對如何運用PBL教學模式培養學生計算思維進行了研究，希望可以給大學計算機基礎課程教師以參考。

關鍵詞：計算思維；大學計算機基礎；PBL教學模式

一、前言

大學計算機基礎是高校計算機專業學生必須要學習的一門課程，其不僅包括操作系統運用，還涉及辦公軟件應用講解，而且近幾年還將軟硬件系統介紹納入了其中，可從課程教材中找到簡單的程序設計、數據庫建設等相關知識，學習這門課程是培養信息化人才的基礎。計算思維是指利用計算機科學中的概念、方法和工具解決問題和優化過程的思維方式。在高校計算機教學中貫穿計算思維培養，不僅能夠鍛煉和增強學生的計算思維，還能為他們以后就業奠定有利基礎，而且有助于提高學生運用計算機知識的熟練度，促使學生問題解決能力、實踐能力等得到提升。

二、目前大學計算機基礎教學現狀

（一）忽視培養學生計算思維

當前的大學計算機基礎課程教學，很多教師都忽視培養學生的計算思維，而是將課堂教學重點放在基礎知識講解上，教師一般會按照教材內容給學生講解計算機基礎知識，卻沒有將計算思維滲入其中，這樣不僅會阻礙學生能力的增強，還會導致學生的計算機學習興趣不斷下降，最終使得教學質量和效果受到影響。

（二）缺少明確教學目標

雖然計算機基礎課程在高校教學中占據重要地位，但很多教師對該課程進行教學時卻比較盲目，沒有提前制定明確的教學目標，教學觀念也比較落后，實際教學過于重視傳授學生基礎知識，卻未引導學生開展深層次思考，對于學生計算思維的培養更是不關注、不上心，從而使得學生素養發展受到了阻礙。

（三）無意識進行計算思維教學

調查還發現，很多大學計算機基礎課程教師并不清楚自己在進行計算思維教學。由此可知，大學計算機基礎課程教師還需提前確定計算思維教學目的、目標、如何實現等內容，以便計算思維教學變得更加順暢，獲得更加理想的效果。

三、教學模式分析

（一）PBL教學模式

這一教學模式是基于構建主義理論提出的，而該理論強調學習應以學生為中心，引導學生對知識進行主動探索、發現和對所學知識進行主動建構，而不是像傳統教學那樣將知識直接灌輸給學生[1]。由于每個學生的理解能力不同，個人經驗和知識基礎也存在差異，因此要讓學生構建知識，必須采取不同方式進行，以便更好地建立知識體系。項目式學習是一種以學生為中心的學習方法，其也建立在構建主義理論基礎之上，是學生在PBL下主動探尋問題解決方法并從中學到知識和技能的過程。應用項目式學習時，教師需提供一些關鍵素材構建一個環境，讓學生組成小組在此環境中解決一個開放式問題。對于項目式學習而言，其更加注重學生在嘗試解決問題過程中發展出來的技巧和能力。研究發現，應用這種方法可有效提高學習效率、增強學習效果。在課堂教學中，教師提供了學習項目后，學生就可以充分發揮自主性完成項目，他們可以組隊設計項目完成方案，也可以組隊尋找問題解決方法，在此過程中就可以學到知識和技能，同時可以鍛煉語言交流能力、增強團隊合作意識，這對于學生以后的學習和發展無疑都能起到積極作用。

以往的教學模式多是教師講解知識點，學生被動記憶并掌握這些知識點。雖然在這種教學模式下，學生也能掌握一些知識，然而學生對學習這些知識是否感興趣，能夠掌握多少知識，掌握程度怎樣卻不得而知。在PBL教學模式中，教師雖然也會進行知識剖析和傳遞，但這一環節并不會占用太多課堂時間，大部分課堂時間都需要學生進行自主探究，完成教師布置的學習任務，當然在完成過程中可以獲得來自教師的指導。在此過程中，學生運用知識解決問題的能力、知識運用能力等都能得到鍛煉和增強，而且還能加深學生對知識的理解，提升他們參與課堂學習的積極性等[2]。由此可以發現，相比傳統教學模式，PBL教學模式能夠很好地激發學生學習興趣，提升他們的學習效果和自主學習能力，促進學生創新能力和實踐能力發展，同時培養他們的團隊合作精神和領導力，是一種現代化、多元化的教育教學模式。

（二）教學思路

PBL教學模式的應用需先提出問題，之后是規劃方案，然后是解決問題，最后是評價反思（如圖1所示）。教師需參與每個環節，還要對學生進行有效引導，同時根據實際情況對自己的教學計劃進行適當修改，對項目計劃進行微小改動。在該教學模式當中，教師只需在關鍵時刻給予學生適當引導即可，以便幫助學生實現對知識的主動探索和掌握，而不是直接將知識傳輸給學生。實施PBL指導下的項目式教學，教師不應給予學生過多干預，而是應指導學生通過查閱資料、研究分析、歸納總結等實現自我知識建構。在此過程中，學生的自主學習能力、計算思維能力都能得到鍛煉和提升，這是一種將學生作為學習中心的教學方式，其中運用了更加先進的教育理念。

（三）PBL教學模式對計算思維培養的支持

對于PBL教學模式而言，其可以為培育學生計算思維創造條件。計算思維是指利用計算機科學中的概念、方法和工具解決問題和優化過程的思維方式，非常注重培養學生解決實際問題的能力，而在該教學模式當中，教師會提出真實情境問題讓學生通過小組合作完成，這樣既可幫助學生更扎實地理解前置知識，還可鍛煉并提升他們運用所學知識解決實際問題的能力，從而引導學生形成計算思維。此外，這一教學模式還可為提升學生計算思維能力創造條件。在這一教學模式中，學生需要通過小組合作完成任務。在完成過程中，學生需運用計算思維來解決各個問題，促使計算思維能力得到增強。由此可說明PBL教學模式和計算思維培養之間的關系，前者可為后者提供基礎支持。

四、計算思維導向的大學計算機基礎PBL教學模式構建

對于PBL教學模式而言，其最大的特點主要體現在三方面：一是學習者需充分發揮主觀能動性，二是學習者解決問題時需采用系統有效的解決方法，三是教師需根據教學整體目標設計相應的項目，并給予學生針對性指導。總而言之，進行PBL教學需將學生作為教學主體，教師只需發揮幫助和指導作用即可。

大學計算機基礎課程教師應用PBL教學模式時，需先對課程進行分類，將其分為多個獨立的知識單元并將各個單元當做學習項目分給學生，由他們通過思考、實踐等完成。學生完成學習項目的過程，也是他們學習知識點的過程[3]。等到學習項目完成后，也就代表本單元教學完成了，可以進入下一個項目單元教學。對于每個學習項目，學生都可以自主管控，如，自行收集信息、設計完成方案、執行方案、進行評估等，這樣學生就可以借助完成學習項目實現知識構建。根據上述教學思路，實施項目式教學具有五個關鍵點：1.和現實連接。知識的構建需讓學生認識到其和現實生活的密切聯系，通過和現實連接既可以增強學生的學習積極性，還可以引導學生進行更深入的學習；2.設置嚴謹的項目。設置學習項目不僅要考慮學生知識基礎，還要結合課程標準和學習目標；3.引導學生進行合作學習。實施項目式教學，應積極引導學生進行合作學習，如，讓學生組成小組進行思考、探究等，這樣既可以鍛煉和提升他們的合作交流能力，還可以增強他們的創造力；4.引導學生參與項目方案制定和執行。只有讓學生親自參與到項目方案制定和實施當中，學生才能更深入地參與學習；5.及時評估。實施項目式教學過程中，需及時進行評估，例如，教師及時針對學生項目進展進行評價，鼓勵學生對項目進展進行自我評價，并根據評價進行自我修正。

想要通過實行PBL教學模式來培育學生的計算思維，需要借助項目式教學讓學生以小組合作的方式完成項目來實現，具體步驟如下：第一步，教師需要先對教學內容進行分析，根據分析結果確定項目主題并構建真實問題情境，之后提出問題，讓學生通過小組探討尋找問題答案，完成學習項目。這一步可以鍛煉學生感知情境問題、明確問題任務、尋找抽象問題本質等多項能力。第二步，教師需提供充足的學習資源，這些資源并不是隨意準備的，而是應充分考慮項目主題、教學內容以及項目任務，這樣才能為后續活動的開展打下良好基礎，同時有助于學生對新知識的理解和掌握。之后教師還需進行示證，為學生分析、解決問題打好基礎，學生則需結成小組進行探討、研究[4]。這一步可增強學生的合作意識、溝通交流能力和提煉抽象問題本質的能力等。第三步，學生需對上一環節探討確定的關鍵問題進行細化，將其劃分為多個子問題，而且應注意子問題之間的邏輯關系，等到解決各個子問題后就可完成整個學習項目，得出最終答案。在這一環節中，教師需為學生尋找項目問題答案提供適當幫助，可以是方法方面的引導，也可以是思路方面的引導。這一步可鍛煉、提升學生的算法思維、問題分析等能力，而且他們的批判性思維也能得到增強。第四步，各小組需合理分工探索解決各個子問題，同時還需進行多次調試改進，以便獲得最優答案。教師則需注意學生表現，并對學生提交的作品進行評價，對學生的解決過程進行評估指導。這一步對于學生增強解決問題的能力起到顯著促進作用，對于他們算法和批判性思維的發展也能起到積極影響。第五步，各小組需派遣代表展示自己的成果并對項目完成過程中遇到的問題進行描述，對解決思路和方法進行講述，概括項目完成過程獲得的優秀經驗。接下來教師還可提出相似問題情境讓學生思考、解決，以此來鍛煉學生遷移思維能力。

對于大學計算機基礎課程，根據具體項目計劃實施PBL教學時需注意以下事項：1.根據學生學習情況設定PBL教學目標。教師完成每個教學目標時都需引導學生進行自主學習，同時還要注重培養學生計算思維，并積極鍛煉和提升他們自我管理能力；2.設計有意義、有難度的問題。教師開展PBL教學時需提出一些有意義、有難度的問題讓學生進行自主思考，以此來培養學生自主思維；3.提供相關問題資料、營造良好思考環境。開展PBL教學時，教師不僅要為學生營造良好的思考環境，使得學生能夠積極思考問題，同時還要為他們提供和問題相關的材料信息[5]；4.對知識點和實際進行聯系。進行項目設定時，需要將知識點和實際進行聯系，指導學生運用計算思維對現實進行思考和分析，以便鍛煉他們的計算思維；5.給予學生自主選擇權。允許學生自主制定項目完成方案、改進完成方案、設計實施計劃等；6.指導學生進行評價和反思。教師需指導學生針對項目完成進展、完成效果等進行評價和反思，并進行改進，使得學生產生新的學習動機；7.指導學生不斷進行改進。教師需指導學生通過反復反思加強對項目執行的掌控，同時通過不斷改進實現項目產品迭代，最終促使學生知識構建水平獲得增強；8.鼓勵學生展示研究成果。首先需為學生展示研究成果提供時間和空間，其次需積極鼓勵學生進行展示，以便可以幫助學生通過整理知識體系實現知識構建的優化。

五、教學實踐

根據上述教學思路和注意事項，筆者運用PBL教學模式設計了雞兔同籠項目。根據螺旋迭代式程序構建原則，本次項目計劃分三步完成，首先是設計具備基本功能的軟件，其次是設計細節更加完善的軟件，最后是設計符合用戶習慣的軟件，它們分別被稱作雞兔同籠1.0版、2.0版和3.0版（如圖3所示）。教師在學生完成每個項目時，都需對其順序、分值和循環結構進行講解，這樣學生在完成項目過程中就可以實現知識構建，同時可以對相關知識點進行聯系并構建為知識體系。

詳細教學步驟如下：1.創建情境。教師需先構建和知識點有關的教學情境，引導學生在情境中進行問題思索并尋找問題解決方法。對輸入的雞和兔子腳的數量和頭的數量是否合理進行判斷，也就是判斷F和H是否合理，如果判斷合理則需計算出雞和兔子的個數，也就是X和Y值；2.指導思考。指導學生運用已經掌握的知識思考、尋找問題解決方法，培育學生計算思維。在這一步中，先要指導學生思考如何根據F和H計算X和Y；其次還要指導學生思考如果判斷輸入的H和F不合理應如何繼續，主要就是指導學生思索如何控制流程走向，為的就是將分支結構傳授給學生，最后還需指導學生思考如果判斷輸入的H和F不合理會直接退出程序，應如何設計流程才符合用戶習慣，其實就是讓學生思考如何引入重新輸入，也就是將循環結構傳遞給學生；3.引入知識點。通過對相關知識點進行聯系，可引入新的知識點，這樣就可實現知識遷移，而且學生在項目完成當中也會嘗試應用新的知識點；4.提出新的項目要求。指導學生針對項目完善進行小組討論，教師也可提供幫助，主要就是對其可能性進行探討，需重復第一步和第二步；5.合作學習。學生需通過小組探討、分工合作進行項目完善；6.學習評價。教師針對學生項目完成成果和項目完善情況進行評價，學生進行自我評價，小組成員相互評價。

六、結語

在大學計算機基礎教學中采用PBL教學模式，大力培養學生計算思維，不僅可以改變傳統教學模式，激發學生學習主觀能動性，還可為探究式主動學習的實現創造良好條件。在以計算思維為引導的PBL教學模式實施過程中，計算思維培養會貫穿教學始終，因此會促使學生的計算思維維度得到發展，他們這方面相關能力也能得到提高。本文對如何運用PBL教學模式培養學生計算思維進行了研究，不僅介紹了如何通過構建PBL教學模式培育學生計算思維，還借助教學實踐對此進行了詳細介紹，希望可以為高校計算機基礎教學提供指導。

參考文獻

[1]王柏姣.基于PBL教學模式的計算思維培養研究——以《機器人機械手》為例[J].求知導刊，2022（25）：89-91+121.

[2]王千千.PBL教學法在計算機基礎課程中的應用[J].電腦知識與技術，2021，17（28）：241-242.

[3]李彤. 面向計算思維培養的高中信息技術PBL教學模式的構建與應用[D].濟南：山東師范大學，2021.

[4]宿慶. 面向計算思維培養的高中信息技術課程項目式學習研究[D].西安：陜西師范大學，2021.

[5]付雨朦. 計算思維導向的PBL教學模式應用研究[D].南京：南京師范大學，2019.