计算机课程研究性学习模式的探索

中国科教创新导刊
中国科教创新导刊I 2008N O .25
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电化教育研究
1研究性学习的概念
研究性学习指的是仿照科学探究的过程来学习科学内容,从而在掌握科学内容的同时,体验、理解和应用科学研究方法,提高科研能力的一种学习形式。

研究性学习是一种实践性的教育教学活动,它以“研究”(或“探究”)为基本的实施形式,强调知识的联系和运用,且有着很多不确定因素。

其基本特征为:1)提出问题;2)收集数据;3)形成解释;4)评价结果;5)检验结果。

由此看来,研究性学习的目的是提高学习能力和科研能力,为进一步深入学习和掌握科技知识,实现科技创新,打下一个良好的基础。

在布卢姆提出的认知五个层次中,研究性学习属于综合应用和技巧创见的层次。

当前,提高大学生的综合素质,尤其是提高学习能力和创新能力,是提高教育质量的关键。

计算机科学技术正在飞速地向前发展,知识更新的速度加快,为了使计算机专业的学生或非计算机专业的学生适应计算机的科学技术的发展,大力提倡研究性学习之风气,无疑是一种行之有效的方法。

在计算机课程的教学中如何培养学生研究性学习的能力,自然成为每一位计算机教师需要探索解决的重要课题。

2计算机课程特点
知识可以灌输,能力只能培养。

我们认为,要在计算机课程的教学中培养学生研究性学习的能力,首先应当考虑计算机课程自身的特点,创设学习的环境,使学生通过自己的研究(或探究)实践,主动学习知识,提高学习和研究的能力。

为此,对于不同的计算机课程,应该采取不同的对策。

我们认为,计算机课程大致可分为三类:⑴理论原理类;⑵算法程序类;⑶操作设计类。

这三类课程相互联系、相互依存。

第⑴类偏向理论,有深度也有难度,比较抽象。

第⑶偏向应用,重技能和熟练程度。

第⑵类介于两者之间,可以看成是两
者的综合。

在理论与应用的结合上较容易找到创新点。

不同专业、不同程度以及同一专业不同阶段的学生学习计算机课程都有不同的学习要求。

3研究性学习的框架
从研究性学习的实现看问题,理想的学生的研究性学习框架犹如一闭环控制系统,分为6个阶段,如图1所示。

3.1问题提出
对于大多数学生而言,研究性学习问题首先来源于教师对所教课程的全方位的介绍。

学生由于缺乏基础知识,学习的初始处于一种盲目无序的状态。

因此,教师的指导作用极为关键。

需要指出的是,应大力加强教师之间的协作以及学科之间、学校之间的协作,这样便可以组成强大的教师联盟队伍,以使研究性学习的问题有良好的学术环境;其次,教师应加强学生利用互联网、图书馆等多种媒体渠道获取研究资料能力的培养,使学生能自主、自觉地利用多种媒体全方位地开拓研究空间,以利于创造性地提出新问题、新思路;另外,有条件的学校应多聘请学有所成的专家做学术报告,开展多种形式的学术交流活动,拓宽研究问题产生的空间。

3.2立题
根据上一阶段所提出的许多问题,学生在老师的指导下,遴选出适合自己的研究课题。

不同程度的学生,立题的考虑有所不同。

对于基础不够的学生来说,开始初期,应在老师指导下,确定一个简单而容易上手的小课题来做,尽快地得到所期望的结果,以便于建立自信心。

得到结果,形成反馈后再选出更高水平的课题来做;对于基础较好的学生来说,老师可放手让其独立开展工作,广泛查阅资料,特别是利用当前的互联网或校园网的信息资源,自行立题,但需与老师相互沟通,充分保证立题准确可靠。

3.3可行研究
当一个课题确定以后,首先要进行的是可行性研究,即该课题的研究是否有意义,时间是否允许,技术手段是否可行。

这一阶段要尽快进行,以便确定是进入下一阶段的详细研究还是进行反馈校正而重新修正。

3.4详细研究
在课题可行性研究的基础上,这一阶段主要做三件事。

其一是提出并深化、完善课题的理论设计,诸如数学模型的建立,详细的证明过程、计算过程以及改进思路等;其二是完成课题有关算法的详细设计;其三是选定某种计算机工具完成对算法的详细实现、调试和运行工作,诸如利用VC 完成课题有关算法程序的详细设计、调试和运行测试工作,或是利用3DM AX 完成有关动画脚本的详细制作、演示工作。

3.5结果分析
根据计算机的运行结果,详细的考察各项设计指标与期望效果进行对比,从中找出问题所在,诸如验证已有的结论,探索新的思路,提出进一步改进工作的方向。

3.6成果发表
该阶段主要是将前一阶段的分析结果予以公布。

公布的形式多样,可以先由老师组织的班级学术讨论会上宣读,由老师学生们共同发表意见,而后可以论文的形式发表在有关的学术期刊上,也可以直接服务于社会实践,也可以到各种不同规模大小的学术会议上展示与交流,还可以到网上发表,以便得到客观评价,以利于改进和新课题的提出。

在以上六个阶段中,前三个阶段非常关键,因为它们是后三个阶段工作的基础和前提。

根据现代控制理论的思想,要使该系统呈现动态、快速、稳定与强壮的特征,必须加强反馈校正,即老师必须在学生的各个学习环节上进行有效的指导和监督,及时解决学生的各种问题,只有这样才能及时发现问题和偏差,使整个学习过程呈现出高效稳定的状态。

根据自适应控制理论的思想,加强系统参数的动态辩识是自适应控制的前提。

换句话说,老师在不断监督和指导每个学生的过程中,需要加强对学生参数的识别,即每个学生的基础、特长、能力的识别。

教师在整个研究性学习过程中,需要动态地把握各个学生的学习状况,例如可以通过作业、提问等形式不
①基金项目新世纪广西高等教育教学改革工程项目《少数民族地区高校计算机教育改革研究与实践》资助。

计算机课程研究性学习模式的探索
①
李建华林士敏
(广西师范大学计算机与信息工程学院广西桂林
541004)
摘要:本文用现代控制理论的思想方法,结合计算机课程的特点,从研究性学习角度对计算机课程学习模式进行了初步探索,提出了一个学习框架,重点讨论了学习模式的组成及各阶段的关系,强调了在学习过程中人的主导作用,强调在学习过程中综合素质的提高。

关键词:研究性学习计算机课程学习模式反馈中图分类号:G 642文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2008)09(a )-0148-02
图1
研究性学习模式框架
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断地摸清每个学生的学习状态,以便于不同特
点的学生,采用不同的学习模式,找到适合于自己特点的学习课题来研究,尽快步入研究性学习的快车道。

4研究性学习模式分类
从研究性学习的目标和学习方法划分,计
算机课程的研究性学习可以有如下模式。

无论哪一种模式,其关键是培养学生的能力,而不是灌输知识。

4.1探索发现型
适合于模式识别、人工智能、计算机图形学、图象处理等需要较多的数学理论知识的课程。

该类模式要求学生有扎实的理论功底,比较擅长理论推导的学生应从此类课程中寻找课题。

4.2应用实践型适合于数据库原理及应用、电子商务、计算机网络技术、计算机组成原理等课程。

该类模式面向社会应用课题,结合解决应用课题进行软件开发。

编程能力较强的学生应从此类课程中选择课题。

4.3设计创作型适合于网页制作、动画制作、课件开发等课程。

有创意、动手能力较强、有些艺术修养的学生可选择该类课程的课题。

4.4改进完善型如在计算机的许多与算法和程序有关的课程中,都随时存在算法改进的问题,该类课题适合于基础尚显不足的学生。

4.5综合提高型侧重于将多个基础的知识点整合,实现一个整体效益的课题。

该类课题主要训练学生整合基本知识的能力,也适合于学习能力不足的同学。

5研究性学习应处理好的几个关系在当前研究性学习探索中,一个值得注意的问题是,片面夸大计算机互联网的功能与作用,一“网”就灵,无“网”不胜。

无可否认互联网在研究性学习的过程中的重要性,但那毕竟是“物”的作用,而“人”的作用更为关键,这里有两方面的含义,其一是前面所强调的老师的指导作用,其二是学生自身综合能力的全面提高。

因此,还应注意处理好以下几个关系。

5.1课题研究与课程学习的关系在进行研究学习的同时,最好结合相关课程的学习。

研究方向应宽厚,忌偏窄。

课程学习是课题研究的基础,课题研究的深入又将进一步提高学习能力,从而有力地促进课程学习。

两者的关系应该是相互促进,互为依托。

研究的题目应该难度得当,工作量适中。

时间安排要充足,让学生有灵活掌握的余地。

一般不要局限于课堂教学的时间约束。

5课题研究与课程建设之间的关系一方面,课题研究需要有扎实和宽厚的基础,这就是说需要我们在课程设置与教学上,
加强基础课程的教学。

如高等数学、线性代数、数据结构、面向对象程序设计等基础课程的建设;另一方面,课题研究需要大力创新,这就需要我们在课程设置与教学上,大力加强计算机前沿领域的选修课程。

如加强人工智能、模式识别、计算机图形学、计算机图像处理、CAD 设计等计算机前沿课程的选修课。

5.3课题研究与个人基础、兴趣爱好及发展方向的关系
最好应将课题研究与学生个人的基础、兴趣紧密结合起来,激发学生学习科学、研究科学、献身科学的精神和斗志。

6研究学习案例按照上文提到的研究性学习的框架,我们进行了计算机课程研究性学习的实践和尝
试。

下面以一个案例说明我们的设计方案。

该项案例是对计算机科学技术系学生开设的《机器学习》选修课,在实际应用中收到较好的效果。

《机器学习》选修课教学对象:计算机科学技术专业本科3年
级学生。

教学时间:3周,共9学时。

教学模式:探索发现型教学目标:钻研与机器学习有关的一个问
题,认真阅读参考文献3篇,写一篇论题与机器学习有关的综述性课程论文。

教学设计:⑴提供预备知识。

介绍人工智能和机器
学习的基本概念和发展概况、已经取得的进展和研究的热点问题;介绍教师和计算机硕士研究生已经取得的研究实例和成果。

⑵提出问题。

要求每个学生钻研与机器
学习有关的一个问题,写一篇论题与机器学习
有关的综述性课程论文。

题目不限。

篇幅在
4500字以上。

评分标准是:能自主钻研,在领会课堂教学内容的基础上写出课堂上老师没有讲的内容的论文,评为优秀论文,对重复课堂讲课内容的论文,评为及格。

⑶方法指导。

要求学生改变教育观念,变被动学习为主动学习,将得到学分的目标改变为获取知识、提高研究能力为目标。

教师提出一些机器学习研究的论题,提示选题的方向。

要求学生首先查阅7～12篇参考文献,选定论题;认真阅读其中代表性的文献;
最后撰写论文,要求综述研究的问题和背景、解决问题采取的技术和方法、取得的结果、对结果的评价或学习心得。

论文格式为标题、学生姓名、摘要、正文、参考文献。

⑷解答问题。

对学生遇到的问题给予解答,对研究方法进行指导。

例如,开始不少学生不知道从何入手,到那里查找需要的文献资料,如何找到代表性文献。

老师就针对性的给予指导,如何在资料室等中查找,如何上网搜
索等。

⑸评价总结。

做论文撰写方法的总结,给学生的课程论文评分。

选出优秀论文,评说其优点;对较差论文指出应该改进之处。

实践结果:共130多位学生每人写了一篇论文,涉及机器学习的许多方面的问题。

如数据采掘、人脸识别、机器翻译、文本分类、博弈程序、遗传算法、搜索引擎、语音识别、机器人路径规划等。

绝大多数学生的论文都研讨课堂教学以外的内容,书写工整,还有不少打印成文。

学生评价:普遍反映良好。

学生在学习心得中由衷称赞这种学习方法好,学到了课堂老师没有讲的知识,更有意义的是激发了学习的积极性,学会了如何自主学习,提高了研究和学习能力。

下面是其中一些学生在学习心得中的评论:
“以写论文的形式进行学习和考试,这确实是一个创新,既可以让我们学习了怎样写论文,又改变了传统的试卷考试的死板。

我觉得这样真的很好。

”
“通过查阅文献资料,了解了机器学习这个前沿领域及其广泛的应用前景,作为计算机专业的学生,我们要把基础打牢,朝一个方向去不断努力,在今后的岗位上有所贡献和作为。

”
“通过做老师布置的课程论文,发现我们的知识远远不够用,所学到的论文写作的知识和方法对我们的毕业设计有很大作用。

获益匪浅,谢谢老师。

”
7结语
研究性学习作为一种新型教学模式,正在引起教育各界的广泛关注。

研究性学习,是在教师的指导下,让学生从自身的学习环境中选取研究专题,以科学研究、探索的方式主动获取知识,并能应用知识解决问题的一种学习方式。

而如何完善研究性学习的设计,使学生能自适应研究学习,将是笔者进一步研究的方向。

参考文献
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