基于计算思维的项目教学法的与实践

一、计算思维与项目教学法

１．计算思维。周以真教授认为，计算思维是一种以计算科学为核心，运用计算科学的基本概念进行问题求解、系统设计和行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。这种思维在不久的将来，将如同人人都具备的“读、写、算”（简称“3R ”）能力一样，成为每一个人的技能组合。计算思维和理论思维、实验思维一起被称为推动人类社会文明进步和科技发展的三大科学思维。

２．项目教学法。项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目而进行教学活动的教学方法，目前被广泛应用于教学实践中。项目教学法建立在建构主义、多元智能理论等现代教育思想、教学理论和学习理论的基础之上，有别于传统教学方法。它强调教学活动以学生为主体，学生在教师的帮助和指导下，通过探索和协作获得知识，而教师的主要任务更侧重于设计教学情境，营造学习氛围，组织和引导教学过程；它把学生引入真实的工作情景，利用“项目工程”驱动学生自主地应用已有知识和汲取新的知识去破解项目“难题”，使学生在项目计划的实施过程中发现知识、应用知识、提高技能；它允许学生在一定时间范围内自行组织和安排自己的学习行为，并且有明确而具体的成果，能够满足学生自我实现的需要。毋庸置疑，项目教学法“教、学、做”合一，“寓教于做”，尊重学生的价值，是一种能够有效激发学生的学习主动性和创造性，提高学生实践能力的先进教学方法。项目教学法的整个教学过程可以粗略地分为三个阶段：开始阶段、主体阶段和结尾阶段。在开始阶段，学生与教师一起确定项目任务，制订工作计划；在主体阶段，学生根据各自在小组中的分工以及合作形式，按照已确立的工作步骤和程序开展工作；在结尾阶段，全班同学共同分享并获得评价。

学会计算思维，是信息社会中创新的需要，是大学生创新性思维培养的重要组成部分。项目教学法采用类似科学研究与实践的方法，促进学生主动学习、自主发展，且具有较为稳定、具体

的教学活动进程，这些特点使得项目教学法具备了培养学生思维能力的良好基础。

二、基于计算思维的项目教学法需注意的问题

基于计算思维的项目教学法是指在项目教学法的相关环节中融入计算思维的训练，通过训练使学生领悟计算思维的概念，习得计算思维能力，并在计算思维的指导下更好地完成项目任务。基于计算思维的项目教学法是一种渗透式教学，它使思维训练和学科教学相统一，知识随着思维的讲解而展开，思维随着知识的贯通而形成，最终使能力随着思维的理解和训练而提高。这样的项目教学法虽然过程没有发生变化，但是内涵却更丰富了。基于计算思维的项目教学法要做到以下几点：

１．使学生了解计算思维的原理和方法。适量而准确的知识有助于将无意识的习得化为有意识的学得，有助于将混沌的内隐能力转化为明晰的外显能力，从而提高学习效率。比如，关注点分离是计算思维的重要原则之一，教师可以给学生事先讲解关注点分离的概念，并举例说明作为一种普适的处理复杂问题的系统思维方法和原则，如何在完成一项复杂任务时获得恰如其分的分离视角以及简明优雅的合成策略。这样学生在接到复杂的项目任务时，就能够有意识地运用这种思维方法，把复杂项目转化成几个简单的能够完成的子项目。通过这些训练，把类似的计算思维能力内化到学生的能力结构中，使学生能够自如地应用。

２．创设良好的计算思维环境。计算思维不是靠教师简单地传授计算思维知识和方法就能形成的，而是在某种情境中，包括思维者所处的内部环境（知识、经验、情感）和外部环境，以及内外环境相互作用下产生的。作为教师，要为计算思维的形成创设合适的思维环境。比如，通过各种载体为学生提供丰富的实例，让学生在模仿中逐渐形成计算思维能力；把学生引入真实的工作情景，激发其自觉运用计算思维的方法原则；营造宽松、和谐、民主的氛围，鼓励学生独立思考，提出问题，激发学生高涨的

［摘要］文章提出了基于计算思维的项目教学法，认为该方法应用中需要注意计算思维知识传授、计算思维环境创设、师生的思维沟通、多元评价体系建立的问题。同时，以“ＶＦＰ程序设计”课程为例，按照项目教学法的基本流程，即项目设计、计划制订、计划实施、小组自评、展示交流和综合评价六个步骤，将基于计算思维的项目教学法在实际教学中进行了实践。

［关键词］计算思维项目教学法

教学实践

［作者简介］薛磊（１９６９－），女，山东青岛人，常州大学信息科学与工程学院，副教授，研究方向为数据挖掘；孙玉强（１９５６－），男，河南郑州人，常州大学数理学院院长，教授，博士，研究方向为并行计算；顾晓清（１９８１－），女，江苏常州人，常州大学信息科学与工程学院，讲师，研究方向为计算机网络、信息安全。（江苏常州

２１３１６４）

［基金项目］本文系２０１１年常州大学教育教学研究课题“‘大工程观’下大学计算机公共基础课程改革的研究与实践”的研究

成果。

［中图分类号］Ｇ６４２．４

［文献标识码］Ａ

［文章编号］１００４－３９８５（２０１２）３２－０１４８－０２

基于计算思维的项目教学法的研究与实践

薛磊孙玉强顾晓清

学习情绪和强烈的探索欲望，使其思想流畅，思维活跃；运用自身广博的知识、高超的计算思维能力、谨严的态度、生动的语言、富有吸引力的方法成为计算思维形成情景中的重要角色。

３．注重教学过程中师生的思维沟通。根据思维教学理论，思维的训练和发展是以暴露思维过程为前提的，是在暴露的过程中得到锤炼和提高的，所以在计算思维教学活动中，师生双方都必须通过多种载体，充分暴露自己的思维过程。教师可将自己处理问题的想法表现出来，展现给学生，便于学生深层次的理解与思维方法的借鉴；学生可将自己认识问题、解决问题的思维曝光，便于教师及时地反馈评价与针对性地纠错。比如，在项目教学法的结尾阶段，教师可安排每一组的学生代表讲述本组是如何完成项目的，其他人，包括教师都可以提问、质疑，给出自己的思路。这样，学生将本组对知识的认识过程、思维方法的运用过程进行整理，用自己的语言表达出来，开阔了其他学生的思路，加大了信息的交流；同时，也通过别人的，包括教师的方法修正自己的思维策略，使思维的发展处于开放的良好环境中。以语言、文字等为载体，交流展示思维过程，是一种提高思维能力的好方式。

４．建立充分考虑计算思维能力的多元评价体系。项目教学法中选取的工作项目通常具有真实性、典型性、综合性、完整性等特征，具有一定的规模和复杂度，需要运用多种领域知识和多方面能力，借助于多种资源才能完成。按照传统的评价方式，以结果性评价为主导显然是不恰当的，而应该建立评价主体互动化、评价内容多元化、评价过程动态化的多元评价体系，把评价作为发展学生计算思维的一个有机构成环节，从多个角度及多种评价方式来促进学生计算思维的发展。一是评价方式，不应只是单一的由教师完成的“权威性”评价，而应该是师生、生生之间双边和多边的互动。二是评价内容，不仅仅考虑项目的完成质量，还要看学生的思维状态，如是否敢于提出问题、发表见解，提出的问题和见解是否具有独创性，是否体现了计算思维的水平，以及情感、意志、协作精神等非智力因素。三是评价过程与项目完成过程同步，在每一阶段都有相应的评价结果。

三、基于计算思维的项目教学法的教学实践

“VFP程序设计”是许多高校面向文科类学生开设的一门计算机基础课程，课程目标是培养学生利用数据库技术进行信息管理、加工和利用的意识和能力，同时使学生掌握程序设计的方法和基本算法。计算思维的本质特征是基于不同层次计算环境的问题求解，程序设计其实是语言级的问题求解活动，应用系统的设计与实现则是系统级的问题求解。所以“VFP程序设计”课程是培养学生计算思维能力的极好的载体。结合课程和学生的特点，在教学中我们以“示范项目”“练习项目”“实训项目”三个项目为载体来帮助学生达成学习目标。“示范项目”由教师主导示范，在课堂教学过程中共同完成；“练习项目”由学生在实验指导书的引导下自行完成；“实训项目”按照项目教学法的基本步骤，由学生选题自主完成。在“示范项目”和“练习项目”的教学过程中，除进行知识的传授和技能的训练以外，还举例说明计算思维的一些基本概念和应用方法，如通过对现实世界的约简、转化，抽象出数据库的概念模型；通过关注点分离原则的应用，将复杂的系统划分成多个模块，等等。按照项目教学法的基本流程，实训项目按项目设计、计划制订、计划实施、小组自评、展示交流和综合评价六个步骤完成，在此过程中融入了计算思维的训练活动。

１．项目设计。在项目设计阶段，每组学生通过广泛调研，并与教师进行充分的思维沟通后确定选题并明确项目的总体目标。在此过程中可以引导学生运用计算思维的启发式推理方法，利用从文献中、网络上和实际的生活、学习中了解的实际情况，就项目开发是否有意义、技术上是否可行等问题，一步一步地自主提问、自我启发，循序渐进，最终确定选题；运用抽象、约简，在不确定情况下规划、学习和调度的方法，提炼出项目的总体目标。

２．制订计划。通过开展小组交流讨论，确定项目的实施计划，包括步骤、内容、完成时间以及组员间的分工等，制订系统实施计划书。在此阶段教师引导项目组长运用计算思维的关注点分离方法指导组内的分工，按照软件公司的项目管理方法，分成系统分析和设计、系统实现和测试三个团队。但是由于每组只有四人，所以我们采用“一套班子三块牌子”的方法，每个组员负责其中一个团队，其余两人作为成员，项目负责人总协调，但也是团队中的一个成员。

３．实施计划。按照实施计划书中确定的工作步骤和分工，完成项目的开发。在开发过程中涉及很多具体的细节问题，这些问题的解决过程其实就是计算思维的培养过程。系统分析和设计是学生运用抽象、分解、基于关注点分离的方法将系统总目标具体化，并分解成为较小的功能模块；数据库设计则训练学生运用抽象、约简、转化、递归等计算思维的一系列方法把现实生活中的对象抽象成信息世界中的概念模型并转化为数据模型；而表单设计又可以看做是一种代码级别的问题求解过程，在此过程中进一步理解分支、循环、面向对象程序设计等计算科学的基本概念；此外，组内分工还体现了一种并行处理的计算思维方法，比如“系统实现”团队负责人可以将各个功能模块分给不同的学生来完成，以提高开发效率。不过分工时要特别关注任务量的均衡性，尽量在同一时间段完成任务。

４．小组自评。学生此时完成的系统可以说是一个系统原型，这个原型并不完善。在自评阶段，教师指导学生理解迭代和收敛的概念，不断迭代地优化系统模型，一方面消除功能性错误；另一方面，按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，从最坏情形恢复系统的计算思维原则，使系统足够强壮，此时视为收敛，得到最终的系统。

５．展示交流。完成自评过程后，每一组的代表在全班展示各自的系统，并说明系统设计的过程，遇到过什么问题，这些问题是怎么解决的。其他组的学生，包括教师都可提出问题，让代表作出解释。这个过程是暴露思维的过程，在彼此的交流中，不同观点之间相互碰撞，使每一位学生在较短时间内都对问题获得了多方面的较深入的认识。这不仅对培养学生的计算思维，而且对培养学生发散思维、批判性思维的能力都大有好处。

６．综合评价。基于计算思维的项目教学法的评价是过程性的评价。在每一个阶段我们都要求学生记工作日记，并给出相应的评价表，包括自评和组内互评，不仅对工作，还对其表现出的包含计算思维在内的能力、态度、方法等进行全方位的评价；