基于计算思维能力培养的《Web系统与技术》课程教学研究

韩道军

摘要：《Web系统与技术》课程以网页设计和网站开发为主要授课内容，与实践结合紧密。传统教学方式通过独立案例逐步对各个知识点进行讲解，忽视了学生的实践经验及思维训练，学生对知识点理解孤立且不深刻，影响教学效果。探讨基于计算思维能力培养下的《Web系统与技术》课程教学问题，阐述如何在教学过程中培养学生计算思维能力。

关键词：计算思维；Web系统与技术；教学改革

DOIDOI：10.11907/rjdk.151489

中图分类号：G434

文献标识码：A 文章编号

文章编号：16727800（2015）008021402

0 引言

计算思维由美国卡内基·梅隆大学计算机系主任周以真教授于2006 年在权威杂志Communication of the ACM上提出。她指出计算思维是运用计算机科学的基本概念求解问题、设计系统和理解人类行为等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动[1]。此后，国内学者对计算思维产生极大兴趣，陈国良院士、董荣胜教授、冯博琴教授等多位专家学者组织了若干次计算思维研讨会[2]。目前，许多高校正在以大学计算机基础课程为切入点尝试在教学中培养学生的计算思维[3]。《Web系统与技术》是一门介绍网站开发技术的课程，以网页设计和网站开发为主要授课内容，与实践结合紧密，且有较强的视觉效果，许多学生都对该课程感兴趣，因此在该课程中引入计算思维模式对学生的计算思维能力培养有积极意义[45]。

1 课堂教学中的计算思维

课堂教学中可以贯穿计算思维，对网站开发与网页设计过程中遇到的问题进行分析和抽象，运用计算思维解决问题。比如：计算思维采用抽象和分解来设计复杂的系统，这在课堂教学中可以经常使用。当探讨某个问题时，不要急于给出答案，而是先分析问题，然后分解，根据已有知识，找出解决方案，让解决过程条理化，而且基于计算机工作原理，贯彻机械化思想。《Web系统与技术》以网页设计和网站开发为主要授课内容，可以选用的开发语言众多，如ASP.NET、PHP和JSP等。考虑到学生的学习兴趣与可接受程度，本文选择ASP.NET。该语言使用简单、语法简洁、易于上手，容易给学生带来成就感。此外，教师能从具体的技术细节中解脱出来，将主要精力投入到思维训练中去。

1.1 教学中存在的问题

当前教学中，部分教师实际工作经验较欠缺，容易把语法讲解和技术细节混淆，忽视了思维训练及兴趣的建立，在这种模式下，面临如下问题：①学生学习兴趣刚开始时很高，但是随着面临的困难越来越多，不知从何下手。时间一久，学习兴趣逐渐减退；②大部分学生由于自身缺乏实践开发经验，只能跟随课堂节奏，模仿课堂中讲授过的范例，不了解设计范例的背景，造成已有知识不能灵活运用，与实践严重脱节；③大部分课堂教学仅仅讲授孤立的知识点与技术，缺乏对应用场景的介绍及灵活运用，注重传授“做什么”和“怎么做”，忽视了“为什么要这么做”，及与其它方式的对比。

1.2 教学内容设计

教师要深刻理解计算思维的本质，将传统的知识传授转变为培养学生学习兴趣和使用计算机解决实际问题的能力。首先，在教学内容中可以穿插其它学科知识，改变枯燥的授课方式，将新知识与已有知识融合，使学生牢固掌握所学知识并灵活运用。在教学内容设计上，对网页前端开发技术（Web标准、HTML5、CSS3.0、JavaScript与jQuery、Canvas等）和网页后端开发技术（服务器端开发语言C#、数据访问技术、AJAX）、开发模式（ASP.NET WebForm、MVC）分别进行介绍，并以网站设计为例，演示设计思路及各种技术应用，讲解计算思维的应用过程。除了介绍本课程地位、核心内容及达标要求外，还需要介绍本课程牵涉到的知识点与开发语言，使学生对该课程有清晰的定位，为计算思维培养打下基础。

教师要注重计算思维的培养，与基础知识挂钩，增强学生对知识的掌握和应用能力。可把计算思维分解为一些特征点，如规约、嵌入、转化、仿真、递归、并行、抽象、分解、保护、冗余、容错、纠错、系统恢复、启发式、规划、学习、调度、折中、优化等[6]，在设计问题和构造应用场景时尽可能包括这些计算思维能力。比如规划一个项目时，可考虑分组讨论；对数据访问操作时，除了利用现有的LINQ访问方式，还要考虑使用经典的SQL语句嵌入到开发语言中；在页面输入设计中，必须考虑如何容错，能够对用户的错误输入进行验证和处理。

1.3 教学方式设计

目前，课堂讲授仍然是主流的教学方式，在这种教学模式下，学生处于被动地位。计算思维教学模式的重点是启发式教学，需要引入多种教学手段辅助学生学习。

（1）课程交互式演示，让学生积极主动参与到教学过程中。《Web系统与技术》课程与其它课程不同，工科特征明显，教师不能仅仅关注理论讲解与说教，而要通过在课堂上演示操作步骤，讲解正确的操作方式和代码编写思路以及程序出错后的故障诊断和调试技巧，让学生观摩和体会；学生需要通过实践练习掌握对应的知识，完成从知识到技能的转换。一般情况下，教师可以先讲解某个知识点，然后演示操作过程，抽查学生当场操作，根据问题进行分析，讲解计算思维下问题解决过程。

（2）MOOC教学。目前，网络资源丰富，国内外许多大学都设立了网络学习平台，提供免费课程。教师在课堂上时间有限，更多的内容需要学生自主探索，学生可在课外时间通过MOOC学习。

（3）小组讨论。学生个人思维较为封闭，可以通过讨论交流的方式启发思维。教师在课堂上组织小组讨论，有利于改变学生被动学习状态，变被动听课为主动思考。教师先提出问题，然后让学生分组讨论（面对问题时是如何考虑的，逐步分析的过程，以理解计算思维的严谨与分解特性），得出讨论结果（经过逐步分析后的结论或操作过程），并对这类问题进行归纳和总结，锻炼学生的计算思维能力。

（4）视频教学。教师可以收集和制作某些知识点讲解视频，在课堂或课后供学生观看。在制作或选择教学视频时，一般时长5～10分钟，过长会因耐心不足，失去进一步观看的兴趣。

（5）课程教学网站。《Web系统与技术》的教学目标是网页开发与网站建设，教师完全具备构建本课程教学网站的能力，将教学资料和收集到的素材发布到网站，供学生下载使用。同时，可以在课程教学网站中设置论坛，及时解答问题；设置问卷调查模块，组织对某些核心问题的讨论。

新技术的出现使教学方式更加多样化，教师需要与时俱进，理解和掌握这些技术，运用这些新技术阐释计算思维的内涵。

2 实践教学中的计算思维培养

将知识转化为技能，离不开大量的实践练习。实践是检验《Web系统与技术》课程教学效果的重要标准。目前实践教学过程中，注重对局部知识和具体技术的练习，缺乏对思维的训练，而且过于强调新工具和经过封装后的新方法使用，忽略了内部本质问题的讨论与理解，容易造成学生应变能力差。经验表明，在计算机科学的学习过程中，越是基础的，越是偏向计算机学科底层知识的课程越重要；而越偏向于使用技巧的知识，越容易在时代发展的潮流中被淘汰。专业基础的掌握影响学生后续职业持续发展。因此，在实践教学中，除了讲授具体的知识和技术练习之外，更需要利用计算思维强化计算机学科中的基础知识，为学生今后更好地发展打下基础。

2.1 上机内容设计

结合计算思维，围绕页面设计的核心流程和技术，在理解和遵循Web标准的基础上，设置页面设计HTML5、CSS样式控制、Jquery事件及动画设计、数据访问、异步刷新等实验题目，使内容之间具有联系，解决网页中不同部分、不同阶段的问题。同时，加强实验过程管理，教师要检查学生上机情况，查看实验结果，交流实现过程，加强计算思维引导。在上机练习过程中，可以围绕网页配色加强对美学思维的训练；围绕页面布局（DIV+CSS）加强对认知科学的理解与领悟；围绕页面中按钮的布局理解人机工程学；围绕网页标准及MVC模式引入理解工程中的分离与复用思维；围绕CSS的引入理解公因式提取法（需要统一控制的样式提取到一个独立的文件中），加强数学思维；这些内容的讲解与扩展能够避免思维僵化，拓宽学生视野，加强对已有知识的理解与应用。

2.2 自主选择项目综合练习

分解和抽象是计算思维的两个关键点。对此，在讲解案例的基础上，建议学生分成小组，自主设计并实现一个与实践结合较为紧密的网站，培养分解和抽象思维能力。前一节中上机内容的练习围绕网页编写展开，是指导教师已经分解过的，学生只需要消化和理解即可。而本节中自主设计并实现的网站，需要学生发挥主观能动性，结合网络使用情况，挑选感兴趣的网站内容或设计新的网站。为了防止“大锅饭，养懒汉”的现象出现，小组负责人负责组织讨论和任务分工，小组成员都必须参与编码，并且每个成员负责的部分尽可能全面覆盖有关技术。通过讨论和交流，增强学生的计算思维能力，遇到问题能够进行分解和抽象，结合已有知识找出解决方案。同时，培养学生工程化的思维模式，理解网站开发的全流程，从网站代码开发后的程序部署、域名申请、空间发布及Web服务器的配置等方面进行全方位练习，增强实战能力。

3 结语

本文在分析计算思维特征的基础上，以《Web系统与技术》课程为目标，在课堂教学、上机实验及综合项目方面培养学生的计算思维，以增强学生思维训练、提高学习兴趣为主要目标，为灵活运用知识和提高实践能力奠定基础，以增强学生的创新能力。后续研究将结合该课程具体的知识点探讨计算思维培养，做好教学素材的收集、整理和加工工作。

参考文献：

[1] WING J M.Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：3335.

[2] 冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学，2012（9）：69.

[3] 战德臣，聂兰顺.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].中国大学教学，2013（2）：5660.

[4] 胡珍新.基于计算思维的网站设计教学研究[J].计算机教育，2014（20）：5658.

[5] 王海波.基于计算思维的教学改革实践研究——以“网页设计与制作”课程为例[J].工业和信息化教育，2013（6）：7475.

[6] 李廉.计算思维概念与挑战[J].中国大学教学，2012（1）：712.

（责任编辑：杜能钢）