计算思维导向的大学计算机基础PBL教学模式

秦芮?邹绵璐?张雪?李世军

摘要：当前部分高校计算机基础教学存在忽视培养学生计算思维、缺少明确教学目标等问题，为此需对教师自身思维模式进行改进，积极培养学生的计算思维。PBL教学模式包括确定问题、成立小组、解决问题、汇报结果和反馈总结，将其应用在大学计算机基础教学当中，不仅可以培养学生的计算思维能力，还可以增强该课程教学效果。基于此，以大学计算机基础课程为例，对如何运用PBL教学模式培养学生计算思维进行了研究，希望可以给大学计算机基础课程教师以参考。

关键词：计算思维；大学计算机基础；PBL教学模式

一、前言

大学计算机基础是高校计算机专业学生必须要学习的一门课程，其不仅包括操作系统运用，还涉及办公软件应用讲解，而且近几年还将软硬件系统介绍纳入了其中，可从课程教材中找到简单的程序设计、数据库建设等相关知识，学习这门课程是培养信息化人才的基础。计算思维是指利用计算机科学中的概念、方法和工具解决问题和优化过程的思维方式。在高校计算机教学中贯穿计算思维培养，不仅能够锻炼和增强学生的计算思维，还能为他们以后就业奠定有利基础，而且有助于提高学生运用计算机知识的熟练度，促使学生问题解决能力、实践能力等得到提升。

二、目前大学计算机基础教学现状

（一）忽视培养学生计算思维

当前的大学计算机基础课程教学，很多教师都忽视培养学生的计算思维，而是将课堂教学重点放在基础知识讲解上，教师一般会按照教材内容给学生讲解计算机基础知识，却没有将计算思维渗入其中，这样不仅会阻碍学生能力的增强，还会导致学生的计算机学习兴趣不断下降，最终使得教学质量和效果受到影响。

（二）缺少明确教学目标

虽然计算机基础课程在高校教学中占据重要地位，但很多教师对该课程进行教学时却比较盲目，没有提前制定明确的教学目标，教学观念也比较落后，实际教学过于重视传授学生基础知识，却未引导学生开展深层次思考，对于学生计算思维的培养更是不关注、不上心，从而使得学生素养发展受到了阻碍。

（三）无意识进行计算思维教学

调查还发现，很多大学计算机基础课程教师并不清楚自己在进行计算思维教学。由此可知，大学计算机基础课程教师还需提前确定计算思维教学目的、目标、如何实现等内容，以便计算思维教学变得更加顺畅，获得更加理想的效果。

三、教学模式分析

（一）PBL教学模式

这一教学模式是基于构建主义理论提出的，而该理论强调学习应以学生为中心，引导学生对知识进行主动探索、发现和对所学知识进行主动建构，而不是像传统教学那样将知识直接灌输给学生[1]。由于每个学生的理解能力不同，个人经验和知识基础也存在差异，因此要让学生构建知识，必须采取不同方式进行，以便更好地建立知识体系。项目式学习是一种以学生为中心的学习方法，其也建立在构建主义理论基础之上，是学生在PBL下主动探寻问题解决方法并从中学到知识和技能的过程。应用项目式学习时，教师需提供一些关键素材构建一个环境，让学生组成小组在此环境中解决一个开放式问题。对于项目式学习而言，其更加注重学生在尝试解决问题过程中发展出来的技巧和能力。研究发现，应用这种方法可有效提高学习效率、增强学习效果。在课堂教学中，教师提供了学习项目后，学生就可以充分发挥自主性完成项目，他们可以组队设计项目完成方案，也可以组队寻找问题解决方法，在此过程中就可以学到知识和技能，同时可以锻炼语言交流能力、增强团队合作意识，这对于学生以后的学习和发展无疑都能起到积极作用。

以往的教学模式多是教师讲解知识点，学生被动记忆并掌握这些知识点。虽然在这种教学模式下，学生也能掌握一些知识，然而学生对学习这些知识是否感兴趣，能够掌握多少知识，掌握程度怎样却不得而知。在PBL教学模式中，教师虽然也会进行知识剖析和传递，但这一环节并不会占用太多课堂时间，大部分课堂时间都需要学生进行自主探究，完成教师布置的学习任务，当然在完成过程中可以获得来自教师的指导。在此过程中，学生运用知识解决问题的能力、知识运用能力等都能得到锻炼和增强，而且还能加深学生对知识的理解，提升他们参与课堂学习的积极性等[2]。由此可以发现，相比传统教学模式，PBL教学模式能够很好地激发学生学习兴趣，提升他们的学习效果和自主学习能力，促进学生创新能力和实践能力发展，同时培养他们的团队合作精神和领导力，是一种现代化、多元化的教育教学模式。

（二）教学思路

PBL教学模式的应用需先提出问题，之后是规划方案，然后是解决问题，最后是评价反思（如图1所示）。教师需参与每个环节，还要对学生进行有效引导，同时根据实际情况对自己的教学计划进行适当修改，对项目计划进行微小改动。在该教学模式当中，教师只需在关键时刻给予学生适当引导即可，以便帮助学生实现对知识的主动探索和掌握，而不是直接将知识传输给学生。实施PBL指导下的项目式教学，教师不应给予学生过多干预，而是应指导学生通过查阅资料、研究分析、归纳总结等实现自我知识建构。在此过程中，学生的自主学习能力、计算思维能力都能得到锻炼和提升，这是一种将学生作为学习中心的教学方式，其中运用了更加先进的教育理念。

（三）PBL教学模式对计算思维培养的支持

对于PBL教学模式而言，其可以为培育学生计算思维创造条件。计算思维是指利用计算机科学中的概念、方法和工具解决问题和优化过程的思维方式，非常注重培养学生解决实际问题的能力，而在该教学模式当中，教师会提出真实情境问题让学生通过小组合作完成，这样既可帮助学生更扎实地理解前置知识，还可锻炼并提升他们运用所学知识解决实际问题的能力，从而引导学生形成计算思维。此外，这一教学模式还可为提升学生计算思维能力创造条件。在这一教学模式中，学生需要通过小组合作完成任务。在完成过程中，学生需运用计算思维来解决各个问题，促使计算思维能力得到增强。由此可说明PBL教学模式和计算思维培养之间的关系，前者可为后者提供基础支持。

四、计算思维导向的大学计算机基础PBL教学模式构建

对于PBL教学模式而言，其最大的特点主要体现在三方面：一是学习者需充分发挥主观能动性，二是学习者解决问题时需采用系统有效的解决方法，三是教师需根据教学整体目标设计相应的项目，并给予学生针对性指导。总而言之，进行PBL教学需将学生作为教学主体，教师只需发挥帮助和指导作用即可。

大学计算机基础课程教师应用PBL教学模式时，需先对课程进行分类，将其分为多个独立的知识单元并将各个单元当做学习项目分给学生，由他们通过思考、实践等完成。学生完成学习项目的过程，也是他们学习知识点的过程[3]。等到学习项目完成后，也就代表本单元教学完成了，可以进入下一个项目单元教学。对于每个学习项目，学生都可以自主管控，如，自行收集信息、设计完成方案、执行方案、进行评估等，这样学生就可以借助完成学习项目实现知识构建。根据上述教学思路，实施项目式教学具有五个关键点：1.和现实连接。知识的构建需让学生认识到其和现实生活的密切联系，通过和现实连接既可以增强学生的学习积极性，还可以引导学生进行更深入的学习；2.设置严谨的项目。设置学习项目不仅要考虑学生知识基础，还要结合课程标准和学习目标；3.引导学生进行合作学习。实施项目式教学，应积极引导学生进行合作学习，如，让学生组成小组进行思考、探究等，这样既可以锻炼和提升他们的合作交流能力，还可以增强他们的创造力；4.引导学生参与项目方案制定和执行。只有让学生亲自参与到项目方案制定和实施当中，学生才能更深入地参与学习；5.及时评估。实施项目式教学过程中，需及时进行评估，例如，教师及时针对学生项目进展进行评价，鼓励学生对项目进展进行自我评价，并根据评价进行自我修正。

想要通过实行PBL教学模式来培育学生的计算思维，需要借助项目式教学让学生以小组合作的方式完成项目来实现，具体步骤如下：第一步，教师需要先对教学内容进行分析，根据分析结果确定项目主题并构建真实问题情境，之后提出问题，让学生通过小组探讨寻找问题答案，完成学习项目。这一步可以锻炼学生感知情境问题、明确问题任务、寻找抽象问题本质等多项能力。第二步，教师需提供充足的学习资源，这些资源并不是随意准备的，而是应充分考虑项目主题、教学内容以及项目任务，这样才能为后续活动的开展打下良好基础，同时有助于学生对新知识的理解和掌握。之后教师还需进行示证，为学生分析、解决问题打好基础，学生则需结成小组进行探讨、研究[4]。这一步可增强学生的合作意识、沟通交流能力和提炼抽象问题本质的能力等。第三步，学生需对上一环节探讨确定的关键问题进行细化，将其划分为多个子问题，而且应注意子问题之间的逻辑关系，等到解决各个子问题后就可完成整个学习项目，得出最终答案。在这一环节中，教师需为学生寻找项目问题答案提供适当帮助，可以是方法方面的引导，也可以是思路方面的引导。这一步可锻炼、提升学生的算法思维、问题分析等能力，而且他们的批判性思维也能得到增强。第四步，各小组需合理分工探索解决各个子问题，同时还需进行多次调试改进，以便获得最优答案。教师则需注意学生表现，并对学生提交的作品进行评价，对学生的解决过程进行评估指导。这一步对于学生增强解决问题的能力起到显著促进作用，对于他们算法和批判性思维的发展也能起到积极影响。第五步，各小组需派遣代表展示自己的成果并对项目完成过程中遇到的问题进行描述，对解决思路和方法进行讲述，概括项目完成过程获得的优秀经验。接下来教师还可提出相似问题情境让学生思考、解决，以此来锻炼学生迁移思维能力。

对于大学计算机基础课程，根据具体项目计划实施PBL教学时需注意以下事项：1.根据学生学习情况设定PBL教学目标。教师完成每个教学目标时都需引导学生进行自主学习，同时还要注重培养学生计算思维，并积极锻炼和提升他们自我管理能力；2.设计有意义、有难度的问题。教师开展PBL教学时需提出一些有意义、有难度的问题让学生进行自主思考，以此来培养学生自主思维；3.提供相关问题资料、营造良好思考环境。开展PBL教学时，教师不仅要为学生营造良好的思考环境，使得学生能够积极思考问题，同时还要为他们提供和问题相关的材料信息[5]；4.对知识点和实际进行联系。进行项目设定时，需要将知识点和实际进行联系，指导学生运用计算思维对现实进行思考和分析，以便锻炼他们的计算思维；5.给予学生自主选择权。允许学生自主制定项目完成方案、改进完成方案、设计实施计划等；6.指导学生进行评价和反思。教师需指导学生针对项目完成进展、完成效果等进行评价和反思，并进行改进，使得学生产生新的学习动机；7.指导学生不断进行改进。教师需指导学生通过反复反思加强对项目执行的掌控，同时通过不断改进实现项目产品迭代，最终促使学生知识构建水平获得增强；8.鼓励学生展示研究成果。首先需为学生展示研究成果提供时间和空间，其次需积极鼓励学生进行展示，以便可以帮助学生通过整理知识体系实现知识构建的优化。

五、教学实践

根据上述教学思路和注意事项，笔者运用PBL教学模式设计了鸡兔同笼项目。根据螺旋迭代式程序构建原则，本次项目计划分三步完成，首先是设计具备基本功能的软件，其次是设计细节更加完善的软件，最后是设计符合用户习惯的软件，它们分别被称作鸡兔同笼1.0版、2.0版和3.0版（如图3所示）。教师在学生完成每个项目时，都需对其顺序、分值和循环结构进行讲解，这样学生在完成项目过程中就可以实现知识构建，同时可以对相关知识点进行联系并构建为知识体系。

详细教学步骤如下：1.创建情境。教师需先构建和知识点有关的教学情境，引导学生在情境中进行问题思索并寻找问题解决方法。对输入的鸡和兔子脚的数量和头的数量是否合理进行判断，也就是判断F和H是否合理，如果判断合理则需计算出鸡和兔子的个数，也就是X和Y值；2.指导思考。指导学生运用已经掌握的知识思考、寻找问题解决方法，培育学生计算思维。在这一步中，先要指导学生思考如何根据F和H计算X和Y；其次还要指导学生思考如果判断输入的H和F不合理应如何继续，主要就是指导学生思索如何控制流程走向，为的就是将分支结构传授给学生，最后还需指导学生思考如果判断输入的H和F不合理会直接退出程序，应如何设计流程才符合用户习惯，其实就是让学生思考如何引入重新输入，也就是将循环结构传递给学生；3.引入知识点。通过对相关知识点进行联系，可引入新的知识点，这样就可实现知识迁移，而且学生在项目完成当中也会尝试应用新的知识点；4.提出新的项目要求。指导学生针对项目完善进行小组讨论，教师也可提供帮助，主要就是对其可能性进行探讨，需重复第一步和第二步；5.合作学习。学生需通过小组探讨、分工合作进行项目完善；6.学习评价。教师针对学生项目完成成果和项目完善情况进行评价，学生进行自我评价，小组成员相互评价。

六、结语

在大学计算机基础教学中采用PBL教学模式，大力培养学生计算思维，不仅可以改变传统教学模式，激发学生学习主观能动性，还可为探究式主动学习的实现创造良好条件。在以计算思维为引导的PBL教学模式实施过程中，计算思维培养会贯穿教学始终，因此会促使学生的计算思维维度得到发展，他们这方面相关能力也能得到提高。本文对如何运用PBL教学模式培养学生计算思维进行了研究，不仅介绍了如何通过构建PBL教学模式培育学生计算思维，还借助教学实践对此进行了详细介绍，希望可以为高校计算机基础教学提供指导。

参考文献

[1]王柏姣.基于PBL教学模式的计算思维培养研究——以《机器人机械手》为例[J].求知导刊，2022（25）：89-91+121.

[2]王千千.PBL教学法在计算机基础课程中的应用[J].电脑知识与技术，2021，17（28）：241-242.

[3]李彤. 面向计算思维培养的高中信息技术PBL教学模式的构建与应用[D].济南：山东师范大学，2021.

[4]宿庆. 面向计算思维培养的高中信息技术课程项目式学习研究[D].西安：陕西师范大学，2021.

[5]付雨朦. 计算思维导向的PBL教学模式应用研究[D].南京：南京师范大学，2019.