基于计算思维的趣味任务驱动教学模式研究

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基于计算思维的趣味任务驱动教学模式研究　　摘要：针对C语言教学过程中存在学生学习兴趣低等问题，提出以趣味编程题为基础的任务驱动教学模式。该模式能将学生吸引到课堂中，提高学生的学习效率。计算思维能够较好地解决理工科遇到的实际问题，根据学生解决实际问题能力差的情况，提出将计算思维融入C语言趣味编程题的任务驱动教学模式中，这种基于计算思维的趣味任务驱动教学模式能够有效提高学生解决实际问题的能力。　　关键词：计算思维；C语言；任务驱动；教学模式　　DOIDOI：10.11907/rjdk.161693　　中图分类号：G434　　文献标识码：A文章编号：16727800（2016）010019903　　0引言7 　　《C语言程序设计》是大学理工科类专业基础课程，当前C语言教学过程中，很多教师为提高学生参加全国计算机二级C语言科目考试的通过率，按照传统教学方法进行授课，以讲授并让学生掌握二级考试知识点为教学目标，导致学生只会考试不会灵活运用所学知识。虽然有部分教师采用任务驱动的案例教学法进行教学，可在实施任务驱动的案例教学法时，未采用趣味任务，不能很好地吸引学生，也不能提高学生的学习效率。趣味任务编程题具有趣味性大、理解容易、实用性强等特点[1]，学生接触后能很快将其记下，极大激发学生的学习兴趣并提高了学习效率。在编程类课程教学中，教师如果未采用计算思维来分析案例，则导致学生解决实际问题时思路不够开阔，应用能力不够强。因此在C语言教学中，将计算思维融入趣味任务驱动的课堂教学中，既能提高课堂学习效率，更能够提高学生解决实际问题的能力，真正促进应用型人才培养。　　1计算思维　　计算机技术从出现至今发展非常迅速，为人类解决各种实际问题提供了强力支持。计算机与计算发展如此快速，主要原因是计算机有解决问题的独特思维方式，这种思维方式能扩展到计算机及计算机之外的所有行业。计算思维，顾名思义就是将计算机解决、思考问题的思维方式应用于实际问题的解决过程中，它由美国卡内基梅隆大学的周以真教授于2006年3月提出。其定义是：运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]。计算思维本质是抽象及自动化[3]，即通过抽象、自动、分离、递归等方法来解决实际碰到的问题，这些方法与C语言解决实际问题的方法相似。因此将计算思维融入C语言趣味编程题中，既能锻炼学生的计算思维，加强计算思维在现实生活中的应用，更能锻炼学生碰到问题时分析问题、解决问题的综合能力，提高学生的社会适应能力。　　2计算思维在C语言中的应用7 　　抽象是计算思维的本质之一，是指抓住事物关键特征，对事物的变化过程用符号化等形式表示，或对需要解决的问题建立模型，这是诸多学科解决问题所常用的方法[4]。计算机虽然能解决很多实际问题，但这些实际问题通常是复杂、多变的。通过抽象，可将复杂的事物简单化，而又不失去原来的本质，并且更容易理解事物的本质和特征。在C语言教学中，碰到实际问题时，通常使用画图、建模的形式来分析并解决问题，这就是抽象的使用。　　自动化就是设置好相关事务后，人工很少干预甚至不干预执行过程，事务就能按照规定的步骤及程序自动完成并获得正确结果[5]。在计算思维中，对事物进行抽象之后，就需要通过自动化方法来解决抽象之后设置好的多个问题，没有自动化执行，抽象结果则无法顺利运用。在现代社会生产中，机器的自动化生产非常普遍，有了自动化，才能将人类从繁杂反复的工作中解放出来。在C语言编程中，程序按要求执行并循环使用等就是自动化的一种体现。　　分离就是将现实生活中碰到的复杂问题，在无法一次性直接解决的情况下，化解成一个个小的问题，将每个小问题的解决方案合并起来，就得到整个复杂问题的总解决方案[6]。分离就是一种化整为零，化复杂为简单的方法，只有通过分离，才能让复杂问题得以解决，也才能实现合作开发。蚁群问题、云计算等方法，归根结底就是分离的结果。在利用C语言合作开发大型系统时，每个人完成其中的一个模块，这就是分离的运用。　　递归是指在一定条件下，一件事情执行过程中重复再执行自己，即在一定条件下重复做某一件事[7]。递归，也是计算机特有的特征，通过递归，能够解决一些人脑无法计算的问题。在C语言教学过程中，汉诺塔问题、求阶乘等都会用到递归。　　3使用趣味编程题的任务驱动教学过程7 　　将一个趣味任务抛给学生能够将学生快速吸引到课堂中，这种任务驱动教学模式主要是通过任务将教师、学生联系起来，教师引导学生完成整个学习过程，在学习过程中学生是主体，教师起到主导作用。在教学过程中，教师在设置任务时，要考虑设置任务的趣味性，通过趣味任务能极大提高学生的学习兴趣。　　在基于趣味编程题的任务驱动教学模式中，教师的主要任务有：课前准备、设置趣味任务、讲解基本知识、呈现趣味任务、实施趣味任务、教学总结评价。在课前准备时，要弄清楚该趣味实例的教学目标、教学任务、教学过程及学生需要掌握的知识。设计任务是根据教学内容，设置与学生现实生活相关或容易理解的趣味问题，该问题要有明确的可用信息，要有切入问题的入口。讲解基本知识主要是讲解与本趣味实例有关的理论新知识及相关的已学知识，这些知识主要是为了能顺利解决实例，以够用即可。呈现趣味教学任务就是给学生创设实例相关的场景，为学生展现并分配任务，让学生进入解决任务阶段。实施趣味任务就是根据所需要解决的问题，收集相关资料，引导学生如何解决此问题，并对学生遇到的问题给予指导。教学总结评价就是根据学生完成趣味任务的情况，首先让学生相互交流各自完成的情况及结果，然后对整个学习情况予以总结。7 　　在基于趣味编程题的任务驱动教学模式中，学生的主要任务有：课前复习预习、学习新知识、明确任务、完成任务、交流、反思。课前复习预习就是根据教学进度，复习上节课已经学习的内容，预习并了解本节课要学习的内容。学习新知识就是根据预习情况以及课堂上教师的讲解，理解并掌握解决趣味任务所需的相关理论基础知识。明确任务就是在教师相关情景的引导下，弄清楚所要完成的任务及目标。完成任务就是在教师的指导下，用相关方法解决布置的趣味问题，在完成任务的过程中与同学、教师交流，协作完成课程任务。交流就是学生基本实现布置的趣味任务后，同学之间展示自己的执行结果及设计过程，相互学习，相互促进。反思就是在教师的干预下，对学生的完成情况进行总体评价，对做得好的学生予以表扬，对于未完成的学生分析原因，让所有学生经过反思之后都能切实掌握该趣味任务所引出的知识。　　4基于计算思维的趣味任务驱动教学模式　　在基于趣味编程题的任务驱动教学过程中，教学者使用计算思维的方法来进行教学，学习者使用计算思维的方法来进行学习，形成融入计算思维的趣味任务驱动教学模式。该教学模式既有趣味性，又有计算思维解题的高效性，让学习者在愉快的解题过程中掌握计算思维带来的便捷。融入计算思维的趣味任务驱动教学模式如图1所示。　　（1）课前准备。该教学模式首先要求教学者对教学目标、内容及过程进行详细分析，弄清教学方法及学生基本情况，了解学生的计算思维能力及需要掌握的计算思维方法。学习者也要求对旧知识进行复习，预习所要学习的新知识，对要学习的知识有基本了解。　　（2）趣味任务设计。教学者在此阶段要采用计算思维的方法来设计趣味教学任务，任务设计好后，整个教学过程都要围绕该任务进行，同时可以将大型任务分解成一个个小的任务，学习者完成一个个小的任务也就完成了复杂的任务。此时学习者也要为完成任务做好准备。7 　　（3）新知识的教与学。要完成一个任务，必然要学习新知识，新知识是解决任务的基础。在学习新知识的过程中，教学者要适当提及计算思维的相关方法，让学习者对计算思维的相关方法有一定的了解，为解决实际问题奠定基础。　　（4）趣味任务呈现。教学者在良好的教学情境下，使用计算思维的相关方法呈现趣味任务。学习者接受到趣味任务时，可分为两个阶段，一是弄清任务内容，明确任务目标；二是如何使用计算思维完成任务，完成任务后可探索哪些新知识。　　（5）趣味任务实施及完成。根据新学的知识及教学者所指导计算思维的相关方法，学习者通过使用计算思维中的抽象、自动化、关注点分离、递归等方法来探索如何解决所接受到的趣味任务，进而确定用计算思维的哪种方法能最快最好地解决此问题。　　（6）总结、交流与反思。学习者完成趣味任务后，必须进行生生交流、师生交流才能巩固所学知识，在总结、交流、反思的过程中，除讨论解题时遇到的问题及解决的多种方法外，还需要讨论如果不使用计算思维该如何解决此问题，进而让学习者掌握计算思维带来的好处，深刻掌握计算思维在分析问题中的应用。　　5结语7 　　提高学生学习C语言的学习兴趣，增强学生实际问题的分析和解决能力，是每个C语言教师授课时需要综合考虑并实施的问题。计算思维是根据计算机科学相关概念及理论知识，对实际碰到的问题采用计算机科学解决问题的相关方法来思考，能够提高实际问题解决效率。使用趣味编程题能较好地将学生吸引到课堂中，通过趣味任务促使学生认真学习理论知识，在解决趣味任务的过程中融入计算思维，提高实际问题解决效率，并锻炼学生计算思维能力，拓宽学生解决实际问题的路径。由于基于趣味编程题的任务驱动教学模式备课时需要花费较多的精力进行例题选择及课堂实施，如何实现既提高备课效率，又提高学生的学习兴趣及实际问题解决效率，还锻炼学生计算思维能力，是后续研究的重点。　　参考文献参考文献：　　[1]贾蓓，郭强，刘占敏，等.C语言趣味编程100例[M].北京：清华大学出版社，2014：517.　　[2]WINGJM.Computationalthinking[J].CommunicationoftheACM，2006，49（3）：3335.　　[3]沈利迪.基于计算思维的C语言程序设计课程教学模式研究与实践[J].软件导刊，2014，13（10）：182184.　　[4]汪红兵，姚琳，武航星，等.C语言程序设计课程中的计算思维探析[J].中国大学教学，2014（9）：5962.　　[5]刘光蓉.融入计算思维的C语言实验教学设计[J].实验室研究与探索，2015，34（10）：8183.　　[6]黄玲玲，杨剀，王颖，等.计算思维特征探析[J].计算机教育，2014（17）：1215.　　[7]卫春芳，孙军.《程序设计》课程教学中计算思维的培养[J].长江大学学报：自然科学版，2015，12（10）：7880.　　责任编辑（责任编辑：孙娟）7