以计算思维为导向的课堂教学设计初探

摘要：通过对课堂教学设计应遵循的原则和相关内容的介绍，以计算思维为导向，提出在进行课堂教学设计时要注意解决的几个问题：分析课堂教学设计的重要性，以高校精英教育为主要目的，学生的素质教育为终极目标；注重以学生为主的教学目标设计；注重多元化课堂教学系统设计；注意利用各种教学条件、教学资源，进行和谐的教学情景设计；以师生互动来活跃课堂教学效果教学设计；改革高校课程考核方式的教学设计。

关键词：计算思维；精英教育；课堂教学设计

中图分类号：G642.41？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）48-0161-03

课堂教学设计在高校教学中非常重要，主要是通过分析教学问题、确定教学目标，建立教学问题的解决方案、试行解决方案、评价试行结果和对方案进行修改的过程。它以优化教学效果为目的，侧重于问题求解中方案的寻求和决策过程，是一种以系统方法为基础的“问题——解决”式的操作方法。因此，课堂教学设计是教师为达到教学目标而对课堂教学过程与行为所进行的系统规划，主要解决“教什么”和“怎么教”两个问题。课堂教学是高等院校教学过程中最日常性的工作，提高教学质量是一个永恒的话题。通常，大多数教师通过多年课堂教学实践活动，本应该使教学能力得到增强，授课水平得到大幅跃升。实际上并非如此，有相当一部分教员都没有实现真正意义上的教学质量提升，而是忙于日常的课堂教学，缺乏对教学的研究，仅仅进行简单的课堂教学重复。最直接的就是缺乏课堂教学设计，满足于习惯做法，撰写教案、讲稿。往往没有系统整体地考虑过如何实施整体课程教学、优化课程教学。课堂教学设计是教学过程的重要环节之一。课堂教学设计环节是教师授课能力的主要体现，也是教师表现自身教学风格和特色的重要手段。实施课堂教学设计时，要对教学目的、教学方法、教学模式、授课过程中教与学的活动、以及教学手段与媒体的最优化选择等做出全面构思和合理安排，才能达到提高教学质量的目标。教学过程需要科学化，这是对高等院校老师授课的要求。只有对课堂教学进行研究和改进，才能提高教学质量，才能使学生花费最少的时间、精力，获得最多的收获。因此，强调教师培养和提高自身的课堂教学设计能力，对高校教师来说非常重要，也是提高教学质量的途径之一。

一、计算思维

2006年3月，美国的卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette M.Wing）教授，在计算机期刊《Communications of the ACM》首次提出了计算思维（Computational Thinking）的定义，即计算思维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。典型的计算思维包括一系列广泛的计算机科学的思维方法，如递归、抽象和分解、保护、冗余、容错、纠错和恢复、预置、存储、并行、循环、死锁、推理，利用启发式推理来寻求解答，在不确定情况下的规划、学习和调度等。因此，无论由人或者由机器执行，计算思维都是建立在计算过程的能力和限制之上。通过计算思维的广义定义，可以看出计算思维的本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。其目的是培养学生像具有阅读、写作和算术技能一样拥有计算思维技能，养成习惯，能自觉地应用于日常的学习、生活与未来的工作中。教育部高校计算机基础课程教学指导委员会对大学计算机基础教学提出了四个方面的能力培养目标：一是对计算机的认知能力；二是应用计算机解决问题的能力；三是基于网络的学习能力；四是依托信息技术的共处能力。这四个方面能力的培养，正好说明了培养计算思维能力的核心要素，即计算环境、问题求解、学习实践。如何明确地将计算思维融入到教学过程中，以提高学生运用计算机知识对问题进行抽象、形式化描述的能力和进行问题求解的能力，对新形势下高校计算机基础教学改革是一个必须面对和挑战的课题。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会的陈国良院士，对在大学计算机基础课程中实施计算思维，给出了教学方法的原则建议：以计算学科基本问题为导向，以经典案例为基础，通过实验了解和应用编程的基本原理，通过习题课强化学科基础概念的理解，着力提高学生的计算思维能力。学习计算机基础课程，不仅要使大学生了解什么是计算机，计算机能够做什么、如何做，还要知道计算机学科领域解决问题的基本思维方法。因此，计算机基础教学是培养大学生计算思维能力的重要过程，不仅要培养大学生对计算环境的认识，还要培养大学生掌握计算环境下的问题求解方法，更要具备终身自主学习实践的能力，展现计算机学科独有的思维方式，为未来具有创造性地解决专业领域问题夯实基础。

二、课堂教学境界分析

实际上，现代教学理论中所阐述的一般性教学规律与原则，理论上都可以用来指导教师的课堂教学设计。笔者认为关于教学的境界可以分为三个层次。

1.第一层境界。主要以知识记忆为重要目标，课堂教学设计围绕让学生对专业应该掌握的知识以记忆为主的基本能力。重点看基本事实、方法的记忆水平，目的是让学生获得尽可能多的知识量以及尽可能高的掌握的准确性。

2.第二层境界。主要以理解为主要目的。课堂教学设计的是以理解为主的基本能力，让学生能够运用所学知识，比较正确、敏捷、灵活、顺利地解决常规性、通用性问题，甚至能够解决比较难的综合性问题。

3.第三层境界。主要以探究为主要目的。不追求唯一答案，培养以更深层次的探究和评判为主的基本能力，引导对解决问题的过程进行反思，即检验所授知识理论的正确性、合理性及其优、缺点。培养学生思维的批判性、深刻性、全面性、独创性等。

三、课堂教学设计的主要根据及内容

1.教学设计的根据。教学大纲或课程标准规定是课堂教学设计的主要根据，由此决定了要学生的学习内容和学习成果。学习目标是课堂教学设计的出发点，对课堂教学的顺畅运行具有主导与控制作用。教学目标定位从教学内容来看主要有三方面，即基础知识，基本理论和基本技能。比如，在信息安全教学中，教学内容主要是围绕信息在存储、处理、传输、显示等过程中保证其“保密性、完整性、可使用性、可控性和可靠性”，本课程的所有基础知识、基本理论和基本技能都是围绕这个目标内容来设计和实施的。此外，从素质教育的方向努力，也要重视非学科知识的目标，如态度方法、社会生活、职业规划等的目标设计。这些非专业学科知识目标实际上是可以融合在专业知识目标中进行教育的。比如，可以论述一些关于专业的社会需求，就业的前景，对国家、社会的重要性等。实现从传统的应试教育向素质教育的转变。

2.课堂授课结构设计。课堂授课结构设计是对授课过程的谋篇布局，是用整体的眼光对一次授课的知识点、时间、师生交互活动等环节进行整体规划。系统论说明了系统结构决定系统功能。课堂教学设计强调的是整体架构。通过建立整体架构，形成有层次、有逻辑、有互动的课堂教学结构。课堂结构就像是修建楼宇、桥梁的钢骨架构，教学内容就像填充材料，构造出一个美轮美奂的建筑。

授课教学的结构布局中，最先要考虑的是教学内容的结构。对教学内容的阐述要求简洁流畅、层次清晰、略详适当、前后贯穿。其次要考虑时空的结构。有研究表明，学生在课堂听课的注意力呈马鞍型注意力分布规律。也就是说，最开始听教师上课注意力相对比较集中，中间阶段时出现分心状态，最后注意力又开始回归，类似于U字形。有教师进行了总结，最初讲授的内容记忆深刻，最后讲授的内容记忆次之，中间讲授的内容记忆最差。究其原因是，对中间内容来说，前面内容对后面内容有干扰作用，后面内容对前面部分也会有一定的干扰作用。因此教师应在课堂教学设计中选好“黄金时段”，使授课过程张弛有度，节奏合理，教学内容与学习兴趣有机结合。

3.教学媒体资源整合。传统的课堂教学媒体主要有：教材、挂图、黑板、模型教具等。伴随着信息化社会的发展，现代技术教学手段的普及，在大学的专业教学中普遍使用PPT作为教学手段，它有着信息量大、效率高、节省写字画图时间等优点。同时，投影仪、录像、录音、动画等教学媒体的使用越来越普遍。所以，依据教学内容使用合适的教学媒体，是课堂教学设计中的主要内容之一，教师可以恰当利用这些学习资源作为信息中介实现教学目标。教学资源整合就是选用适当的教学手段和媒体资源，使得所设计的课堂教学内容能够有效地实施。教学媒体资源整合主要涉及三个方面：一方面是传统的文本纸介资源，包括教材、参考书、报刊、杂志等；第二个方面是现代的媒体资源，包括网络、光盘、影像、实物展示等；第三个方面是自然和社会资源，也就是社会生活中的相关素材和自然现象等。首先，教材是课程标准的有形体现，对教师和学生来说都是重要的教与学的依据。教材中涉及大量的基本知识和基本理论，现存的很多教学案例素材、实验操作展示、精辟的理论论断、深刻的学科思想方法，对教学都有着非常重要的启示和帮助。教师应该根据教学实际目标对教材内容进行适度的增添、删减、顺序调整和知识拓展。其次，利用现代化教学手段，通过以计算机技术制作多媒体教学资源，辅助课堂教学，效果会事半功倍。最后，在课堂教学中多用生活中的实例证明理论的正确性，帮助学生感性理解，对教学会有促进作用。总之，这三个方面有机地融合，会取得很好地教学效果。

4.注意课堂教学过程的多样化。根据学生接受知识的情况，随时对课堂教学形式进行动态调整，从而实现教学大纲中的课堂教学目标。教师讲授课程时，课堂教学过程的多样化是非常重要的，比如恰当运用实例、图表、比喻、幽默等。教师应做到条理清晰、简明规范、形象生动、富有激情，设法活跃课堂气氛，特别是充分灵活利用肢体语言。另外，要运用学科语言培养学生科学素养。提前设计课堂提问、讨论等加强课堂师生的沟通、交流互动；严谨、科学的课堂提问、讨论等活动，可以诱发学生的学习兴趣，使学生更加积极、专注地思考，趋于良性的学习状态。反之，学生则满头雾水、无所适从，茫然不知所措。课堂提问，可以是教师问，也可以让学生问。通过把教学活动过程进行全面合理的设计，就可以让师生最大程度地共同参与，就有可能实现教学过程的科学化和最优化，达到最佳的教学效果。设计好师生互动环节，要给予学生发问的机会和时间。首先要明确师生的互动，明确哪些互动是以教师为主的，哪些互动是以学生为主的，互动的目的是什么。要有合理的时空分配，做到重点突出、抓住关键。要合理安排各教学环节的时间顺序与各环节的过渡与衔接，以形成相对科学的教学流程。学习国外的启发式教学时，应提出问题引导学生去积极、有效地思考和讨论，鼓励学生积极回答。做好启发式教学，事先必须做好精心、精巧的设计，充分准备提问的问题，注意克服课堂提问、讨论等课堂活动的随意性、盲目性，重点要放在培养学生的思维能力上。最后，要指导学生做课堂笔记，特别是对课堂笔记的整理，培养学生经常复习的习惯。

5.考核方法的多样化。高校要与国际接轨，考核机制也应该对传统的期末考试决定一切有所改变。参照美国高校灵活的考核机制，高校的考核也可以多样化，如考核的次数可以为多次；可以把笔试、口试、课堂提问、参与讨论、随堂测验等相结合作为参考；考核的内容以知识和记忆为主，以考核学生的应用能力、思维和创新能力等为辅；布置适合的课后作业，好的作业能极大的提升教学效果和学生的能力。在考核中，应提高随堂测验和课后作业在总成绩中的比重，可以占40%或者比例更高；提倡使用课程综合报告的形式作为课程的考核成绩的一部分。这样，才能让学生的学习由被动学习变为主动学习，确保学生在学习基础知识的同时，培养和提高其各方面的能力。目前，有很多高校的目标是实施精英教育，在教学过程中的课堂教学设计，就应树立以学生为主的教学理念，培养学生基本素质为目标，使学生在接受大学教育教学的过程中，综合素质得到不断的提升。我国高校应该根据自身的实际情况，借鉴当今国外高校所实施的课堂教学策略的同时，须运用适当的评价、监督机制来保障科学化的教学的实施过程。

既然计算思维与人们的日常科学活动如此密切相关，理所当然地应当成为人类生活与工作中不可或缺的一种生存能力。计算思维无处不在，当其真正融入人类活动的整体时，它作为一个问题解决的有效工具，人人都应掌握，处处都会被使用。自然，它应当有效地融入我们每一堂课之中。计算思维能力的培养，首先需要的是观念的转变。这是一个较为长期的，需要我们不断探索与实践的过程。“以学生为本”的教育观念体现了社会发展的新要求，体现基础教育性质的变化，是教学设计的根本指导思想。“授之以鱼，不如授之以渔”。高校教学的主要目的不仅仅是让学生学到知识或理论，而更是要让学生有兴趣地、主动地去探索知识的形成过程。因此，课堂教学设计就是要尽可能全面地向学生展示知识的形成过程和理论依据。只有如此，掌握知识理论、提高学习能力、培养学生学习主动性，才能真正地落到实处。“教育千古事，得失寸心知。”所谓课堂教学设计的目的，就是要实现以学生为本，做到贴近学生学习的实际，把教学真正作为一门科学、一门艺术来看待。“科学求真、艺术求美”，大学计算机基础课堂教学设计的最终目的是把知识的科学性与教学的艺术性做到有机地融合，实现二者完美统一的最高境界。提高课堂教学的有效性，是教师永远追求的目标。

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作者简介：赵铭伟（1972-），女，吉林人，高级工程师，工学博士学位，主要从事计算机基础教学研究；朱鸣华（1956-），女，陕西人，教授，工学学士学位，主要从事计算机基础教学研究；杨微（1955-），女，辽宁省，副教授，主要从事计算机基础教学研究。

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