以培養(yǎng)計算思維為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式研究

摘要：在推進(jìn)院校教育“向?qū)崙?zhàn)聚焦、向部隊靠攏”的探索實(shí)踐中，以合訓(xùn)專業(yè)學(xué)員培養(yǎng)為例，說明以培養(yǎng)學(xué)員計算思維能力為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，從增強(qiáng)任務(wù)的層次性、突出任務(wù)的真實(shí)性、提高任務(wù)的目標(biāo)性、注重任務(wù)的啟發(fā)性4方面探討任務(wù)設(shè)計思路，通過計算機(jī)程序設(shè)計課程具體的教學(xué)活動說明實(shí)踐模式的實(shí)施過程。

關(guān)鍵詞：計算思維；任務(wù)驅(qū)動；計算機(jī)程序設(shè)計；教學(xué)模式

1 以培養(yǎng)計算思維為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式探索

在以培養(yǎng)學(xué)員計算思維為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式中，“任務(wù)”設(shè)計的理念和效果將直接影響教學(xué)效果。

1.1 充分考慮個體差異，增強(qiáng)任務(wù)的層次性

近幾年合訓(xùn)學(xué)員的生源主要有兩類，一類是地方高中畢業(yè)生（普招），另一類是部隊生（單招）。學(xué)員入學(xué)時的學(xué)習(xí)起點(diǎn)不同、知識水平參差不齊。普招學(xué)員文化基礎(chǔ)扎實(shí)，計算機(jī)專業(yè)知識薄弱，起步較困難，但入門提高較快。單招學(xué)員又分兩種情況：一種是大學(xué)在讀期間入伍，后考入軍校，計算機(jī)專業(yè)知識基礎(chǔ)較薄弱且不系統(tǒng)，學(xué)習(xí)進(jìn)步較慢。另外還有部分學(xué)員在初中或高中階段入伍，考入軍校時文化基礎(chǔ)較差，計算機(jī)專業(yè)知識幾乎零基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)進(jìn)步非常緩慢。學(xué)員實(shí)際水平與學(xué)習(xí)目標(biāo)高要求之間的矛盾對以培養(yǎng)計算思維意識為目標(biāo)的教學(xué)活動提出更高要求。

教員在進(jìn)行任務(wù)的選擇、設(shè)計時，要充分考慮學(xué)員來源多樣、起點(diǎn)不同、認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)需求差異大的現(xiàn)狀，遵循“因材施教、能者多學(xué)”的原則，針對不同認(rèn)知水平的學(xué)員設(shè)計分層次、有梯度的任務(wù)，供學(xué)員根據(jù)自身特點(diǎn)選擇完成。這樣可以最大限度地滿足不同層次學(xué)員的學(xué)習(xí)需求，避免學(xué)員成績兩極分化和知識點(diǎn)的疏漏，增強(qiáng)學(xué)員的主體意識，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)全體學(xué)員共同進(jìn)步。

1.2 牢牢把握課程專業(yè)特點(diǎn)，突出任務(wù)的真實(shí)性

合訓(xùn)學(xué)員學(xué)歷教育階段的主要任務(wù)是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)信息意識和思維能力，同時為任職教育階段完成專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。軍人的任職能力是循序漸進(jìn)地培養(yǎng)出來的，是適應(yīng)部隊崗位任職需要的綜合能力，這種能力的培養(yǎng)僅僅依靠最后一年的任職教育是不夠的，特別是大多數(shù)合訓(xùn)學(xué)員入伍前學(xué)歷低，缺少社會和軍事活動實(shí)踐，這就需要在學(xué)歷教育階段提前熟悉部隊、了解基層，以便與任職教育階段相銜接。要做到這一點(diǎn)，就要在基礎(chǔ)課內(nèi)容選擇上盡量向部隊現(xiàn)實(shí)需要靠攏，以學(xué)員畢業(yè)后的實(shí)踐應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)。

計算機(jī)程序設(shè)計是合訓(xùn)專業(yè)學(xué)歷教育階段的重要基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程體系建沒和學(xué)員知識結(jié)構(gòu)建設(shè)中起支撐性作用，同時也是專業(yè)應(yīng)用階段利用專業(yè)技能解決實(shí)際問題的重要基礎(chǔ)。該課程實(shí)踐性強(qiáng)、極富創(chuàng)造性，在課時少、內(nèi)容多的情況下，采用以培養(yǎng)計算思維為核心的任務(wù)驅(qū)動模式，尤其符合計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的層次性和實(shí)踐性；通過分析討論、分工協(xié)作、自主探索、模仿創(chuàng)新、總結(jié)歸納等學(xué)習(xí)方式，摸索運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)手段進(jìn)行問題求解的基本方法與規(guī)律，循序漸進(jìn)地鍛煉學(xué)員分析分解問題、抽象表達(dá)、獨(dú)立獲取及綜合應(yīng)用知識的計算思維能力；在課程教學(xué)中將知識點(diǎn)巧妙地融入任務(wù)，圍繞實(shí)際“任務(wù)”展開教學(xué)，教員引導(dǎo)學(xué)員帶著真實(shí)的“任務(wù)”進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，給學(xué)員親切感，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情。

1.3 合理選擇任務(wù)難度，提高任務(wù)的目標(biāo)性

運(yùn)用計算思維方法解決問題是一個逐步積累的過程，計算機(jī)程序設(shè)計課程知識點(diǎn)多、內(nèi)容豐富，課程教學(xué)應(yīng)以循序漸進(jìn)為原則，充分考慮學(xué)員專業(yè)素質(zhì)的差異，做到有層次、有梯度的設(shè)計任務(wù)。一要注意任務(wù)的大小，單一任務(wù)包含知識點(diǎn)數(shù)量要適中，隨著課程的推進(jìn)，任務(wù)逐步加大；二要體現(xiàn)綜合性，知識點(diǎn)要新老結(jié)合，溫故而知新，同時提高學(xué)員對知識的綜合運(yùn)用能力；三要明確教學(xué)內(nèi)容所涉及計算思維的內(nèi)容。

任務(wù)設(shè)計要系統(tǒng)規(guī)劃，具有較強(qiáng)的目標(biāo)性。教員首先設(shè)計出課程總體教學(xué)目標(biāo)框架樹，將總目標(biāo)細(xì)分成若干子目標(biāo)，每個子目標(biāo)根據(jù)知識點(diǎn)數(shù)量再細(xì)化。在框架樹中，根節(jié)點(diǎn)是總體目標(biāo)，每個葉節(jié)點(diǎn)對應(yīng)一個包含適量知識點(diǎn)的子目標(biāo)，每個子目標(biāo)對應(yīng)一個學(xué)習(xí)模塊，每個學(xué)習(xí)模塊的內(nèi)容可以分解為多個容易掌握的小任務(wù)，每個小任務(wù)對應(yīng)一個或幾個知識點(diǎn)。小任務(wù)中的新、舊知識點(diǎn)可以跨章節(jié)，不同任務(wù)涵蓋的知識點(diǎn)可以相互交叉覆蓋。教員根據(jù)框架樹的各級、各類目標(biāo)，布置一個階段、一個單元或一節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)，以分解任務(wù)、探索問題等方式激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)員的計算思維意識。

1.4 重點(diǎn)突出能力培養(yǎng)，注重任務(wù)的啟發(fā)性

以培養(yǎng)計算思維為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式更注重運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的方法進(jìn)行求解問題和設(shè)計系統(tǒng)，重點(diǎn)突出計算思維意識和應(yīng)用計算機(jī)解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，讓學(xué)員形成自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用信息技術(shù)的習(xí)慣。教員設(shè)計任務(wù)、下達(dá)任務(wù)、總結(jié)評價的過程以及學(xué)員明確任務(wù)、自主探究、完成任務(wù)的過程就是運(yùn)用計算思維方法的過程。一個好的任務(wù)具有啟發(fā)性，能夠引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行思考創(chuàng)新。由于學(xué)員認(rèn)知水平不同，認(rèn)識問題的深度必然不同，教員應(yīng)啟發(fā)學(xué)員用不同視角發(fā)現(xiàn)、分析問題，尋找完成同一任務(wù)的不同算法，激發(fā)學(xué)員計算思維的活躍度；通過對多個算法的比較，幫助學(xué)員明確運(yùn)用計算思維方法的重要性，自覺培養(yǎng)計算思維意識。另外，鼓勵學(xué)員重構(gòu)問題求解過程，融入自己的思考對程序進(jìn)行創(chuàng)新；通過重構(gòu)引導(dǎo)學(xué)員總結(jié)同一類問題的共性和個性，啟發(fā)學(xué)員尋找自身對問題理解的薄弱環(huán)節(jié)，以此鍛煉學(xué)員的計算思維能力。

2 以培養(yǎng)計算思維為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式實(shí)踐

2.1 教員教學(xué)活動的實(shí)施

計算機(jī)程序設(shè)計課程中，結(jié)構(gòu)體和文件這兩部分內(nèi)容在章節(jié)安排上比較靠后，通過前期學(xué)習(xí)，學(xué)員已經(jīng)能夠熟練運(yùn)用數(shù)組批量處理數(shù)據(jù)，使用函數(shù)實(shí)現(xiàn)模塊化程序設(shè)計，利用指針靈活處理各種類型的數(shù)據(jù)對象。相對于之前章節(jié)的任務(wù)而言，結(jié)構(gòu)體和文件章節(jié)的任務(wù)充分體現(xiàn)了較強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合設(shè)計性。

1）設(shè)定目標(biāo)。

課程教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容安排見表1。

2）演示實(shí)例。

以輸出本班學(xué)員基本信息為授課實(shí)例，演示結(jié)構(gòu)體和文件的基本操作。要求：輸入學(xué)員的基本信息（學(xué)號、姓名、隊別、成績），存人“student.dat”中并從文件中讀取信息進(jìn)行顯示。演示結(jié)束，歸納實(shí)例中的知識點(diǎn)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)體的定義和使用，簡要說明文件打開、關(guān)閉、讀、寫4個函數(shù)的使用。

3）下達(dá)任務(wù)。

通過實(shí)例演示，學(xué)員基本熟悉新知識點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，教員下達(dá)新任務(wù)：為某部隊的軍械倉庫設(shè)汁一個物資管理系統(tǒng)。其作用是對庫房物資進(jìn)行信息化管理，包括物資日常登記、出入庫記錄等，要求：物資信息以文本文件的方式進(jìn)行存儲和管理。物資基本信息包括物資名稱、規(guī)格型號、計量單位、數(shù)量、單價、金額、出廠日期，顯示輸出時需顯示物資的全部屬性。下達(dá)任務(wù)后，教員要引導(dǎo)學(xué)員采用計算思維的抽象、分解方法深入剖析任務(wù)，把大任務(wù)約簡、轉(zhuǎn)化為小任務(wù)，通過解決各個小任務(wù)完成復(fù)雜任務(wù)。

4）督促引導(dǎo)。

教員引導(dǎo)和輔助學(xué)員循序漸進(jìn)地明確學(xué)習(xí)任務(wù)，運(yùn)用計算思維方法的相關(guān)概念進(jìn)行知識點(diǎn)的構(gòu)建、學(xué)習(xí)問題的思考以及問題解決思路的深入探索。對于較難理解的知識點(diǎn)，教員應(yīng)有針對性地給予引導(dǎo)；簡單知識點(diǎn)則主要由學(xué)員通過自主學(xué)習(xí)掌握。例如，“物資的顯示”任務(wù)可以分解為物資結(jié)構(gòu)體的定義和使用、物資顯示函數(shù)的定義和調(diào)用兩個子任務(wù)，教員已通過實(shí)例演示使學(xué)員理解了結(jié)構(gòu)體的定義和使用，在新任務(wù)中由學(xué)員自主學(xué)習(xí)加深理解。新任務(wù)中使用結(jié)構(gòu)體數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)，教員應(yīng)引導(dǎo)學(xué)員思考“基本類型變量和基本類型數(shù)組分別做函數(shù)參數(shù)的區(qū)別是什么”“結(jié)構(gòu)體變量和結(jié)構(gòu)體數(shù)組分別做函數(shù)參數(shù)有什么區(qū)別”“結(jié)構(gòu)體數(shù)組和基本類型數(shù)組分別做函數(shù)參數(shù)有什么區(qū)別”等問題，對后續(xù)算法的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)起到拋磚引玉的作用。

5）總結(jié)評價。

當(dāng)所有組完成任務(wù)后，教員對整個過程進(jìn)行總結(jié)性評價，一是運(yùn)用計算思維系列方法對整個學(xué)習(xí)過程的知識點(diǎn)進(jìn)行概括性總結(jié)；二是對符組的完成情況、組內(nèi)成員學(xué)習(xí)過程、任務(wù)實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題及解決方案進(jìn)行綜合評價，對優(yōu)秀成果進(jìn)行分析講解，學(xué)員進(jìn)行自評、互評，相互共享學(xué)習(xí)資料和交流學(xué)習(xí)心得。

6）啟發(fā)思考。

教員可布置課后作業(yè)，幫助學(xué)員鞏固課堂知識點(diǎn)，加深對使用計算思維方法的理解。作業(yè)如下：①指針和數(shù)組在某種程度上可以通州，如何對現(xiàn)有任務(wù)進(jìn)行重構(gòu)，將程序中的數(shù)組換成指針，請給出解決方案；②在現(xiàn)有任務(wù)基礎(chǔ)上如何實(shí)現(xiàn)物資按名稱模糊查找并顯示；③試用兩種不同的排序算法對檢索結(jié)果進(jìn)行排序，并對兩種算法進(jìn)行比較。對學(xué)有余力的學(xué)員可以附加要求：如果將文本文件換成二進(jìn)制文件，對其進(jìn)行讀寫操作如何實(shí)現(xiàn)？

2.2 學(xué)員學(xué)習(xí)活動的實(shí)施

1）明確目標(biāo)，整體規(guī)劃，分解任務(wù)。

學(xué)員在明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)要求之后，可以小組為單位進(jìn)行分析討論，根據(jù)任務(wù)的功能描述，采用計算思維方法中分析、比較、約簡、抽象、概括和分解等方法，對物資管理系統(tǒng)進(jìn)行功能建模；按照“自頂向下、逐步細(xì)化”的原則，將整個系統(tǒng)的功能劃分為物資的顯示、新增、編輯、保存、刪除、檢索等模塊，每個模塊是一個子任務(wù)，每個子功能抽象為一個函數(shù)原型。

2）任務(wù)驅(qū)動，分工協(xié)作，探索新知。

學(xué)員分組完成不同的子任務(wù)，每組學(xué)員根據(jù)所承擔(dān)的具體任務(wù)及組員的專業(yè)知識與實(shí)踐能力水平，結(jié)合個人意愿進(jìn)行分工，利用已有的理論知識和實(shí)踐技能，運(yùn)用計算思維方法探索完成任務(wù)的技術(shù)思路和實(shí)施方案。組內(nèi)成員利用教材、文獻(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)，掌握相關(guān)知識點(diǎn)；以基于計算思維的協(xié)作學(xué)習(xí)方式，共同分析問題，深入探究問題的本質(zhì)，挖掘解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)。所有組員互相協(xié)作，共同完成任務(wù)。

3）深入探究，完成任務(wù)，成果展示。

學(xué)員運(yùn)用計算思維的抽象方法進(jìn)行算法設(shè)計和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義，具體的算法設(shè)計思路可以通過流程圖呈現(xiàn)。組員相互切磋交流，深入探究算法設(shè)計思路的可行性和有效性，補(bǔ)充、修正、完善算法，確定算法和實(shí)施方案；最后，編寫代碼實(shí)現(xiàn)算法，通過測試調(diào)整獲得正確運(yùn)行的程序二任務(wù)完成后，集體展示學(xué)習(xí)成果，每組派代表講解本組完成任務(wù)的過程和方法。

4）歸納總結(jié)，交流共享，鞏固拓展。

學(xué)員首先討論教員對任務(wù)的評價總結(jié)并消化吸收；其次進(jìn)行組內(nèi)互評，交流心得，共享學(xué)習(xí)資料；再以反思評價的方式對自己的整個學(xué)習(xí)過程和方法進(jìn)行綜合歸納，進(jìn)一步加強(qiáng)對知識的全面掌握和計算思維能力的提升；課后通過完成教員布置的思考題加深知識點(diǎn)的內(nèi)化和對計算思維的理解。在掌握計算思維的相關(guān)方法之后，學(xué)員可再通過已獲取的知識和思維方法內(nèi)化知識，自主建構(gòu)屬于自己的學(xué)習(xí)框架和思維方式；在其他課程的學(xué)習(xí)過程中也可以靈活運(yùn)用這些方法。

3 教學(xué)實(shí)踐結(jié)果

筆者將以培養(yǎng)學(xué)員計算思維能力為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式應(yīng)用到計算機(jī)程序設(shè)計課程教學(xué)實(shí)踐中，隨機(jī)選取兩個班次分別作為實(shí)驗(yàn)班和對照班，實(shí)踐結(jié)果對比見表2。

從表2中可以看出，以培養(yǎng)計算思維能力為目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式實(shí)踐在各方面取得了很好的教學(xué)效果，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)語

在推進(jìn)院校教育“向?qū)崙?zhàn)聚焦、向部隊靠攏”的探索實(shí)踐中，以培養(yǎng)學(xué)員計算思維能力為目標(biāo)，開展計算機(jī)程序設(shè)計課程任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)，使學(xué)員不僅具備了運(yùn)用計算思維方法進(jìn)行問題分析和求解的能力，而且掌握了計算機(jī)方法論，有效提高了自身的綜合信息素養(yǎng)。實(shí)踐證明，這是一種成功的、有意義的教學(xué)改革嘗試。