面向問題解決能力培養(yǎng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)改革探索

梁潔

（廣州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣州 511436）

0 引言

在信息時代，隨著科技進步和知識經(jīng)濟發(fā)展，社會對人才的要求越來越高，對具有創(chuàng)新能力和實踐能力的人才需求越來越多。高等院校如何培養(yǎng)和提升大學(xué)生面對動態(tài)環(huán)境和復(fù)雜問題的問題解決能力顯得尤為重要[1]。大學(xué)計算機基礎(chǔ)是一門大學(xué)教育必修通識課，能向大學(xué)生傳授信息時代的計算機基本知識和基本技能，能引導(dǎo)學(xué)生采用計算機技術(shù)與手段來分析、處理、解決問題。因此，培養(yǎng)和提升學(xué)生的問題解決能力，是大學(xué)計算機基礎(chǔ)課的重要目標(biāo)之一。然而，在通常教學(xué)中，任課教師不僅需要傳授理論知識，還需要傳授技能實踐的要領(lǐng)。實驗教學(xué)是重要的教學(xué)內(nèi)容，如何引領(lǐng)學(xué)生學(xué)會運用理論知識和技能要點進行實驗操作，并在日常生活學(xué)習(xí)中學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，這是大學(xué)計算機基礎(chǔ)課難題。有研究表明，以問題解決的角度進行實驗教學(xué)，能夠提高學(xué)生的知識遷移應(yīng)用能力，擴展解決問題的思路和方法，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。[2]本研究以問題解決能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，嘗試在大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)中進行教學(xué)改革，嘗試探索提升學(xué)生的問題解決能力發(fā)展的策略。

1 問題解決能力培養(yǎng)的相關(guān)概述

問題解決是一項人類的基本學(xué)習(xí)活動，是人類適應(yīng)生存環(huán)境、促進社會創(chuàng)新的一項重要能力[3]。這種能力體現(xiàn)在：一個人在遇到問題時，能自主地、主動地謀求解決，能有規(guī)劃、有方法、有步驟地處理問題，并能適宜地、合理地、有效地解決問題[4]。并在問題解決過程中，學(xué)會思考并采取行動，最終習(xí)得知識與認知技能。著名教育學(xué)家喬納森認為問題解決是有意義的學(xué)習(xí)，是主動的、建構(gòu)的、有意圖的、真實的、合作的學(xué)習(xí)[5]。《中國中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出了以“提高學(xué)生的解決問題的能力”的戰(zhàn)略主題[6]。由此可見，學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)已成為學(xué)校教育的一項重要內(nèi)容，也是當(dāng)前時代人類生存發(fā)展的能力需求。

問題解決的教學(xué)最先發(fā)展在醫(yī)學(xué)專業(yè)的教學(xué)領(lǐng)域，最初提出的是基于問題的學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，其基本原理是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出假設(shè)、檢驗假設(shè)，首先激活學(xué)生的先備知識，然后指導(dǎo)學(xué)生運用這些先備知識解決問題，最后獲得新的知識[7]。當(dāng)前問題解決教學(xué)已在法學(xué)、教育學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等多個專業(yè)領(lǐng)域得到發(fā)展，主要包括的教學(xué)環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情境，引入問題-分析問題，收集信息-尋找方法，設(shè)計方案-評價方法，得出結(jié)論-應(yīng)用新知，產(chǎn)生遷移[8]。這些教學(xué)遵循了探索、啟發(fā)、實踐等教學(xué)理論，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)形式，特別注重實踐教學(xué)，讓學(xué)生通過親身實踐來獲得解決問題的成就感，增強對理論的理解，從而提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)內(nèi)動力，并進一步培養(yǎng)了動手操作能力和問題解決能力。

2 面向問題解決能力培養(yǎng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)策略

結(jié)合當(dāng)前研究，借鑒蔣蘭學(xué)者對大學(xué)生的問題解決能力分解“發(fā)現(xiàn)問題能力、確定問題能力、分析問題能力、解決問題能力、反思問題能力和拓展能力”[9]，在當(dāng)前大學(xué)計算機實驗教學(xué)實際情況的基礎(chǔ)上，本研究依據(jù)這六個能力培養(yǎng)層面，提出相應(yīng)的實驗教學(xué)策略。

2.1 發(fā)現(xiàn)問題的能力培養(yǎng)

設(shè)計與現(xiàn)實生活密切相關(guān)的實驗內(nèi)容，以問題為導(dǎo)向，啟發(fā)學(xué)生思考。

發(fā)現(xiàn)問題建立在理解問題的基礎(chǔ)上，能夠全面地提取和理解案例背景信息，理解相關(guān)概念，從而識別其中的具體問題。實驗教學(xué)的案例選擇、任務(wù)設(shè)計需與學(xué)生的現(xiàn)實生活密切相關(guān)，在學(xué)生熟悉的領(lǐng)域，容易激發(fā)學(xué)生的興趣，觸發(fā)學(xué)生的思考。然后，以問題為導(dǎo)向，激活學(xué)生的先備知識，回憶并在理解相關(guān)概念及原理的基礎(chǔ)上，提出質(zhì)疑，并識別出問題所在。例如：在《Photoshop 的圖層蒙版運用》實驗教學(xué)中，設(shè)計背景摳圖的任務(wù)，摳圖是學(xué)生感興趣的圖片美化常用技能，在提供的樣式效果圖上，體現(xiàn)了黑、白、灰三種顏色畫筆在圖層蒙版上的運用效果，讓學(xué)生嘗試發(fā)現(xiàn)和比較樣式圖和效果圖之間的不同之處，啟發(fā)學(xué)生思考需要用到哪些工具，如何實現(xiàn)樣式效果圖上的效果。

2.2 確定問題與分析問題的能力培養(yǎng)

設(shè)計線上與線下學(xué)習(xí)資源，指引學(xué)生探索。

先備知識的激活與運用是確定問題的前提，只有學(xué)生知道哪些先備知識能夠解決問題，才能最終確定問題，并分析其中的影響因素和變量關(guān)系，從而更好地理清問題解決的思路。設(shè)計線上學(xué)習(xí)資源（如視頻、課件、動畫、模擬操作等）以及線下學(xué)習(xí)資源（如實驗教材、任務(wù)單、實驗培訓(xùn)指導(dǎo)等），課內(nèi)課外相結(jié)合，供學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)，指引學(xué)生運用所學(xué)的知識來分析問題，拓展解決問題的思路。例如：提供畫筆工具的操作視頻案例、色彩模式的理論解說材料、圖層蒙版的運用原理課件等學(xué)習(xí)材料，任學(xué)生自由選擇，探索畫筆工具在圖層蒙版的運用方法，色彩模式所發(fā)揮的作用，利于學(xué)生更加明確地分析出黑、白、灰三種顏色畫筆在圖層蒙版上的運用效果的不同，學(xué)會使用畫筆工具來實現(xiàn)摳圖美化圖片的效果。

2.3 解決問題的能力培養(yǎng)

設(shè)計多樣化實驗形式，注重理論知識與實踐操作的銜接，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)。

解決問題的能力體現(xiàn)在能提出解決策略方案，判斷各種策略方案的優(yōu)劣，并選擇最優(yōu)策略方案以行動來處理問題。在大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)中，可組織學(xué)生以小組協(xié)作或同伴學(xué)習(xí)方式，相互探索可能的問題解決策略，提出假設(shè)，并實施策略來處理問題；可進行講練結(jié)合的教學(xué)方式，構(gòu)建理論知識的應(yīng)用場景，指引學(xué)生在實踐情境中進行有益的探索與發(fā)現(xiàn)，以行動來驗證理論知識，實現(xiàn)理論知識與實踐操作之間的雙向理解；在一些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如交換機工作原理等）可采用虛擬仿真或動畫模擬等現(xiàn)代智能化教育技術(shù)，構(gòu)建模擬仿真的實操情境，讓學(xué)生帶著質(zhì)疑，在模擬情境中，形成最優(yōu)解決策略，達到解決問題的能力。例如：在圖層蒙板應(yīng)用的教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)完圖層蒙版的應(yīng)用原理后，以小組協(xié)作的方式，完成一個綜合性的復(fù)雜摳圖實驗任務(wù)。實驗任務(wù)需要學(xué)生學(xué)會運用多種工具（畫筆、選擇、顏色填充工具等），由學(xué)生相互探索這些工具的運用技巧，綜合比較操作效果，提出操作最簡單、效果最明顯的最優(yōu)方案，共同協(xié)作完成任務(wù)，形成小組成果。

2.4 反思問題能力和拓展能力培養(yǎng)

注重學(xué)生反思與總結(jié)，激勵學(xué)生課外拓展，實現(xiàn)知識遷移。

反思問題能力是指學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的反省，具體表現(xiàn)為學(xué)生能夠清晰地意識到所學(xué)習(xí)的內(nèi)容是什么，為什么要應(yīng)用，怎樣應(yīng)用及其應(yīng)用效果如何等，還需要找出在問題解決過程中所出現(xiàn)的錯誤及其原因。在大學(xué)計算機實驗教學(xué)中，學(xué)生遇到的問題往往是各種各樣的，如接觸新軟件時出現(xiàn)的畏難心理問題、軟件工具使用的不熟悉問題、程序語言編寫的細節(jié)問題、實驗任務(wù)的理解偏差問題、知識點的遺忘等，設(shè)計反思的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，如課堂提問、課堂總結(jié)、課后問卷調(diào)查等，利于幫助學(xué)生梳理與回顧實驗知識點與技能點，總結(jié)學(xué)習(xí)過程的問題及其解決策略。在反思基礎(chǔ)上，設(shè)計拓展性的實驗任務(wù)，利于學(xué)生及時將其解決問題的方法策略用于解決其他類似的問題，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移的拓展能力。例如組織學(xué)生嘗試比較圖層剪貼蒙版、圖層蒙版、快速蒙版的應(yīng)用范圍、操作步驟及其應(yīng)用效果的區(qū)別，用圖表來陳列這些應(yīng)用的共性與不同之處；設(shè)計綜合性的圖片美化實驗任務(wù)，綜合運用蒙版來實現(xiàn)最優(yōu)的圖片美化效果。

3 教學(xué)實施及效果驗證

3.1 教學(xué)實施過程

本研究采用課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，在2019 級的理科專業(yè)（生物工程、生物技術(shù)）開展C#程序設(shè)計模塊的大學(xué)計算機實驗教學(xué)，主要訓(xùn)練基本的程序設(shè)計思維與技能，為后期其他專業(yè)課程打下一定的編程基礎(chǔ)。實施周期為8 周，共16 個理論學(xué)時和16 個實驗學(xué)時。教師在理論講授之后，實施實驗教學(xué)，由學(xué)生以個人或小組為單位，開展問題解決的實踐活動。在實驗教學(xué)過程中，由教師對學(xué)生的實踐進行指導(dǎo)。具體的教學(xué)活動實施過程如圖1 所示。

圖1 問題解決的實驗教學(xué)過程

3.2 問題解決能力培養(yǎng)的效果調(diào)查

經(jīng)過課堂觀摩發(fā)現(xiàn)，學(xué)生問題解決的意識有所增強，主要表現(xiàn)為學(xué)生舉手提問逐漸減少，實驗操作遇到問題，能夠?qū)W會思考問題，并查閱學(xué)習(xí)資料；學(xué)生畏難心理減弱，能夠小組協(xié)作，相互幫助；學(xué)生在完成課堂實驗任務(wù)后，主動學(xué)習(xí)拓展資料，并嘗試完成拓展任務(wù)。此外，針對學(xué)生問題解決能力方面，本研究進行了問卷的態(tài)度調(diào)查，結(jié)果如表1 所示。調(diào)查顯示，以問題解決能力為導(dǎo)向的大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)，有助于促進學(xué)生的問題解決能力發(fā)展，在分析問題、反思問題能力與拓展能力方面，學(xué)生有明顯的態(tài)度認可。

表1 問題解決能力的態(tài)度調(diào)查

4 結(jié)語

實驗教學(xué)是大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)的重要組成部分。隨著社會對實踐型人才的要求愈來愈高，探索并實施以問題解決能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)改革，從“發(fā)現(xiàn)問題、確定問題與分析問題、解決問題、反思問題和拓展能力”這些方面，實施啟發(fā)性、探索性、拓展性的實驗教學(xué)，注重學(xué)生的臨近知識發(fā)展區(qū)，注重理論知識與技能實操的緊密銜接，注重學(xué)生反思與拓展，可以更好地促進學(xué)生問題解決能力的發(fā)展，能夠有效地幫助學(xué)生提高實踐能力。