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标题

计算思维在中职计算机专业教学中的培养

范文

王琦伟

【摘要】? ? 随着计算机技术的高速发展，计算思维成为人才培养的关键部分。中职计算机专业应从培养学生计算思维出发，构建课堂教学活动。本文以Python教学活动为例，从明确教学目标、分析学生特点等六个方面入手，实现学生计算思维的培养。

【关键字】? ? 计算思维? ? 中职计算机? ? Python教学活动

引言

当今社会，计算机技术高速发展人工智能、深度学习、大数据和云计算等都在不断影响人们的生活，由此产生的专业影响力也是相当巨大的。多数中职学校都设有计算机相关专业，每年会毕业一大批学生，但近几年的毕业生专业对口率一直不高。即使从事计算机相关工作，技术层次也不高，主要为婚纱店修片、文字录入、计算机维修等，薪资也有限。造成这些问题有原因有许多，其中计算思维能力的不足是关键因素之一。

党的十九大中指出，信息技术作为当前先进生产力的代表，已经成为我国经济发展的重要支柱和网络强国的战略支撑[1]。在信息技术高速发展的时代，人的计算思维能力越来越重要。在 2017 年颁布信息技术课程标准中，明确指出增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感[1]。

由此看来，无论是社会发展需求，还是国家政策，作为中职计算机专业未来都将以培养学生的计算思维为重要发展方向和努力目标。

一、计算思维的基本概念

计算思维是中职计算机课程中对学生的思维培养目标，也是未来就业的重要筹码。何为计算思维？美国计算机科学家周以真[2]认为，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、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——此定义进一步指明计算思维是人们基于计算机科学所形成的思维习惯、思维模式。可见，培养学生的计算思维与促进学生理解、掌握计算机科学知识是密不可分的。

二、中职计算机专业计算思维培养现状

2.1高校研究多，中职学校研究少。

知网上计算思维相关的论文、课题有1000多篇，其中关于中职学校的只有9篇，说明中职学校对于计算思维的研究并不多。如山西省旅游学校的马省轩撰写的《中职教育中计算思维培养方式初探》，文中分析了计算机基础的教育现状，详细分析了计算思维并明确了中职教育计算思维培养思路。

作者提出一种在中职计算机基础课程中培养学生计算思维能力的教学新模式：任务驱动的探究型计算思维式培养。[3]江苏省南京市城建中等专业学校王亮撰写的《加强计算机教学提升中职学生计算思维能力摭探》，文中强调对学生计算思维能力的培养，要转变教学观念、以计算思维为导向建立教学模式，完善教学内容、以计算思维为主线设计教学内容，注重教学方法推动、以计算思维为目标开展教學实践，有目的、有计划地将计算思维能力的培养贯穿于整个教学过程。在具体的教学过程中，还应积极开展开放式自主实验教学法，根据具体情况开展实验项目，引导学生根据自己的专业特点或兴趣爱好自主选择实验任务，以此提高学生解决问题的能力和自主创新的能力。[4]

2.2教学活动设计不注重学生计算思维的培养

许多中职学校以“高职考”为主，笔者所在的学校就是这种情况，因此所开设的专业课以考纲为指导，教学内容以理论知识为主、实践操作为辅。日常教学过程中所采用的教学方法以讲授法为主，学生只是被动地接受知识，不能充分理解。评价方式参照文化课主要以纸质考试为主，不能全面评价学生的实际水平。整个教学活动的设计没有重视学生计算思维能力的培养，容易导致学生的学习积极性不高，专业技能水平有限，解决实际问题的能力不强，限制其创新能力的提升。

除以上两个方面之外，教师自身计算思维能力不足、学生的认知水平参差不齐等也是问题。通过大量资料和文献的分析和自身的感悟，笔者认为中职Python程序设计课程是培养学生计算思维能力的优质载体。

三、Python语言和程序设计课程

3.1 Python语言的特点

Python语言是一种被广泛使用，面向对象的高级通用脚本编程语言，其程序语法简洁，明晰易懂。对比其他的编程语言来说，Python语言有许多鲜明的特点，适合中职计算机专业学生学习，对于培养学生的逻辑思维、创新思维，特别是计算思维相当有帮助。主要原因有如下几点：

1. 语法简单且易学。它是以简单主义思想为核心的语言，阅读程序如同阅读英语短文，对于初学者相当友好，上手相当容易。同时，Python语言配备了通俗易懂的说明文档。

2. 代码免费且开源。Python程序代码是完全自由和开源的。使用Python语言的开发者可以自由地拷贝、修改他人代码，并将其再次封装成模块供他人使用。人们通过免费社区共同学习、分享和开发代码模块，使得Python语言更加完善和强大。

另外丰富的库和应用范围广，也是Python语言的优势。Python的标准库内容相当庞大，它可以帮助我们处理各种工作，包括正则表达式、文档生成、线程处理、数据库、网页制作、图形用户界面（GUI）、密码系统等。除了标准库以外，还提供如flask、sqlalchemy和simplejson等高质量的库。

3.2 Python程序设计课程

主要是指让学生掌握Python程序设计语言的相关知识和编程技能的载体。Python语言作为一门全球前四大流行语言之一，其发展的空间很大，是未来中职学校计算机专业编程教学的重要方向。我校积极响应号召、顺应时代，开设Python语言程序设计课程。虽然该课程开设时间不长，但反响相当不错。

通过学习，学生普遍认为Python语言掌握起来容易，比起枯燥、难懂的C语言和功能落后的VB语言来说，学起来更加有意思。它有专门的模块可以和网页、数据库等交互，做出来的作品功能强大、兼容性好，符合社会实际需求，因此学生的学习积极性较高。

四、Python教学活动的设计和实践

4.1明确教学目标

教学目标是指教学使学生产生变化的明确表述，指期待学生在教学活动中所得到的学习结果。整个教学过程中，教学目标的作用尤为重要。所有教学活动必须以教学目标为导向，围绕实现教学目标而开展。由于国家未明确中职Python课程的教学目标，基于中职学生计算思维的培养提出课程目标是：通过课程的学习使学生掌握Python语言的发展历史、语法规则和常用函数，熟练使用Python集成开发环境设计、编写和调试程序，掌握文件操作基础和数据库信息处理，能够编写简单的Python程序和阅读分析复杂的Python程序;通过学习，培养学生的计算思维意识、方法和能力，养成良好的编程习惯和学习方式，使学生获得利用编程技术解决实际问题的能力。

4.2分析学生特点

中职学校的编程教学一般安排在高二上学期开始，此时的学生已经能够熟练操作计算機，但是绝大多数没有计算机编程的经历。Python编程程序设计课程容易使刚接触的学生对其产生兴趣，但是随着学习的深入，变量、数组、函数、对象等知识进入课堂，这些抽象的知识逐渐使他们失去学习的信心，多数学生无法真正掌握课堂所学的知识，更不要说理论联系实际。

4.3设计教学项目

为了让学生能够像计算机科学家那样去思考，能够进行结构化、抽象性、创新性的科学思维方式。此次Python程序设计课程教学过程中采用项目教学法，使学生在完成项目的过程中获取相关知识，强调学生的主动参与，自主探究，充分调动学习积极性、创造性等，强调个性化，发挥学生的主体作用，从而提升其计算思维能力。考虑到学生间认知水平的差异和个性特点，为了让所有学生都有所得，教学过程采用小组合作，将学优生和学困生组合在一起，鼓励生生互助，有效地提高教学的效率。

项目的设定需要考虑符合计算思维的培养规律和要求，需要贴近学生的学习和生活，具备较强的实用性、专业性和创新性。通过综合分析，最终确定爬取“58同城网站”的招聘信息作为本课程的教学项目。学生通过自己编写的爬虫程序获取真实的招聘信息，可以为自己或他人学习和就业提供帮助，从而直观的感受到知识的实用性和学习的成就感。要想完成这个项目，学生必须掌握Python基础知识、基本库、正则表达式、网页抓取框架（Scrapy）等知识。虽然项目的复杂度高、难度大，但是教师可以将大项目分解成小项目，由浅入深、循序渐进，鼓励学生利用网络资源，自主探究解决问题。

4.4引导前置性学习

前置性学习，又称为前置性小研究或前置性作业，是生本教育理念的一个重要表现形式。我们利用前置性学习，结合项目教学，积极融入先做后学、先学后教、少教多学和以学定教的理念，可以培养学生的计算思维。

通过网络平台发布课前小项目，给予学生充分的时间和空间去研究和探索有价值的问题，这样做可以拓展课堂内容的深度和广度，提高课堂教学效率。具体流程如下图1所示。

4.5开展课堂实践

由于学生已经开展过前置性学习，对于本课的项目已经有了一定的认识，教师将针对学生所提出的问题，引导其思考解决方法，突破课堂难点。学生在课堂上分析、讨论，将问题及解决方案记录下来。具体流程如下图2所示。

在课堂教学过程中教师积极引导学生上网查找资料，充分使用极客学院、慕课网等视频学习平台，浏览编程论坛，获取有价值的项目信息。同时教师也积极使用UMU互动课堂和雨课堂等先进教学手段来提高教学效率。课后师生间采用Github、码云、微信等发布项目和相关信息，沟通问题，努力营造“学习无处不在”的良好氛围。利用先进的网络技术，鼓励学生不断地深入探究。如在读取文件时，学生会用到open函数，时常会出现忘记关闭“文件句柄”或者读取数据发生异常，没有进行任何处理。这个时候一些学生就会指出可以使用try语句，如图3所示。而另一些同学则提出使用with语句可以更加便捷，如图4所示。

通过测试，两种方案都能解决上面的问题，但是从语言的精炼程度上来看，后者更加简洁，执行效率更高，因此在这个问题上，大家一致同意使用第二个方案。教师在课堂中经常性的组织学生交流、分析和讨论，对于学生专业技术能力和计算思维能力的提升很有帮助。

4.6实行多元评价

多元评价可以更加全面的掌握学生的专业技术能力和计算思维培养的效果。评价过程实行“两结合”，分别是过程性评价（40%）和考核性评价（40%）相结合、个人评价（10%）和小组评价（10%）相结合。

1. 过程性评价是随着学期开始就展开了，通过积累各小组任务完成后的评价结果折算成最后成绩，各小组内成员的分值是一样的。

2. 考核性评价主要采用期中、期末统一测试，分为理论和上机操作。要求学生在规定的时间内完成相应的考核内容，从而检验学生的基础知识掌握情况。

3. 个人评价是小组内成员相互打分，根据个人在小组中的表现，这里主要考察学生的团队合作能力、人际交往能力等。

4. 小组评价是根据学期中各小组的表现由各小组间进行互评。

通过以上四种评价方式，教师不仅可以获取一个更加真实、全面的成绩，还进一步培养学生的“主人翁”精神，激发学生的学习热情和集体荣誉感。

4.7反思教学效果

曾子曰：“吾日三省吾身”，经常性的开展教学反思对于教师计算思维的培养相当有帮助。通过一个学期的教学实践，针对学生计算思维的培养，我们收获很多，但也存在不少问题。

1. 积极的影响和效果

采用项目教学法，提高了教学的效率，使得更多的学生能够对Python程序设计感兴趣。通过教师的积极引导，大多数学生能够积极主动利用周边的资源，开展自主学习和实践探究。运用项目化教学和小组合作，可以有效地培养学生的计算思维。

2. 问题和不足

学生的认知水平参差不齐，小组间也存在一定的差距，导致项目的进度随着时间的推移，差别越来越大。还有少数学生对于编程兴趣依然不大，影响团队的氛围。

3. 解决措施

根据实际情况，项目的设置要有通用性和可扩展性。如编写计算器，可以编写简单的四则运算计算器，也可以编写带有复杂数学运算的计算器，甚至是特殊用途的计算器，这样小组可以根据自己的能力水平来创新和改进其项目方案，从而获得更好地成绩。

而对于编程兴趣不大的学生，通过教师沟通交流、积极引导、学生互助，逐步转变他们的思想和观念，从而融入到学习中去。

五、总结

通过一个学期的教学实践证明，利用Python教学活动来培养中职计算机专业学生的计算思维能力是完全可行的。不仅能够使学生在Python程序设计学习上有很大的进步，还能够提高其自身的计算思维能力，为今后踏上社会奠定良好的基础。未来社会的发展需要具有创新思维和计算思维的人才，这是我们中职学校培养人才的目标，也是国家希望的源泉。

参? 考? 文? 献

[1] ESBN? 978-7-107-31845-0，普通高中信息技术课程标准 [S].

[2] Wing J M.Computational thinking[J].Communications of ACM， 2006，（3）：33-35.

[3]马省轩.中职教育中计算思维培养方法初探[J].科教文汇（下旬刊），2014 （05）：109+119.

[4]王亮.加强计算机教学提升中职学生计算思维能力摭探[J].成才之路，2017（29）：47.

[5]莫雷. 教育心理学[M].教育科学出版社，2017.

[6]李伟. 基于建构主义理论的项目教学法在高职课程中的应用实证研究[D].黑龙江大学，2018.

[7]何鹍，叶昕.大学计算机基础教学中计算思维能力的培养[J].长春师范大学学报，2014，33（12）：123-124.

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