基于关注点分离的教学法研究

【摘 要】本文依据笔者的实际教学工作经验，基于计算思维关注点分离原则并结合单元式模块化教学的特点，提出了以单元式理论教学、思维启发式教学和创新型实验教学三者相结合的综合立体教学法，达到培养学生操作能力、应用开发能力和研究创新能力三个层次计算思维能力培养的目标。并通过实例验证了该教学法的可行性和高效性。

【关键词】计算思维关注点分离单元式思维启发式

教学方法是教师教学行为的心理基础和内在根源， 教学改革要取得成功，改变教师的教学方法成为关键问题。作为教学研究重要内容之一的教学方法其先进性和实用性对于教学改革具有重要的意义。以往过于追求和重视规律的教学虽使学生掌握了一定的书本知识，却因所谓的“本质规律”和“标准做法和答案”扼杀了学生的个性和创造性，也限制了教师主观能动性的发挥，其教学效果和功能是十分有限的。本文所提出的教学方法改革的前提是不再假定教学活动存在固有不变和先在唯一的本质和规律， 其本质和规律是在具体的教学过程中生成的， 是内在于教学过程之中的。

计算思维是运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，通过采用抽象和分解方法，并通过约简、嵌入、转化和仿真等手段，把一个看似困难的问题重新阐述成一个我们知道怎样解的问题。关注点分离作为最重要的计算思维原则之一，通常以“分而治之”的方式出现，模块化（Modularity ） 是其中最具代表性的具体设计原则之一。基于关注点分离的教学法认为：第一，教学活动是在复杂的应用背景中进行的，不能将教学与应用背景分离开来进行研究；第二，教学是由人参与的过程，不能完全抛开具体教学活动进行所谓的客观研究；第三，教师进行教学， 必须注意到教学情境的复杂性和特殊性，利用关注点分离相关方法形成智能化“教”和适应性“学”相融合过程。

今后，具备计算思维能力，能够运用计算机技术和手段进行学习、工作、解决专业问题是高层次人才的必备素质。目前，一些计算机教育工作者正在教学过程中逐步推进计算思维能力的培养，尽管如此，如何在具体的课程教学过程中培养计算思维能力仍处于一个初级探索阶段，没有形成一套完整的方法体系，需要计算机教育者进一步探索和研究基于计算思维能力培养的新型教学法。

本文依据笔者的实际教学工作经验，并结合计算思维关注点分离原则和单元式模块化教学的特点，提出了以单元式理论教学、思维启发式教学和创新型实验教学三者相结合的综合立体教学模式。该模式提出的教学法不仅是计算思维能力的培养方法、应用方法，也是当前利用先进教学手段进行综合创新式教学的进一步提高和升华，落实了培养学生的信息素养这一终极目标。

一、基于关注点分离的单元模块驱动式教学原理

（一）关注点分离策略

利用关注点分离策略控制问题复杂性，提高可理解性，需要掌握相关问题具体知识之后，通过分解机制将教学内容分割为有意义且易管理的片段，把握问题的关键特征，对具体问题具体分析，并运用模块合成方法将这些片段组合成整体方案。计算机类课程教学过程不但涉及众多具体知识点， 而且涉及从课程不同的性质特性、教学手段开发过程和组织方式、不同层次学生的利益关注点， 到技术、实现工具、设计方案等多方面问题，这些不同问题既有各自独立的需求和约束，同时，不同的问题侧面可能互相交织，甚至互相冲突，既需从其关注点的角度细化考虑，又需以统一的观点统领全局综合考虑。

在基于计算思维关注点分离的教学法实施过程中， 关注点的分离视角与关注重点扮演了十分重要的角色。体现分而治之思路的模块化教学单元设计是最重要的设计原则。通过对模块化单元教学内容实施时间关注点的分离，在不同层次开展教学内容实施过程，达到培养操作能力、应用开发能力和研究创新能力这三个层次计算思维能力培养的目标。

（二）闭环迭代递增教学模型

建立在可实现基础上的思维性基础教育、知识讲授、素养培养三位一体的思维性教学是大学计算机类课程的核心价值，思维性教学原则可概括为以下的“三而目标”：“知识”随着“思维”的讲解而展开，“思维”随着“知识”的贯通而形成，“能力”随着“思维”的理解和训练而提高。

基于关注点分离策略的单元模块驱动式思维教学过程中，围绕单元模块教学内容设计这根主线，充分考虑教师、学生与单元模块教学内容三者之间相辅相成的关系，构建以下单元模块教学内容驱动式闭环迭代递增教学模型，具体如图1所示。

图1 单元模块教学内容驱动式迭代递增教学模型

该闭环迭代递增教学模型将教师的教学过程和学生的学习过程连接互动起来，教师与学生在整个教学过程中都发挥主体作用，形成一个迭代递增的过程。教师在课程体系设置、单元教学内容设计、模块化教学内容讲授、综合教学效果总结评价等方面的教学活动实施过程中，运用以思维带知识的方式进行教学，将各类知识点和核心教学内容“分而治之”，设计出针对计算思维能力培养的模块化教学单元。并在模块逐一实施过程中，关注学生的主观感受和个性行为方式，不断改进教学实施方式，形成一个闭环智能化“教”和适应性“学”相融合的迭代递增过程。同时，学生需要进行课前预习，自主式学习、协作式练习和能力综合测试等几个方面的培训，并始终坚持计算思维能力培养这个目标。在教师和学生的学习交互过程中，学生可自主构建个性化的系统学习方法。教师利用思维性教学方法启发学生运用已获得的核心知识训练独立求解问题的能力，潜移默化地培养自我信息素养。

总之，按此模型构建的闭环迭代递增教学过程，“模块化单元核心知识点”随着“思维”的讲解而介绍出来，而“思维”随着“核心知识”的贯通而形成，同时能力随着“思维”的理解而提高。

二、 单元模块驱动式教学内容设计与实施

（一）单元模块化教学内容设计原则

在现代信息技术支持下，作为构建研究创新型教学不可缺少的条件，教师和学生之间的良好平等互动贯穿于整个教学活动中，单纯强调或忽略任何一方教学主体都不会取得预期良好的教学效果。传统的教学任务设计往往陷入极端，教学内容设计得太容易或太难，或把教学任务设计得太详细或过于简单。笔者认为造成这些极端的原因是教师在单元教学内容设计时未将计算思维能力培养的作为指导性和统领全局的目标，使得教师和学生在教学中没有发挥主动性和创造性。作为本文前述“三而目标”实现前提的“单元模块化教学内容”设计需要从实施对象、思维性教学培养目标和计算思维能力相关知识点和难点等多个方面综合考虑，采用关注点分离策略将复杂问题划分为简单的教学单元模块，具体包括：单元理论核心知识教学模块、面向特定学科专业的范例教学内容模块、验证性多层次的单元实验内容模块和创新型综合能力分级训练模块等相关内容。

（二）思维性基础教学内容实施方式

单元模块化教学内容设计只是完成了单元模块驱动式思维性教学的第一步，教学效果的好坏最终还是由教学内容的实施效果来决定，具体实施方式如下：

第一，通过多种措施努力创造师生交互的良好学习环境：提倡师生平等交流、互动，教师要善于发现和捕捉学生思维活动的亮点并及时加以引导，鼓励学生勇于提出自己的想法和思路，给出问题不同的解决方案，帮助学生在计算思维能力训练过程中不断得到鼓励，提高自信心。

第二，形成在单元模块化教学内容驱动下的自主学习过程：老师通过各种先进手段（特别是开放网络交流平台）随时发布各种最新的教学资源，与学生积极交流，了解学生对课程的建议和想法。学生及时把运用计算思维解决问题时所遇到的困难反馈给老师，老师积极转变角色发挥主导性作用，增强学生积极参与学习的热情，启发学生自主学习能力。

第三，构建融合多媒体和网络等现代教学技术的教学环境：一方面，需要充分利用课程教学网站提供各种学习资源，包括多媒体课件、视频教学录像、习题资料、仿真试题和前沿问题等，供学生在线即时学习或下载；另一方面，通过网络在线答疑平台，能够及时帮助和指导学生开展自主学习和研究性学习。这对于培养学生的形成自主学习体系和独立发现问题、思考探索解决方案的品质具有显著积极作用。

第四，提倡开展研究型技能学习：针对大班教学难以发挥学生自主性的不足，鼓励学生自由组合成实验小组，自主选择相应的创新型实验技能项目。考虑到不同层次学生的主观感受和教学过程的规范性和客观性，创新型实验技能题目可分为教师指定和自我创新两种，按照难易程度划分为多个级别，鼓励学生根据自身实际能力进行选择，教师需要适当指导干预保证最终选择项目的难易程度形成正态分布。学生需要按照事先提供的实验报告模板提交研究成果，最终以个人和小组的共同表现进行综合评定。

第五，实时控制教学内容实施过程：思维性教学要求教师不要对如何完成教学任务做过于详细的讲解，应当把精力放在帮助学生正确理解计算思维涉及的相关概念和方法，培养学生自主学习，独立研究的能力。重点监控单元模块化教学内容的实施质量，对面向特定学科专业教学效果的把握等方面。

三、 多层次多主体教学效果评价机制

为了实现培养学生计算思维能力这一目标，必须重视教学效果评价在教学质量中的重要作用。阶段性公共答疑接待日、开放网络在线交流平台为教学过程的不断改进提供了教学质量的保证，而教学效果评价需针对学生和教师两个不同评价主体区别公平对待。针对不同主体构建的多层次评价体系如下图2所示：

图2 多层次多主体评价体系

上图2中，针对学生学习效果的评价由多层次的评价手段组合而成。首先，期末考试和创新型实验技能测试等考核手段为评价学生的提供了客观公平的教学评价基础。其次，在此基础上结合学生个人自我评价总结、实验小组组员互评价、教师认可评价组成综合立体的评价系统。多层次评价机制促使学生更注重计算思维和自主学习能力的培养，从而更有利于思维性教学目标的实现。

注重能力培养而不是知识点掌握的多层次综合考核方式，大大加大了学生自主学习的内容比例，既提高了学生的自主完成作业的能力，也能进一步的防止抄袭，使学生能真正获得能力上的培养，最终完成培养学生信息素养这一终极目标。笔者在2011年对所授课的班级“程序设计”课程采用了本文提出的以单元模块化理论教学、思维式启发教学和创新型实验教学三者相结合的综合立体教学法进行了授课，在整个教学过程中注重学生主观感受和思维能力培养，与以往采用传统教学法教学的班级进行了对比，具体评教指标数据如下表1所示。

从表中的数据不难看出，无论从学生考核成绩的差距，还是最能说明教学效果的网络评教结果，以计算思维能力培养为目标的基于关注点分离的思维性教学法更具优势。特别令人欣慰的是学生的创新实验能力得到了大幅提高，为真正落实培养学生的计算思维能力这一教学目标起到了抛砖引玉的作用。

四、结束语

关注点分离作为一种普适的处理复杂问题的系统思维方法和原则， 在教学实施过程中起着重要的方法论指导意义。在实践中， 关注点分离原则必须以具体问题具体分析的方式进行视角分离，通过模块化合成策略，从精心选择的教学内容、平等互动的教学主体、多样化教学手段和多层次多主体教学评价等多方面出发，结合单元模块驱动式理论教学、思维式启发教学和创新型实验教学相结合的立体授课体系，在具体教学实践中实现训练和培养学生的计算思维能力，为将来更好的从通用计算手段到各学科专业计算手段跨越打下坚实基础，落实培养学生信息素养这一终极目标，真正体现了先进的计算机类课程教学改革的发展方向。由于基于计算思维能力培养的大学计算机类课程教学改革刚刚起步，还有很多实际问题需要我们进一步探讨和尝试。

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