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计算机基础实验教学论文

摘要:在总结近年来大学计算机基础实验教学改革的基础上,提出以协同效应和团队竞争的模式来进行大学计算机基础实验教学的改革。其主要方法是将“协同效应”应用于计算机基础课程的实验教学,让学生以学习团队的形式参与实验任务,团队之间以竞争的方式来决定课程任务分配并辅以一定的激励,以达到个体式独立完成实验任务所不能达到的效果。探讨了在协同效应和团队竞争下学生参与“大学计算机”课程实验教学的过程和方法。

关键词:协同效应;团队竞争;计算机基础;实践教学

计算机知识对于当代大学生而言已经不是高深难懂的知识,几乎所有的大学生在高中阶段已经接触过计算机知识。高校开设计算机基础课程,目的在于培养大学生的计算思维以及运用计算思维去解决实际问题的能力。吴宁、崔舒宁老师提出以“计算思维”能力培养为核心的大学计算机基础课程改革思路和具体方案[1];周海芳老师围绕“大学计算机基础”分级教学进行了教学内容选择、实验项目的建设、课堂教学模式等各方面系统的改革[2];付瑞平老师则实施“大学计算机基础”课程分模块教学的基本情况,并着重大学计算机基础“模块”的教学改革与实践[3]。本研究团队也探讨过学生在模拟现实工作环境下网络工程课程实验教学的过程和方法[4]。大学生在专业课程与非专业课程之间具有非常明显的倾向性选择,造成了很多大学生对计算机基础课程不重视,并认为是“无用”的观念,始终存在学习计算机知识的兴趣与计算机思维培养的矛盾性。计算机是一门实践性非常强的学科,如果不自己动手实践,对知识的理解就非常有限,对培养利用计算思维解决问题的能力也有限。因此,实验课程一直是计算机基础课程中的重中之重。如何提高学生对计算机基础课程的兴趣,如何在实验课程中进一步深化和理解计算机知识,利用计算思维去解决实际问题,是摆在大学计算机基础课程实验教学面前的重要问题。

1协同效应与团队激励竞争

协同论是研究不同事物共同特征及其协同机理的新兴学科,是近十几年来获得发展并被广泛应用的综合性学科。协同是指协调两个或者两个以上的不同资源或者个体,协同一致地完成某一目标的过程或能力。任何复杂系统,当在外来能量的作用下或物质聚集态达到某种临界值时,子系统之间就会产生协同作用。协同效应原本为一种物理化学现象,又称增效作用,是指两种或两种以上的组分相加或调配在一起,所产生的作用大于单独应用时作用的总和。简单地说,就是“1+1>2”的效应。学生能力的培养,从范围上可以分为专业能力、方法能力和社会能力三部分。专业能力是大学生胜任工作、赖以生存的核心本领。由于大学计算机基础课程面对的是非计算机专业的学生,在互联网+的时代,专业虽然千差万别,但都离不开计算思维。大学计算机基础的实验课程就是着重培养学生的计算思维,将计算方法用于解决工作和学习的问题,改变学生的思维方式。将协同效应效果应用于教学一直是教学改革的方向之一。杨静老师将协同创新理念应用于计算机专业教学改革来改变以往传统的以教师为主的知识传授教学理念[5];万琪老师提到以校企合作教学模式来完善学科知识和实践动手能力写结合的培养方式[6]。但此类研究更多的是针对于教师教学的协同效应,而很少涉及到教师与学生之间,学生与学生之间的协同效应的发展以及大学生对自我与团队合作与竞争意识的培养。基于协同效应是指以学生为主体分成若干团队,将实验任务逐步转化为若干的小任务,分配给学生团队完成,学生以自己的能力为基础,承担项目中相应难度的小任务,团队成员共同完成实验项目。这种实验方法达到的效果会比学生单个自主完成实验任务会大得多,因为计算机基础课程的主要目的是培养学生用计算思维去解决问题,而不是单纯的学习计算机知识。激励竞争式是指学生在团队中任务明确,各人有主次之分,有合作者和竞争者,团队与团队也有竞争,这样可以培养学生的方法能力和社会能力。使之在实验中既能掌握知识和技能,又能有创新、合作、计划等工作中不可或缺的能力。将协同效应应用于计算机基础课程的实验教学,适当的课程任务分配,再辅以一定的激励,可以达到个体式独立完成实验任务所不能达到的效果。不仅可以培养学生的团队合作能力,促进学生社会能力的增加,减少学生以个人为中心的主观性,并增加他们学习的计算机基础课程的兴趣。

2协同效应下的团队激励竞争式教学实践

基于协同效应的团队激励竞争式的实验教学是对大学计算机基础课程,将课程的实验教学任务模块化。以往的实验任务都是单一的小实验,针对的是独立个体的学生,而实验效果的好坏较大程度上取决于学生的主观能动性。而将实验任务模块化,将每次实验描述成一完整的模块,实验模块有不同难度,每个模块又涉及由浅至深的若干任务,并组成一个大任务。学生自由组成团队,团队成员可以根据自身的学习程度来选择难易不同的实验模块来完成,得到不同的实验分值。在同一组内的成员也可以根据自身的特点,来选择相应的小任务。团队成员合作完成实验模块,选择相同实验模块的团队与团队之间存在竞争关系,教师在实验分值,平时成绩等方面辅以激励措施,最后以书面以及演示方式来综合评价该团队的成绩,并根据团队成员选择任务的难易来确定成员的实验分值。以实验模块的完成度为基础,在完成过程中培养学生独立思考的能力,互相协作的能力,最终在这个过程中完成对学生计算思维的培养。在这种实践教学的过程中,老师要求完成的上机任务转变成一个人人参与的创造实践活动,注重的不仅仅是最终的结果,还包括完成任务的全过程。学生在这一过程中,理解和把握大学计算机基础课程要求的知识和技能,体验探索的艰辛与乐趣,培养发现问题、分析问题和解决问题的计算思维,培养团队协作意识。这样,学生的专业能力和综合能力才能得到进一步提高,达到协同效应中1+1>2的效果。2.1教学的基本流程。第一步,让学生以自由组合为基础,教师组织为辅助,教师观察学生的能力大小和知识掌握的程度,建立能力差别不大的学生学习小团队。小团队中的学生完成任务有主次之分,能力有差别。第二步,利用实验法对课程进行实验教学改革,有针对性,有目的性地确定实验模块。最后,用经验总结法进行总结,并制订下一步研究目标。为了营造这种互相协同,互相竞争的学习氛围,我们可在教学条件允许的情况下通过模拟招投标的方式选择实验模块。结合实际教学实践,基本流程为:设立目标,成立团队→竞争式获取实验模块→实践教学任务的协同实施→评价体系,如图1所示。2.2教学/学习的基础——学习团队。学生在经过一个学期的学习后,对课程有一定的了解,对合作的同学也有一定的了解,在此基础上,自由组织成团队。在组织过程中,教师应该适当干预,最好避免团队与团队之间,成员与成员之间形成较大差异。2.3团队磨合,形成团队特点。有了团队,学生在团队里就可以各司其职了。团队也需要有自己的特点,为了让学生在团队中体验到工作环境和对自身组织的归属感,学生需要形成团队主人翁的意识,通过这种方式,逐渐引导学生进入到接近真实的类工作环境中,为学习做好必要的组织架构搭建和精神准备。2.4教学的实施阶段第一,实验模块的选择。每一次的实验模块和其中的任务确立,都是根据需要分析得来的,通过不断了解学生的学习状况,最终确立适当的任务。第二,制订完成模块的计划。学生根据具体模块。难易程度制定相应的完成计划,有步骤、分阶段完成任务。教师将每一个知识体系用不同的子任务具体体现出来,各子任务再串连成完整的实验任务。在这个过程中,完成相同实验项目的团队间有竞争,团队成员分工合作互相学习、互相促进。第三,团队成员协同开展实验模块。根据团队获得的实验模块来完成/实施计划书,以学生为主体,教师为辅引导学生参与并评论,充分体现师生共同学习、共同进步的良好教学氛围。这样,经过思想的碰撞能产生新的创意,同时也教会学生如何合作,如何研究的思维方式,既能够完成力所能及的小任务,又能为团队贡献力量,并能与其他成员互相取长补短。以完成实验模块为目标,以团队为学习单位的方式有利于学生讨论和发现问题,分析问题和解决问题。第四,审核评估。当实验课程结束后,统一进行评价,评价的目的不仅是为了评出成绩,而是为了检验学生的学习情况及掌握程度,更是为了改进任务以便后期应用。第五,验收并建立文档。这种实践教学强调学生间的互相合作,个性与共性的磨合。在对实验模块各方面进行评价后,教师可以根据实际情况完善和改进实验模块,归档以便于今后进一步的研究。

3协同竞争式实验教学的关键点和实践

3.1实施的关键点和难点。协同效应的激励竞争式实验教学是以学生团体为基础进行的教学活动,关键点如下。一是任课老师必须把握全局,对实验模块的设立要适合,难度要有层次,组成实验模块的小任务也需要精挑细选,满足不同学习情况的学生。同时要对学生组成的团队能力进行评估并辅助他们选择适当的实验模块。二是需要对学生组成的团队进行必要的干预,要保证学生组成的团队之间学习能力不能相差太多,这对课程的实践活动开展起到关键性作用。三是激励措施与竞争机制设置的合理性,以及需要避免协同效应的产生的负效果。难点是学生是否有足够的自我学习能力和自我约束能力。学生能力良莠不齐,在协同完成实验模块并且与其他团队竞争时可能会出现各种各样的问题,同时在团队中学生需要共同努力,而不是某个学生的独立完成整个实验模块。3.2大学计算机B2课程的实践。本次实践教学研究的对象是大学计算机B2课程大一学生。本课程的主要目标是计算思维培养,内容是编程算法的讲解。在学习大学计算机B1课程并掌握编程的基础知识后,选择B2课程对于知识的运用和实验模块的选择上更加方便,也更利于观察实验教学改革的效果。操作环境是本学院计算机基础实验中心。首先,在16级的学生中以民主集中的方式组成学习团队,利用平时的课堂练习以及预备实验模块进行团队磨合,便于团队成员之间的互相了解,并允许在正式实验模块开展之前变更成员。其次,教师根据课程的教学目标将实验分为基础知识型模块,综合练习型模块,创新型模块,分别对应基础知识的理解,综合知识的程序编写以及独立问题的程序编写。每个模块中根据教学进度分成不同难度、不同层次的小模块以便各个团队的不同选择。每一个阶段都对应着难度、理解度以及完成度的分值,并辅以一定的激励。学期结束时,根据加权系统来评估各个团队的实验模块完成情况,最后还需要评估学生的个人知识掌握情况。经过一个学期的实验教学,学生在知识理解度上有明显提升,教师对知识的讲解也更加深入。同时学生的学习积极性明显提升,有效的改善了理论教学课堂的氛围,在期末考核中学生的成绩大幅度提升。每个学习团队中都出现“骨干”的成员,他们会带领团队完成实验模块。在这个过程中,成员之间的协调协作能力明显增加,这说明协调竞争式的实验教学已经初步提高了学生学习计算机的积极性,也帮助学生提升团队协作能力,而适当的激励措施让学生更有干劲。3.3探索的结果与未来展望。3.3.1探索的结果。基于协同效应的团队激励竞争式大学计算机基础课程实验教学改革,通过学生自由组合团队完成实验模块,来达到学生学习知识以及能力培养的1+1>2的效果。通过这种方式逐渐引导学生进入到协同合作环境中,为在工作中学习做好必要的组织架构搭建和精神准备。让学生骨干来带动其他学生的学习积极性,对优秀学生的方法能力及社会能力是一种锻炼。而通过难度程度各异的多任务实验模块,可以让全体学生都能获得不同的学习体验以及能力培养。这种教学方式在实施过程中还是有不足之处。第一,实验模块的建立和划分需耗费大量的人力、物力,这需要不断改进。第二,虽然教师的干涉能够在一定程度上避免团队差异过大,但不能完全避免。“能力差”的团队在竞争实验模块中处于弱势,并且在后续中持续保持低迷的状况,需探讨改变和提升这种团队的方法/措施,避免恶性循环打击学生学习的积极性。第三,团队与团队之间,团队成员之间的有效沟通也是必须关注的主要问题。这些都是基于协同效应的团队激励竞争式实践教学亟待解决的问题。3.3.2未来展望。以基于协同效应的团队激励竞争式实践教学为基础,争取将高校中教授的计算机相关知识和课程融合成为一个有机整体,改变学习知识的阶段性和独立性。相同的学习团队可以延展到本专业的其他课程或者知识上,使协同效应能够应用于各种知识的学习中,发挥其更大的作用。

参考文献:

[1]吴宁,崔舒宁.以计算思维能力培养为核心的大学计算机基础课程教学内容改革研究[J].计算机教育,2012.7:106-110

[2]周海芳,王挺.大学计算机基础课程分级教学改革实践[J].高等教育研究学报,2011.4:73-76

[3]付瑞平.大学计算机基础分模块教学的探索与实践[J].计算机时代,2014.1:49-51

[4]陈虹,饶婕,谭敏生.虚拟企业模式下网络工程实验教学的实践探索[J].计算机时代,2016.4:83-85

[5]杨静.协同创新理念应用于计算机专业教学改革的研究[J].湖北警官学院学报,2015.1:152-154

[6]万琪.校企协同培养模式下的计算机专业实践教学改革分析[J].网络安全技术与应用,2014.12:196-196

作者:陈虹 饶婕 单位:南华大学计算机学院

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