核心素養(yǎng)下的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)

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摘要：文章從文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與三個(gè)方面闡述了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與學(xué)生核心素養(yǎng)之間的關(guān)系，并基于維果茨基的社會(huì)文化歷史理論，提出了基于學(xué)生核心素養(yǎng)培育的高校計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)策略，旨在為新一輪計(jì)算機(jī)通識(shí)課程改革提供思路。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)；維果茨基

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是回答“培養(yǎng)什么樣人”的問題。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)有助于人們具備基本的信息素養(yǎng)、邏輯推理能力和計(jì)算思維[1]，是“怎樣培養(yǎng)人”。因此，在高校人才培養(yǎng)中，此類課程一直都是理、工、管等專業(yè)的通識(shí)課程。然而，結(jié)合學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)研究相對(duì)較少，現(xiàn)有文獻(xiàn)大都側(cè)重個(gè)別素養(yǎng)，不夠深入和系統(tǒng)[2-3]。如何真正從學(xué)生自身的發(fā)展出發(fā)，最大程度地發(fā)掘計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程促進(jìn)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，是該類課程改革的重要方向。

一、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)與學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)系

根據(jù)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的闡述，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心。核心素養(yǎng)分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展與社會(huì)參與三個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)，具體細(xì)化為國家認(rèn)同等十八個(gè)基本要點(diǎn)[4]。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理、計(jì)算思維和語言表達(dá)等方面的能力，它是重要的基礎(chǔ)科學(xué)和思維科學(xué)，其思想方法具有一定代表性[5]。因而，此類課程與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)所包括的文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展與社會(huì)參與這三個(gè)方面均具有直接的聯(lián)系。

（一）計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與學(xué)生核心素養(yǎng)之文化基礎(chǔ)文化基礎(chǔ)，重在強(qiáng)調(diào)能習(xí)得人文、科學(xué)等各領(lǐng)域的知識(shí)和技能，掌握和運(yùn)用人類優(yōu)秀智慧成果，涵養(yǎng)內(nèi)在精神，追求真善美的統(tǒng)一，發(fā)展成為有寬厚文化基礎(chǔ)，有更高精神追求的人[6]。文化基礎(chǔ)要求學(xué)生具備基本的人文底蘊(yùn)和科學(xué)精神。成功的程序設(shè)計(jì)作品往往蘊(yùn)含著寬厚的文化基礎(chǔ)。例如微軟的操作系統(tǒng)、谷歌搜索引擎，簡潔交互界面的設(shè)計(jì)融合了藝術(shù)學(xué)、美學(xué)和心理學(xué)等多種文化元素，而背后是算法賴以支撐的數(shù)學(xué)。另一個(gè)典型的例子是ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽。該大賽要求學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科知識(shí)和技能，結(jié)合程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問題。競賽中時(shí)刻要求學(xué)生保持理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等科學(xué)精神的基本要點(diǎn)。既然成功的程序設(shè)計(jì)作品蘊(yùn)含著寬厚的文化基礎(chǔ)，那么，教授學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，就是利用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，綜合其他學(xué)科知識(shí)，解決實(shí)際問題，培育學(xué)生寬厚的文化基礎(chǔ)。有力的證明如廣受中小學(xué)學(xué)生喜愛的Scrath編程工具，其發(fā)明團(tuán)隊(duì)領(lǐng)袖、麻省理工學(xué)院MitchelResnick教授一直倡導(dǎo)“編程化學(xué)習(xí)”，即把程序創(chuàng)造性地作為學(xué)習(xí)工具去承載豐富多彩的內(nèi)容。例如，把它當(dāng)作工具載體傳授數(shù)學(xué)知識(shí)和講解自然科學(xué)等。這種轉(zhuǎn)變將對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)起到重要作用。

（二）計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與學(xué)生核心素養(yǎng)之自主發(fā)展自主發(fā)展，重在強(qiáng)調(diào)學(xué)生能有效管理自己的學(xué)習(xí)和生活，認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)自我價(jià)值，發(fā)掘自身潛力，有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境，成就出彩人生，發(fā)展成有明確人生方向、有生活品質(zhì)的人。自主發(fā)展包括學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和健康生活兩大素養(yǎng)。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言發(fā)展至今已有幾十種，且新的程序設(shè)計(jì)語言還在不斷地涌現(xiàn)。教師不可能將所有程序設(shè)計(jì)語言教授給學(xué)生，而絕大部分學(xué)生后續(xù)課程和工作的內(nèi)容都不是當(dāng)前學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)語言。這就要求教師在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程中，要培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)習(xí)慣、研究方法和獨(dú)立思考、解決問題的能力，強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生應(yīng)從學(xué)習(xí)模式、時(shí)間管理和學(xué)習(xí)規(guī)劃技巧等方面針對(duì)自身特點(diǎn)采取一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)。例如，許多大學(xué)生在學(xué)習(xí)期間沒有給自己設(shè)定明確的目標(biāo)，就可能容易沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲中，甚至自身的性格也會(huì)變得沉默寡言。通過程序設(shè)計(jì)課程，學(xué)生將理解一個(gè)基本原理：一切網(wǎng)絡(luò)游戲、智能手機(jī)應(yīng)用的背后都是程序員所編寫的代碼。大學(xué)生不應(yīng)該受程序控制，應(yīng)有自己的人生規(guī)劃，要能自我管理，健康生活。筆者的一名學(xué)生，在學(xué)習(xí)改革后的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程時(shí)，就培養(yǎng)了非常強(qiáng)的自律意識(shí)和自我管理能力，并針對(duì)學(xué)生長時(shí)間玩游戲的問題，開發(fā)了一款屏幕自鎖程序，提醒大家不要長時(shí)間沉溺于網(wǎng)絡(luò)游戲。

（三）計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與學(xué)生核心素養(yǎng)之社會(huì)參與社會(huì)參與，重在強(qiáng)調(diào)能處理好自我與社會(huì)的關(guān)系，養(yǎng)成現(xiàn)代公民所必須遵守和履行的道德準(zhǔn)則和行為規(guī)范，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，提升創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)個(gè)人價(jià)值實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步，發(fā)展成為有理想信念、敢于擔(dān)當(dāng)?shù)娜?。社?huì)參與涵蓋了擔(dān)當(dāng)責(zé)任和實(shí)踐創(chuàng)新兩大素養(yǎng)。當(dāng)代社會(huì)，隱私保護(hù)和信息安全越來越重要。因此，程序設(shè)計(jì)課程不僅應(yīng)教授學(xué)生如何設(shè)計(jì)程序，同時(shí)也應(yīng)樹立他們的信息社會(huì)責(zé)任，即不能編寫計(jì)算機(jī)程序竊取他人的個(gè)人信息和隱私，不能散布和傳播危害國家、社會(huì)安定的言論和病毒，不能參與和組織網(wǎng)絡(luò)盜取、詐騙他人財(cái)務(wù)等行為和活動(dòng)。另外，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)思維創(chuàng)新的實(shí)踐活動(dòng)，此類課程一般遵循由簡單到復(fù)雜的循序漸進(jìn)式教學(xué)，逐步強(qiáng)調(diào)在動(dòng)手實(shí)踐、不斷挑戰(zhàn)中培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力，以解決人們社會(huì)生活、生產(chǎn)中的實(shí)際問題為教學(xué)目的。

二、基于核心素養(yǎng)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)策略

著名心理學(xué)家和教育學(xué)家維果茨基所創(chuàng)立的社會(huì)文化歷史理論對(duì)世界心理學(xué)和教育學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。他的社會(huì)文化歷史理論包括“人是社會(huì)歷史產(chǎn)物”和“最近發(fā)展區(qū)”兩大重要概念。

（一）人是社會(huì)歷史產(chǎn)物與“分享—交流—互助”學(xué)習(xí)社區(qū)維果茨基在其社會(huì)文化歷史理論中指出“人從出生起就是一個(gè)社會(huì)實(shí)體，是社會(huì)歷史產(chǎn)物”，學(xué)習(xí)行為是在人際交往活動(dòng)中產(chǎn)生和發(fā)展起來的。在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，教師和同伴是學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，而合作學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展具有重要的促進(jìn)意義。在課程教學(xué)實(shí)踐過程中，我們建設(shè)“分享—交流—互助”的學(xué)習(xí)社區(qū)，為學(xué)生搭建分享與交流學(xué)習(xí)過程和程序設(shè)計(jì)作品的互動(dòng)平臺(tái)。例如，在新一輪課程改革中，我們搭建了有助于學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)平臺(tái)，并逐步發(fā)展結(jié)合線上、線下的程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)社區(qū)，為學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)提供了學(xué)習(xí)資源分享、互商互助的學(xué)習(xí)環(huán)境，以及程序設(shè)計(jì)作品展示和評(píng)價(jià)和交流的平臺(tái)。線上社區(qū)的建立可以依托博客、微信群、QQ群等軟件工具。此外，線上平臺(tái)的建立使師生之間、生生之間在課下也可以不受時(shí)空限制地相互學(xué)習(xí)和相互啟發(fā)，嘗試解疑。因此，通過“分享—交流—互助”的方法，也有助于培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)參與的意識(shí)和能力。

（二）最近發(fā)展區(qū)與“使用—修改—?jiǎng)?chuàng)作”教學(xué)方法“最近發(fā)展區(qū)”是維果茨基理論體系中影響最深遠(yuǎn)的概念之一?！白罱l(fā)展區(qū)”中明確闡釋了教學(xué)與學(xué)生發(fā)展之間的關(guān)系是“良好的教學(xué)走在發(fā)展前面并引導(dǎo)之”。教學(xué)應(yīng)該落在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，這樣才能最大限度地發(fā)揮教學(xué)對(duì)學(xué)生發(fā)展的促進(jìn)作用。在教學(xué)實(shí)踐中，我們采用“使用—修改一創(chuàng)作”的教學(xué)方法，循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生從了解和掌握知識(shí)，到自主創(chuàng)新。例如，在新一輪課程改革中，我們讓學(xué)生從使用、修改他人的程序設(shè)計(jì)作品中學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，了解并掌握程序設(shè)計(jì)的基本原理和概念，也幫助他們從中發(fā)現(xiàn)一些疑問，以供后期自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。以教授“排序”算法的課程內(nèi)容為例，筆者在介紹了排序的概念和常用的選擇排序算法后，把完整程序共享在交流平臺(tái)上，讓學(xué)生參與排序算法的“再創(chuàng)作”。在這一過程中，一些學(xué)生發(fā)現(xiàn)選擇排序算法對(duì)大多數(shù)雜亂無序的序列進(jìn)行排序時(shí)，由于時(shí)間復(fù)雜度不高，算法性能較好；但對(duì)極端序列排序時(shí)，時(shí)間復(fù)雜度就高了，算法的收斂性就差。對(duì)此，他們改進(jìn)了選擇排序算法并把程序代碼編寫出來，從“使用”和“修改”過渡到了“創(chuàng)作”?！笆褂谩薷囊粍?chuàng)作”的教學(xué)過程還有助于促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。仍然以“排序”算法為例，一些學(xué)生課后自主探究了其他排序算法，例如冒泡排序、快速排序、希爾排序和堆排序等，其中有些學(xué)生在理解了這些排序算法的原理后，自行設(shè)計(jì)程序并制作了微課視頻和大家共享。

三、結(jié)論

本文從文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展和社會(huì)參與三個(gè)方面論述了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)之間的關(guān)系。以維果茨基的社會(huì)文化歷史理論為指導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生采用“使用—修改—?jiǎng)?chuàng)作”的方法，并依托“分享—交流—互助”的學(xué)習(xí)社區(qū)模式，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)相結(jié)合的改革之路，為走出灌輸模式的知識(shí)教育，提供了可行的實(shí)踐方法。

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[4]張傳燧.基于學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)培育的“四生課堂”建構(gòu)研究[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào):哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版,2017,(5).

[5]核心素養(yǎng)研究課題組.中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國教育學(xué)刊,2016,(10).

[6][蘇]列•謝•維果茨基.維果茨基全集[M].龔浩然,許高渝,王永,等譯.合肥:安徽教育出版社,2016,(2):343—355.

作者：王紅梅 黃霞 單位：江蘇科技大學(xué)