基于STEM教育对程序设计类课程的研究

沈琛?王卫和

摘要:程序设计类课程主要培养计算机及相关专业学生计算思维和程序设计能力,这也是大学生所需要培养的最重要的专业能力之一。文章分析现有程序设计类课程的概况,分析了将STEM教育理念融入到程序设计类课程中的可能性,以C语言程序设计为例,对教学设计进行分析和反思。

关键词:STEM;程序设计类课程

一、程序设计类课程概况

随着新技术的不断发展,培养具有计算思维[1]、程序设计能力的信息技术人才,已成为社会的普遍需求。在这种形势下,对高校的程序设计类课程教育又提出了新的要求,不仅仅需要培养学生对软件工具的使用,而是需要突出学生计算思维、信息素养、团队合作等综合能力的培养。而现有的教学模式中还存在着不少问题和局限性:

重视语法知识和语句运用的讲授,忽视激发学生对问题求解的兴趣。程序设计语言本身的知识点多、抽象且连贯性强,传统的教学模式是将理论教学与实验环节分开进行,在理论学生中虽然重视知识点的讲解,但是忽视了对问题求解的引导和分析,因此在实验过程中往往不能对问题进行分析,久而久之会对程序设计语言课程失去兴趣。

传统的教学方式强调以教师为主导。程序设计类课程的教学方式强调理论知识的科学性和系统性,重视在教学过程中的教师讲授,往往忽略了学生自己解决问题的能力培养。

其实,程序设计类课程的教学本质并不是单一的为了学习某种知识或技能而教学,而是在学习过程中所掌握的思维方式和技术运用,这才是教学的灵魂所在。因此,探讨将最新的STEM教育理念融入到程序设计类课程中具有现实意义。

二、STEM教育融入到程序设计类课程的可能性分析

STEM教育[2]是科学、技术、工程、数学,英文首字母的缩略语,强调基于现实问题情境的跨学科式教育。编程作为STEM教育的一部分,正是培养学生分析和解决问题的思维方式。因此,STEM教育与程序设计类课程在多方面具有契合点,基于对两者特点的分析,基于STEM教育的程序设计类课程的教学内容进行以下改进:

增加内容综合性。STEM教育是通过项目学习,以工程设计为基础,具有学科融合的综合性特点。因此,程序设计类课程的内容也应该体现综合性,能够让学生在学习编程技巧的同时获得对各领域知识和技能的深入学习,能够将概念性知识与现实问题相联系,理解技术在整个工程设计中的作用。

增加内容实践性。STEM教育是先创造情境,以项目的形式进行教学,让学生在项目中自己动手实践。程序设计类课程的内容可以在综合性的基础上,多增加些实践内容,让学生完成模型的设计和制作、动手体验编程实验,以互动有趣的方式呈现科学教学,帮助学生更好地进入编程世界。

三、基于STEM教育对程序设计类课程的内容设计

该论文以C语言程序设计课程中的循环结构教学为例,将STEM教学理念融入课堂进行教学内容设计。

(一)设计思路

本课将学生所感兴趣的乐高机器人带入课堂,教师演示机器人循环带着小球回家的情境,然后教师提出疑问:机器人是怎么找到家的呢?激发学生的学习兴趣,然后,教师以问题解决的教学模式,带着学生一起去探究,一步一步循序渐进地带学生掌握循环结构知识,并让学生体验机器人编程的新鲜感和成就感。

(二)教学实施

1.创设问题情境,导入新课。教师通过演示乐高机器人能够升举小球并带回家的过程,提出问题,引导学生分析,机器人是由程序来进行控制的,在帶小球回家的过程中,不停地重复行走来搜索到目标,这种重复的算法步骤就是今天要学习的循环结构。

2.让学生在问题中不断理解循环的概念。教师让学生运用以前学过的顺序和分支结构尝试进行编程,提出循环结构和这两种结构有哪些不同,它是如何执行的,绘制出循环结构的流程图,并分组进行探讨

3.布置学生实践练习,学会运用循环结构。教师让学生分别用顺序结构和循环结构进行编程,来实现让机器人走四边形和六边形的两个程序,通过对比归纳总结循环结构的优点,可以大大减少重复书写的工作量,也通过难度呈梯度上升,让学生更好地理解循环结钩。

4.解决机器人带小球回家问题。教师采用模块化的编程方法引导学生一步步解决问题,并让学生自主探索机器人带小球回家的算法,让学生亲自动手来实践,自己检查学习的成果,加深对知识的理解。引导学生通过课外查阅资料拓展眼界,激励学生进一步学习编程和机器人知识。

三、研究反思

本文分析了程序设计类课程的概况,以C语言程序设计为例对教学设计进行了梳理,但是不够全面,也不够深入,能对教学设计做出合理的论证。在今后的研究工作中,需要对大学生的认知特点和学习能力进行更深入的理解,学无止境,教亦无止境,期望在后续的研究中能够不断完善教学设计,以便于该教育理念在程序设计类课程中进一步推广和应用。

参考文献:

[1]高枚,龚沛曾,孙丽君.构建多层次思维培养的C/C,程序设计教学[J].计算机教育,2016(1):81-83.

[2]余胜泉,胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究,2015,21(04):13-22.

《基于STEM教育对程序设计类课程的研究》来源:《北方文学》2018年19期 ,作者:沈琛?王卫和。

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