汕头大学工学院计算机系姜大志探究式教育实施方法初探课件

探究式教育实施方法初探——以计算机系《Java程序设计》课程为例汕头大学工学院计算机系姜大志二〇一三年

五月

广州探究式教育实施方法初探汕头大学工报告提纲课程重要性及问题实施的思路和方法实施的阶段和效果123总结与下一步工作4报告提纲课程重要性及问题实施的思路和方法实施的阶段和效果12课程重要性及问题第一部分课程重要性及问题第一部分Java课程的重要性Java课程是计算机科学与技术专业热门课程之一，其课程目标是让学生熟练掌握面向对象及其相关技术（知识），提高个人能力、职业能力和团队能力（能力），掌握构建企业级软件的系统工程能力（能力），该课程在学生的在校学习、毕业设计以及就业等方面扮演着重要的角色。在校学习：86%的计算机系学生选修Java课程。毕业设计：42%的计算机系学生在毕业设计时采用与Java相关的技术。就业：67%的计算机系学生毕业后所从事的软件开发工作中涉及Java技术。Java课程的重要性Java课程是计算机科学与技术专业热门课Java课程的问题1教学方法陈旧CDIO工程教育模式的应用并没有改变传统教学方式2学生能力培养不足CDIO能力在课堂教育中没有很好地得到贯彻与落实3忽视专业知识体系的构建课程之间相互独立，缺乏在课程教学过程中以课程群为基础，让学生自主地构建知识体系5教学环节设置相对单薄教学环节设置并不是课堂教学、课程实验、课程作业的简单叠加，而是一个综合的、科学的过程4思维训练是盲点汕大开设整合思维课程，但思维真正的形成需不断地践行与强化，思维训练需结合到专业课程中Java课程的问题1教学2学生能力3忽视专业知识体系的构建5实施的思路和方法第二部分实施的思路和方法第二部分依据探究式教育方法：在教学中创设一种类似于学术（或科学）研究的情境，通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、信息收集与处理、表达与交流等探索活动，获得知识、能力、情感与态度的发展。探究式科学教育教学指导，韦钰，罗威

著，教育科学出版社科学教育的原则和大概念，温•哈伦

(作者),

韦钰(译者)

，科学普及出版社依据探究式教育方法：在教学中创设一种类似于学术（或科学）研究依据CDIO工程教育模式：它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。依据CDIO工程教育模式：它以产品研发到产品运行的生命周期为依据（凯文·林奇）城市意象：通过五要素（道路、边界、区域、节点、标志物）可以将城市由一系列可认知的符号表达，从而形成城市的可认知性（可读性）。他是指由于周围环境的影响，居民产生的对周围环境直接或间接的经验认识空间,是人的大脑通过想象，回忆出来的城市印象，也是居民头脑中的“主观环境”空间。凯文·林奇

(著),

方益萍

(译),城市意象,华夏出版社依据（凯文·林奇）城市意象：通过五要素（道路、边界、区域、节问题的解决问题的解决问题的解决—六个环节问题的解决—六个环节课程实施的思路以六个环节构成系统的、科学的课程施教主线，以探究式教育为基本教学方法，以探究点为载体，使学生自主地构建专业知识体系，培养学生多维能力和整合思维（创造性思维、批判性思维和系统思维）课程实施的思路以六个环节构成系统的、科学的课程施教主线，以探课程实施方法环节1：课程群设置环节。围绕专业培养目标要求，将培养方案中具有逻辑联系的若干课程整合构建成课程体系。环节2：课程目标设置环节。建立课程的技术目标和能力目标矩阵。技术目标侧重知识的培养，能力目标侧重于能力的培养。课程实施方法环节1：课程群设置环节。围绕专业培养目标要求，将环节3：探究点设计环节。探究式科学教育的核心环节之一，经过的步骤有：环节3-1：探究点目标确立；（探究目标要与专业培养目标和课程培养目标相匹配）环节3-2：确立探究点设计原则；（探究点之个体原则与整体原则）环节3-3：探究点设置。（依据一定的设计方法设置具体的探究点）课程实施方法环节3：探究点设计环节。探究式科学教育的核心环节之一，经过的环节3-2：探究点设计原则（个体原则）原则1：探究点具有思辨性，能激发学生探究的欲望、充分调动学生的主观能动性；原则2：探究点必须能蕴涵或体现学科相关的核心大概念（概念、原理和方法）；原则3：探究点应该是开放的、真实的或接近真实的，越接近生活就越具有调动力；原则4：探究点应与课程目标匹配；课程实施方法核心概念及进展过程可以帮助学生理解与他们在校及离开学校以后的工作与生活有关的事件和现象概念不能仅仅由学生来理解与记忆，学生必须通过学习形成概念的内容不断构建概念环节3-2：探究点设计原则（个体原则）课程实施方法核心概念及环节3-2：探究点设计原则（整体原则）原则5：探究点呈现多层级性：在课程教学各个阶段中设置粒度与难度不等的探究点；原则6：探究点呈现渐进性：知识由浅入深；能力由低到高；自主性由弱到强；探究点由小到大（由小概念逐步延伸到大概念）。课程实施方法环节3-2：探究点设计原则（整体原则）课程实施方法探究点1探究点2探究点3知识由浅入深概念由小到大自主性由弱到强能力由低到高粒度逐渐变大，难度逐渐增加3个探究点的实例课程实施方法探究点1探究点2探究点3知识由浅入深自主性由弱到强粒度逐渐变环节3-3：探究点设计模式：基于知识意象的多层级渐进式探究点设计。知识意象的出发点：城市是可认知的，那专业知识体系是否也可认知？知识意象的目的：在课程群内侧重知识的整合，以探究点为知识的纽带，让学生自主地构建专业知识体系。课程实施方法知识意象是学生大脑中的关于学科知识的地图（知识地图）环节3-3：探究点设计模式：基于知识意象的多层级渐进式探究点知识意象中的组成元素课程实施方法知识意象中的组成元素课程实施方法课程实施方法环节4：教学与探究式实施环节（教学环节暂且不讨论）。提出问题→推测和假设→设计实验→实验、观察和处理→结论与表达。环节5：保证环节。建立保证环节矩阵，让课程培养目标落到实处。环节6：反思(反省)环节。建立反思问题清单。启发学生积极进行教学思考，促进深层次的学与问。

一步实际行动比一打纲领更重要。——马克思反省是一面镜子，它能将我们的错误清清楚楚地照出来，使我们有改正的机会。

——海涅课程实施方法环节4：教学与探究式实施环节（教学环节暂且不讨论实施的阶段和效果第三部分实施的阶段和效果第三部分环节1：课程群设置环节环节1：课程群设置环节环节2：课程目标设置环节技术目标1、文档编辑能力；2、平台开发方法（Android、Eclipse等）；3、系统建模UML；4、Java相关知识点与技术；5、分析软件构件的过程中所遵循的框架、设计模式与编码设计原则；6、系统设计中课程群内其他知识的应用。CDIO能力培养目标矩阵CDIO能力名称描述技术知识与推理计算机基础应用计算机基础中所涉及的相关工具程序设计基础相关知识点算法相关知识点面向对象程序设计语言相关知识点个人能力、职业能力和态度发现问题和表述问题评价技术可行性，制定解决问题的计划带有不确定性的分析工程成本效益分析和风险分析解决方法和建议综合问题的解决方案全方位思维识别并定义一个系统、系统行为和系统单元；识别系统的社会、企业和技术的背景环境；识别系统与外界的交互作用和对系统行为的影响系统的显现和交互作用讨论定义系统和系统建模所需的抽象化；识别系统所表现的行为和功能特性（意向中的和意向外的）；识别系统单元间的重要接口；认识系统随时间的演化确定主次与重点找出整体系统中的驱动因素；解释为解决驱动问题所进行的资源分配执着与变通求解问题的过程中遇到困难所做出的抉择创造性思维手机游戏的创意设计批判性思维分析所陈述的问题时间和资源的管理任务安排的先后顺序人际交往能力：团队工作和交流组织有效的团队确定团队中成员的角色和职责团队工作运行确定目标和日程；实施有效交流；实现项目的规划、安排和执行；形成问题的解决方案在企业和社会环境下构思、设计、实施、运行系统技术创业认识到技术创业的机会、认识能创造新产品和新系统的技术成功地在一个组织中工作参与与组织设立系统目标和要求目标与要求的建立定义功能、概念和结构确定必要的系统功能、利用合理的技术水平开发项目的管理项目管理设计过程根据整体系统的目标和要求，选择每一个模块及组件的要求；选择初始设计方案；在约束条件下实施适合的优化；进行迭代直至收敛；达成最终设计；能适应需求的变化设计中知识的应用应用技术和科学知识（如心理学、美学）；实践创造性和批判性思维并解决问题；讨论设计知识的获取软件实现过程模块分解；讨论算法；系统构建系统测试讨论和测试系统运行的设计和优化说明运行表现、成本和价值的目标和指标环节2：课程目标设置环节技术目标CDIO能力培养目标矩阵CD计算机科学中的大概念(概念、方法、原理)程序=算法+数据结构软件=需求+设计以(需求/数据/资源管理/效率)为驱动的设计建模（图模型/组合模型/规划模型）整体与部分自顶向下和自底向上适应性扩展性重用性……计算机科学中的大概念(概念、方法、原理)程序=算法+数据结构环节3：探究点设计环节环节3-1：探究点目标确立技术目标：（蕴涵或体现学科相关的大概念）软件=需求+设计（系统）=需求+模式（框架）+程序=需求+模式（框架）+数据结构+算法（软件工程师的雏形）能力目标：（与课程目标匹配）个人能力、职业能力、人际交往能力、系统工程能力环节3-2：确立探究点设计原则：采用原则1~原则6；较小概念大概念中概念环节3：探究点设计环节环节3-1：探究点目标确立较小概念大概环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置用于《Java程序设计》课程中探究点设计模式—知识意象图环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置用于《Java程环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点1：关于均值2/3猜想的探究，用程序实现

探究点目标：程序=算法+数据结构具体内容：Java面向对象程序设计方法的应用区分面向对象和面向过程（程序设计基础）的差异认识算法（模型）与程序的重要性认识数据结构的作用探究点1探究点2探究点3思维培养：创造性思维、批判性思维环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点1探究点2环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点2：杀手系统（取自冯小刚《破事儿》杀手推销员一节）

探究点目标：系统=程序+模式（框架）

具体内容：构建高质量代程序的重要性（可复用性、可扩展性、可维护性）；好程序与坏程序的区别构建高质量程序的方法；模式与高质量软件系统的联系与作用；探究点1探究点2探究点3思维培养：创造性思维、批判性思维环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点1探究点2环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点3：Android平板电脑软件设计比赛

探究点目标：软件=需求+设计（系统）具体内容：需求分析方法文档编辑能力；分析软件构件的过程中所遵循的框架、设计模式与编码设计原则；平台开发方法（Android、Eclipse等）；系统建模UML；Java相关知识点与技术；算法的设计；系统设计中课程群内其他知识的应用。探究点1探究点2探究点3思维培养：创造性思维、批判性思维、系统性思维环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点1探究点2挑战：给农村女村官设计平板软件！农村女村官特点：知识文化水平低；软件使用能力水平低；没有具体的软件需求。该探究点的特点：多学科交融：46个参赛项目，200多位学生参与（计算机、艺术设计等）面向真实环境：十多个可完整应用在农村女村官学习、工作和生活中的平板软件主动式：学生自主命题、自主组织与管理、自主团队设计挑战：给农村女村官设计平板软件！农村女村官特点：该探究点的特环节5：保证环节环节5：保证环节环节6：反思环节探究点3的问题清单样例环节6：反思环节探究点3的问题清单样例实施效果：学生评价汇总学习知识、扩展知识，形成清晰的知识脉络（知识地图？）；在实践中运用知识、锻炼能力（理论结合实践，能力长于实践）；主动性能力得到提升；自主去探索并解决问题。实施效果：学生评价汇总学习知识、扩展知识，形成清晰的知识脉络总结与下一步工作第四部分总结与下一步工作第四部分总结与下一步工作总结：探究式教育是“探究专业技术的概念与原理，经过实践或实验，内化为内在的理性认知与能力”探究式教育方法能把能力培养和思维培养落到实处将学生的理解构建到大概念，可以确保学生获得关于专业的认知不是相互无关的断言的集合体，而是一些相互有联系的组件。没有建立这样的联系，没有认识到概念的连贯性，学科知识将被分割成碎片。（构建合适的探究点因而成为探究式教育重点）采用多样的训练内容重复性地构建大概念，不仅可让学生形成清晰的专业知识体系，而且具有高屋建瓴般的专业视觉。下一步工作：探究点实施细则；能力培养的落实与测评；思维培养的落实与测评总结与下一步工作总结：谢谢！请各位老师批评指正！谢谢！探究式教育实施方法初探——以计算机系《Java程序设计》课程为例汕头大学工学院计算机系姜大志二〇一三年

五月

广州探究式教育实施方法初探汕头大学工报告提纲课程重要性及问题实施的思路和方法实施的阶段和效果123总结与下一步工作4报告提纲课程重要性及问题实施的思路和方法实施的阶段和效果12课程重要性及问题第一部分课程重要性及问题第一部分Java课程的重要性Java课程是计算机科学与技术专业热门课程之一，其课程目标是让学生熟练掌握面向对象及其相关技术（知识），提高个人能力、职业能力和团队能力（能力），掌握构建企业级软件的系统工程能力（能力），该课程在学生的在校学习、毕业设计以及就业等方面扮演着重要的角色。在校学习：86%的计算机系学生选修Java课程。毕业设计：42%的计算机系学生在毕业设计时采用与Java相关的技术。就业：67%的计算机系学生毕业后所从事的软件开发工作中涉及Java技术。Java课程的重要性Java课程是计算机科学与技术专业热门课Java课程的问题1教学方法陈旧CDIO工程教育模式的应用并没有改变传统教学方式2学生能力培养不足CDIO能力在课堂教育中没有很好地得到贯彻与落实3忽视专业知识体系的构建课程之间相互独立，缺乏在课程教学过程中以课程群为基础，让学生自主地构建知识体系5教学环节设置相对单薄教学环节设置并不是课堂教学、课程实验、课程作业的简单叠加，而是一个综合的、科学的过程4思维训练是盲点汕大开设整合思维课程，但思维真正的形成需不断地践行与强化，思维训练需结合到专业课程中Java课程的问题1教学2学生能力3忽视专业知识体系的构建5实施的思路和方法第二部分实施的思路和方法第二部分依据探究式教育方法：在教学中创设一种类似于学术（或科学）研究的情境，通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、信息收集与处理、表达与交流等探索活动，获得知识、能力、情感与态度的发展。探究式科学教育教学指导，韦钰，罗威

著，教育科学出版社科学教育的原则和大概念，温•哈伦

(作者),

韦钰(译者)

，科学普及出版社依据探究式教育方法：在教学中创设一种类似于学术（或科学）研究依据CDIO工程教育模式：它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。依据CDIO工程教育模式：它以产品研发到产品运行的生命周期为依据（凯文·林奇）城市意象：通过五要素（道路、边界、区域、节点、标志物）可以将城市由一系列可认知的符号表达，从而形成城市的可认知性（可读性）。他是指由于周围环境的影响，居民产生的对周围环境直接或间接的经验认识空间,是人的大脑通过想象，回忆出来的城市印象，也是居民头脑中的“主观环境”空间。凯文·林奇

(著),

方益萍

(译),城市意象,华夏出版社依据（凯文·林奇）城市意象：通过五要素（道路、边界、区域、节问题的解决问题的解决问题的解决—六个环节问题的解决—六个环节课程实施的思路以六个环节构成系统的、科学的课程施教主线，以探究式教育为基本教学方法，以探究点为载体，使学生自主地构建专业知识体系，培养学生多维能力和整合思维（创造性思维、批判性思维和系统思维）课程实施的思路以六个环节构成系统的、科学的课程施教主线，以探课程实施方法环节1：课程群设置环节。围绕专业培养目标要求，将培养方案中具有逻辑联系的若干课程整合构建成课程体系。环节2：课程目标设置环节。建立课程的技术目标和能力目标矩阵。技术目标侧重知识的培养，能力目标侧重于能力的培养。课程实施方法环节1：课程群设置环节。围绕专业培养目标要求，将环节3：探究点设计环节。探究式科学教育的核心环节之一，经过的步骤有：环节3-1：探究点目标确立；（探究目标要与专业培养目标和课程培养目标相匹配）环节3-2：确立探究点设计原则；（探究点之个体原则与整体原则）环节3-3：探究点设置。（依据一定的设计方法设置具体的探究点）课程实施方法环节3：探究点设计环节。探究式科学教育的核心环节之一，经过的环节3-2：探究点设计原则（个体原则）原则1：探究点具有思辨性，能激发学生探究的欲望、充分调动学生的主观能动性；原则2：探究点必须能蕴涵或体现学科相关的核心大概念（概念、原理和方法）；原则3：探究点应该是开放的、真实的或接近真实的，越接近生活就越具有调动力；原则4：探究点应与课程目标匹配；课程实施方法核心概念及进展过程可以帮助学生理解与他们在校及离开学校以后的工作与生活有关的事件和现象概念不能仅仅由学生来理解与记忆，学生必须通过学习形成概念的内容不断构建概念环节3-2：探究点设计原则（个体原则）课程实施方法核心概念及环节3-2：探究点设计原则（整体原则）原则5：探究点呈现多层级性：在课程教学各个阶段中设置粒度与难度不等的探究点；原则6：探究点呈现渐进性：知识由浅入深；能力由低到高；自主性由弱到强；探究点由小到大（由小概念逐步延伸到大概念）。课程实施方法环节3-2：探究点设计原则（整体原则）课程实施方法探究点1探究点2探究点3知识由浅入深概念由小到大自主性由弱到强能力由低到高粒度逐渐变大，难度逐渐增加3个探究点的实例课程实施方法探究点1探究点2探究点3知识由浅入深自主性由弱到强粒度逐渐变环节3-3：探究点设计模式：基于知识意象的多层级渐进式探究点设计。知识意象的出发点：城市是可认知的，那专业知识体系是否也可认知？知识意象的目的：在课程群内侧重知识的整合，以探究点为知识的纽带，让学生自主地构建专业知识体系。课程实施方法知识意象是学生大脑中的关于学科知识的地图（知识地图）环节3-3：探究点设计模式：基于知识意象的多层级渐进式探究点知识意象中的组成元素课程实施方法知识意象中的组成元素课程实施方法课程实施方法环节4：教学与探究式实施环节（教学环节暂且不讨论）。提出问题→推测和假设→设计实验→实验、观察和处理→结论与表达。环节5：保证环节。建立保证环节矩阵，让课程培养目标落到实处。环节6：反思(反省)环节。建立反思问题清单。启发学生积极进行教学思考，促进深层次的学与问。

一步实际行动比一打纲领更重要。——马克思反省是一面镜子，它能将我们的错误清清楚楚地照出来，使我们有改正的机会。

——海涅课程实施方法环节4：教学与探究式实施环节（教学环节暂且不讨论实施的阶段和效果第三部分实施的阶段和效果第三部分环节1：课程群设置环节环节1：课程群设置环节环节2：课程目标设置环节技术目标1、文档编辑能力；2、平台开发方法（Android、Eclipse等）；3、系统建模UML；4、Java相关知识点与技术；5、分析软件构件的过程中所遵循的框架、设计模式与编码设计原则；6、系统设计中课程群内其他知识的应用。CDIO能力培养目标矩阵CDIO能力名称描述技术知识与推理计算机基础应用计算机基础中所涉及的相关工具程序设计基础相关知识点算法相关知识点面向对象程序设计语言相关知识点个人能力、职业能力和态度发现问题和表述问题评价技术可行性，制定解决问题的计划带有不确定性的分析工程成本效益分析和风险分析解决方法和建议综合问题的解决方案全方位思维识别并定义一个系统、系统行为和系统单元；识别系统的社会、企业和技术的背景环境；识别系统与外界的交互作用和对系统行为的影响系统的显现和交互作用讨论定义系统和系统建模所需的抽象化；识别系统所表现的行为和功能特性（意向中的和意向外的）；识别系统单元间的重要接口；认识系统随时间的演化确定主次与重点找出整体系统中的驱动因素；解释为解决驱动问题所进行的资源分配执着与变通求解问题的过程中遇到困难所做出的抉择创造性思维手机游戏的创意设计批判性思维分析所陈述的问题时间和资源的管理任务安排的先后顺序人际交往能力：团队工作和交流组织有效的团队确定团队中成员的角色和职责团队工作运行确定目标和日程；实施有效交流；实现项目的规划、安排和执行；形成问题的解决方案在企业和社会环境下构思、设计、实施、运行系统技术创业认识到技术创业的机会、认识能创造新产品和新系统的技术成功地在一个组织中工作参与与组织设立系统目标和要求目标与要求的建立定义功能、概念和结构确定必要的系统功能、利用合理的技术水平开发项目的管理项目管理设计过程根据整体系统的目标和要求，选择每一个模块及组件的要求；选择初始设计方案；在约束条件下实施适合的优化；进行迭代直至收敛；达成最终设计；能适应需求的变化设计中知识的应用应用技术和科学知识（如心理学、美学）；实践创造性和批判性思维并解决问题；讨论设计知识的获取软件实现过程模块分解；讨论算法；系统构建系统测试讨论和测试系统运行的设计和优化说明运行表现、成本和价值的目标和指标环节2：课程目标设置环节技术目标CDIO能力培养目标矩阵CD计算机科学中的大概念(概念、方法、原理)程序=算法+数据结构软件=需求+设计以(需求/数据/资源管理/效率)为驱动的设计建模（图模型/组合模型/规划模型）整体与部分自顶向下和自底向上适应性扩展性重用性……计算机科学中的大概念(概念、方法、原理)程序=算法+数据结构环节3：探究点设计环节环节3-1：探究点目标确立技术目标：（蕴涵或体现学科相关的大概念）软件=需求+设计（系统）=需求+模式（框架）+程序=需求+模式（框架）+数据结构+算法（软件工程师的雏形）能力目标：（与课程目标匹配）个人能力、职业能力、人际交往能力、系统工程能力环节3-2：确立探究点设计原则：采用原则1~原则6；较小概念大概念中概念环节3：探究点设计环节环节3-1：探究点目标确立较小概念大概环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置用于《Java程序设计》课程中探究点设计模式—知识意象图环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置用于《Java程环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点1：关于均值2/3猜想的探究，用程序实现

探究点目标：程序=算法+数据结构具体内容：Java面向对象程序设计方法的应用区分面向对象和面向过程（程序设计基础）的差异认识算法（模型）与程序的重要性认识数据结构的作用探究点1探究点2探究点3思维培养：创造性思维、批判性思维环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点1探究点2环节3：探究点设计环节环节3-3：探究点设置探究点