高校計算思維課程教學(xué)案例（三）教學(xué)方法：以"學(xué)生為中心"的互動式教學(xué)采用項目式學(xué)習(xí)（PBL）、小組合作、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法，強調(diào)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生在"做中學(xué)"：1.項目式學(xué)習(xí)（PBL）：以"優(yōu)化校園快遞柜"為項目主題，學(xué)生通過完成項目（從問題分析到實踐驗證）培養(yǎng)計算思維。2.小組合作：將學(xué)生分為4-5人小組，每組設(shè)組長（負責(zé)協(xié)調(diào)分工）、記錄員（記錄討論過程）、匯報員（展示成果），培養(yǎng)團隊合作能力。3.翻轉(zhuǎn)課堂：課前讓學(xué)生觀看"校園快遞柜現(xiàn)狀"的視頻（如快遞員投放快遞的流程、學(xué)生取快遞的場景），并完成"快遞柜痛點調(diào)查"（如"你最討厭快遞柜的哪一點？"），節(jié)省課堂時間用于問題討論與實踐。五、實施過程本案例的實施過程分為五個階段，總課時為4課時（180分鐘），具體安排如下：（一）階段1：問題導(dǎo)入——引發(fā)認知沖突（15分鐘）教學(xué)活動：教師展示校園快遞柜的照片/視頻（如"快遞員在快遞柜前排隊投放快遞""學(xué)生圍著快遞柜找快遞"），并提問："同學(xué)們平時取快遞有沒有遇到過這些問題？"引導(dǎo)學(xué)生討論"校園快遞柜的痛點"，并記錄關(guān)鍵詞（如"排隊久""取件碼輸入麻煩""柜子分配不合理""快遞堆在外面"等）。引出本次項目的核心問題："如何優(yōu)化校園快遞柜的使用效率？"設(shè)計意圖：通過"真實場景"引發(fā)學(xué)生的認知沖突，讓學(xué)生意識到"問題的存在"，并激發(fā)解決問題的欲望。（二）階段2：問題分解——將"大問題"拆成"小問題"（30分鐘）教學(xué)活動：教師講解"問題分解"的概念（"將復(fù)雜問題拆分為多個可解決的子問題，逐個突破"），并舉例："要優(yōu)化快遞柜，需要考慮哪些方面？"（如快遞員投放流程、學(xué)生取件流程、柜子分配算法）。學(xué)生以小組為單位討論，將"校園快遞柜優(yōu)化"拆分為具體的子問題（如：①快遞員投放效率低的原因是什么？②學(xué)生取件麻煩的原因是什么？③柜子分配不合理的表現(xiàn)有哪些？④用什么指標評估優(yōu)化效果？）。每組匯報子問題清單，教師點評（如"某小組考慮了'快遞員的投放時間'和'學(xué)生的取件時間'，很全面；某小組遺漏了'柜子利用率'這個指標，需要補充"）。輸出成果：小組子問題清單（如：①需求分析：學(xué)生、快遞員、學(xué)校的需求是什么？②流程優(yōu)化：快遞投放和取件的流程怎么改？③效率評估：用什么指標（如平均等待時間、柜子利用率）衡量優(yōu)化效果？）。設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生"拆解問題"的能力，讓學(xué)生學(xué)會從"整體"到"局部"分析問題。（三）階段3：抽象建?！崛?關(guān)鍵特征"，忽略"無關(guān)細節(jié)"（45分鐘）教學(xué)活動：教師講解"抽象建模"的概念（"忽略問題中的無關(guān)細節(jié)，提取關(guān)鍵特征與變量，將實際問題轉(zhuǎn)化為可計算的模型"），并舉例："快遞柜的'投放流程'可以抽象為'快遞員到達→掃描快遞→系統(tǒng)分配柜子→投放快遞→發(fā)送取件碼'的流程圖。"學(xué)生以小組為單位，將"快遞投放流程"和"學(xué)生取件流程"抽象為流程圖（用Visio或手繪），并提取關(guān)鍵變量（如快遞數(shù)量、柜子數(shù)量、每個快遞的大小、學(xué)生取件的時間分布、平均等待時間）。每組展示流程圖，教師點評（如"某小組的流程圖包含了'快遞大小'這個變量，考慮到了柜子的空間利用，很好；某小組的流程圖沒有'柜子滿'的處理流程，需要改進"）。輸出成果：快遞投放流程流程圖、學(xué)生取件流程流程圖、關(guān)鍵變量清單（如：快遞數(shù)量$N$、柜子數(shù)量$M$、快遞大小$S$（1-5級，1為最小，5為最大）、學(xué)生取件時間$T$（分鐘）、平均投放時間$W$（分鐘）、柜子利用率$U$（滿柜子數(shù)/總柜子數(shù)））。設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生"抽象思維"的能力，讓學(xué)生學(xué)會從"具體"到"抽象"轉(zhuǎn)化問題。（四）階段4：算法設(shè)計——選擇"解決問題的步驟"（60分鐘）教學(xué)活動：教師講解"算法"的概念（"解決問題的步驟和方法，具有確定性、可行性、有窮性"），并舉例："柜子分配算法可以用'貪心算法'（優(yōu)先分配最近的空柜子）或'動態(tài)規(guī)劃算法'（考慮未來的快遞投放需求）。"學(xué)生以小組為單位，選擇一個子問題（如"柜子分配算法"），設(shè)計具體的算法步驟（如貪心算法的步驟：①快遞員到達，掃描快遞獲取大?。虎谙到y(tǒng)查詢所有空柜子，計算每個柜子到快遞員的距離；③選擇距離最近的空柜子分配；④更新柜子狀態(tài)（從空變?yōu)闈M）；⑤發(fā)送取件碼）。每組匯報算法設(shè)計，教師引導(dǎo)討論（如"貪心算法的優(yōu)點是簡單易實現(xiàn)，但缺點是可能導(dǎo)致柜子利用率不高（比如小快遞占用了大柜子）；動態(tài)規(guī)劃算法的優(yōu)點是考慮了未來需求，利用率高，但缺點是實現(xiàn)復(fù)雜"）。輸出成果：小組算法設(shè)計文檔（包含算法名稱、步驟、優(yōu)缺點分析）。設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生"設(shè)計算法"的能力，讓學(xué)生學(xué)會用"邏輯步驟"解決問題。（五）階段5：實踐驗證——用編程實現(xiàn)算法，模擬效果（60分鐘）教學(xué)活動：教師提供Python編程模板（如模擬快遞投放的代碼框架），并講解關(guān)鍵代碼（如生成隨機快遞大小、計算柜子距離、更新柜子狀態(tài)）。學(xué)生以小組為單位，用Python實現(xiàn)選定的算法（如貪心算法），模擬100個快遞的投放過程，計算平均投放時間和柜子利用率。教師巡視指導(dǎo)（如幫助基礎(chǔ)差的學(xué)生調(diào)試代碼，給基礎(chǔ)好的學(xué)生布置更復(fù)雜的任務(wù)（如考慮快遞大小對柜子分配的影響））。輸出成果：Python代碼（如貪心算法模擬程序）、模擬結(jié)果（如平均投放時間為5分鐘，柜子利用率為80%）。設(shè)計意圖：讓學(xué)生將"算法設(shè)計"轉(zhuǎn)化為"實際代碼"，體會"計算思維的實踐性"，并通過模擬結(jié)果驗證算法的有效性。（六）階段6：展示交流與評估優(yōu)化（30分鐘）教學(xué)活動：每組匯報成果（包括問題分析、流程圖、算法設(shè)計、代碼實現(xiàn)、模擬結(jié)果），其他小組提問（如"你們的算法有沒有考慮學(xué)生取件時間的分布？""如果快遞大小超過柜子容量怎么辦？"）。教師點評（如"某小組考慮了快遞大小，分配合適的柜子，提高了利用率，值得表揚；某小組的算法沒有處理'柜子滿'的情況，需要改進"）。引導(dǎo)學(xué)生討論"如何優(yōu)化算法"（如"將貪心算法與動態(tài)規(guī)劃結(jié)合，既保證投放速度，又提高利用率"）。設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生"表達與交流"的能力，讓學(xué)生學(xué)會從"結(jié)果"中反思"算法的不足"，并提出改進方案。五、效果評估采用多維度評價體系，綜合評估學(xué)生的計算思維素養(yǎng)提升情況，具體如下：（一）過程性評價（40%）小組討論記錄（10%）：評估學(xué)生的參與度（如是否積極發(fā)言、是否提出有價值的問題）。階段性報告（15%）：評估學(xué)生對問題的分析深度（如子問題清單是否全面、流程圖是否準確）。課堂參與度（15%）：評估學(xué)生的互動情況（如是否主動提問、是否參與討論）。（二）結(jié)果性評價（50%）項目報告（20%）：評估報告的完整性（是否包含問題分析、流程圖、算法設(shè)計、代碼實現(xiàn)、結(jié)果分析）和邏輯性。編程代碼（20%）：評估代碼的正確性（是否能運行）、規(guī)范性（是否有注釋）、創(chuàng)新性（是否有改進）。展示交流（10%）：評估表達能力（是否清晰）、回答問題的準確性（是否能解釋算法的優(yōu)缺點）。（三）問卷調(diào)查（10%）課程結(jié)束后，發(fā)放問卷調(diào)查，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與反饋，具體問題如下：1.你認為通過本案例學(xué)習(xí)，對計算思維的理解有哪些提升？（多選）A.能主動用問題分解分析問題；B.能抽象建模將實際問題轉(zhuǎn)化為模型；C.能設(shè)計算法解決問題；D.沒提升。2.你喜歡這種"項目式學(xué)習(xí)"的教學(xué)方法嗎？為什么？3.你認為本案例的難度如何？（單選）A.太簡單；B.適中；C.太難。4.對本案例的改進建議有哪些？結(jié)果反饋：85%的學(xué)生選擇"能主動用問題分解分析問題"和"能抽象建模將實際問題轉(zhuǎn)化為模型"；90%的學(xué)生喜歡"項目式學(xué)習(xí)"（理由是"能解決實際問題""參與感強"）；75%的學(xué)生認為難度"適中"（20%認為"有點難"，主要是編程部分）；改進建議主要是"增加編程指導(dǎo)""延長實踐時間"。六、反思與改進（一）成功經(jīng)驗1.主題選擇：貼近學(xué)生生活的"真實問題"激發(fā)了學(xué)生的興趣，讓學(xué)生感受到"計算思維不是抽象的概念，而是解決問題的工具"。2.流程設(shè)計：遵循"計算思維解決問題"的流程（問題-分解-建模-算法-驗證），讓學(xué)生逐步掌握計算思維的方法。3.教學(xué)方法：項目式學(xué)習(xí)和小組合作讓學(xué)生成為"學(xué)習(xí)的主體"，教師從"講解者"轉(zhuǎn)變?yōu)?引導(dǎo)者"，提高了學(xué)生的參與度。（二）存在的問題1.編程難度：部分基礎(chǔ)差的學(xué)生認為編程部分"有點難"（如不會寫循環(huán)、不會處理列表），導(dǎo)致實踐效果不佳。2.時間安排：實踐驗證階段（60分鐘）對部分小組來說不夠（如需要調(diào)試代碼、修改算法），導(dǎo)致部分小組未能完成模擬。3.評價方式：過程性評價的權(quán)重（40%）略低，未能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程（如小組討論的深度、問題解決的思路）。（三）改進方向1.分層教學(xué)：根據(jù)學(xué)生的編程基礎(chǔ)，布置不同難度的任務(wù)（如基礎(chǔ)差的學(xué)生完成"貪心算法"模擬，基礎(chǔ)好的學(xué)生完成"動態(tài)規(guī)劃算法"模擬），并提供更多的編程模板（如代碼框架、注釋）。2.調(diào)整時間：將實踐驗證階段延長至90分鐘（分為兩節(jié)課），增加教師的編程指導(dǎo)時間（如提前講解關(guān)鍵代碼、演示調(diào)試過程）。3.優(yōu)化評價：提高過程性評價的權(quán)重（如從40%提高到50%），增加"小組反思日志"（記錄小組解決問題的過程、遇到的問題及解決方法）的評價環(huán)節(jié)，更全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。七、結(jié)論本文以"校園快遞柜優(yōu)化問題"為例，設(shè)計了一套以"問題解決"為導(dǎo)向的計算思維教學(xué)案例，通過"真實問題"激發(fā)興趣，"流程設(shè)計"引導(dǎo)思維，"實踐驗證"強化能力，"展示交流"促進反思，有效提升了學(xué)生的計算思維素養(yǎng)。計算思維課程的核心目標不是"教學(xué)生編程"，而是"教學(xué)生用計算思維解決問題"。未來，應(yīng)繼續(xù)探索更多貼近學(xué)生生活的案例（如"圖書館座位管理""校園外賣配送優(yōu)化""疫情防控數(shù)據(jù)